ما هو مبدأ عمل الطاقة الشمسية
ما هو مبدأ عمل الطاقة الشمسية؟ ما هي أنواع الخلايا الشمسية؟ في الوقت الحالي أصبح الاعتماد على الطاقة غير المتجددة قليل، حيث تم التوجه إلى الاعتماد على الطاقة المتجددة كونها متوفرة بصورة كبيرة، ومن أبرزها الطاقة الشمسية التي سوف نتعرف على طريقة وكيفية عملها فيما يلي.
ما هو مبدأ عمل الطاقة الشمسية
تعد الطاقة الشمسية هي واحدة من أهم وأفضل مصادر الطاقة النظيفة والمتجددة حيث يتم الحصول عليها من أشعة الشمس، وتعمل الأنظمة الشمسية على تحويل هذه الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية يمكن استخدامها لتشغيل الأجهزة والأجهزة المنزلية، ويعود مبدأ العمل إلى الآتي:
إقرأ المزيد:أفضل علاج لكثافة الشعرتعريف المسؤولية التقصيرية في القانون المدني الجزائري
- الخلايا الشمسية هي الوحدات الأساسية للألواح الشمسية تتكون هذه الخلايا من مواد شبه موصلة، مثل السيليكون، والتي تتفاعل مع الضوء.
- امتصاص الضوء عندما تسقط أشعة الشمس على الخلية الشمسية، فإنها تقوم بكسر الروابط الكيميائية في المادة شبه الموصلة، مما يؤدي إلى تحرير الإلكترونات.
- توليد التيار الكهربائي حيث تتحرك الإلكترونات الحرة داخل الخلية، مما يخلق تيار كهربائي مباشر (DC).
- المحول (Inverter) يقوم بتحويل التيار المستمر (DC) الناتج عن الألواح الشمسية إلى تيار متردد (AC)، وهو النوع المستخدم في المنازل والشركات.
ما هي أنواع الخلايا الشمسية
في صدد عرض ما هو مبدأ عمل الطاقة الشمسية، يجب الاطلاع على أن الطاقة الشمسية لها الكثير من الأنواع التي من خلالها يتم الحصول على الطاقة والتي تتضح فيما يلي:
1- الخلايا الشمسية السيليكونية
يعتبر هذا النوع هو النوع الأبرز والأكثر انتشار بين أنواع الخلايا وينقسم إلى التالي:
- الخلايا الشمسية أحادية البلورة (Monocrystalline): تتميز بكفاءة عالية في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، ولها لون أزرق داكن مميز وتستخدم في الأنظمة الشمسية الكبيرة.
- الخلايا الشمسية متعددة البلورة (Polycrystalline): هي أقل كفاءة قليلاً من الخلايا أحادية البلورة، ولكنها أرخص سعرًا وتتميز بلونها الأزرق الداكن مع وجود بقع بلورية.
2- الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة
تعد هذه الخلايا من الأنواع المميزة التي لها الكثير من السمات مثل المرونة والرقة والتي تنقسم إلى ما يلي:
- الخلايا الشمسية الكادميوم تيلورايد (Cadmium Telluride): تتميز بكفاءة جيدة وتكلفة معقولة.
- الخلايا الشمسية الكوبالت (CIGS): تتميز بكفاءة عالية واستقرار طويل الأمد.
- الخلايا الشمسية السيليكونية غير متبلورة (Amorphous Silicon): تتميز بتكلفتها المنخفضة، ولكن كفاءتها أقل من الأنواع الأخرى.
3- الخلايا الشمسية العضوية (Organic Solar Cells)
هي النوع التي تستخدم مواد عضوية في تصنيعها وهي مرنة وخفيفة الوزن. ولكنها لا تزال في مرحلة البحث والتطوير وكفاءتها أقل من الأنواع الأخرى.
العوامل المؤثرة في اختيار نوع الخلية الشمسية
توجد بعض العوامل التي تؤثر في تحديد نوع الخلايا الشمسية والتي تتضح في النقاط التالية:
- الكفاءة: هي نسبة الطاقة الشمسية التي يتم تحويلها إلى كهرباء.
- التكلفة: تختلف تكلفة الأنواع المختلفة للخلايا الشمسية.
- العمر الافتراضي: يختلف باختلاف نوعها.
- ظروف التشغيل: بعض الأنواع تفضل درجات حرارة معينة أو مستويات إضاءة معينة.
- التطبيق: يختلف اختيار النوع المناسب حسب الاستخدام المطلوب،.
ما هي مكونات الخلايا الشمسية
توجد العديد من المكونات التي تخص الخلايا الشمسية والتي تتضح في النقاط التالية:
- الطبقة شبه الموصلة: السليكون (Silicon) هو المادة الأكثر استخدامًا في الخلايا الشمسية، يتم تنقيته بحيث يكون شديد النقاء، ويتم إضافة شوائب محددة لإنشاء طبقة شبه موصلة وعندما يسقط الضوء على هذه الطبقة، فإن الفوتونات تنقل طاقتها إلى الإلكترونات في المادة شبه الموصلة وتتحرك بحرية.
- طبقة الشحنة الموجبة (P-type): تحتوي هذه الطبقة على شحنة موجبة بسبب إضافة شوائب مثل البورون، عندما تلتقي الطبقة الموجبة بالطبقة السالبة، تتشكل منطقة تسمى "وصلة PN" (PN junction)، وهذه هي المنطقة التي يحدث فيها توليد الكهرباء.
- طبقة الشحنة السالبة (N-type): تحتوي على شحنة سالبة بسبب إضافة شوائب مثل الفوسفور، عند تعرض الوصلة PN للضوء، تنتقل الإلكترونات من المنطقة N إلى المنطقة P، ويخلق فرق في الجهد الكهربائي والذي بدوره يؤدي إلى توليد تيار كهربائي.
- الأقطاب الكهربائية: يتم توصيل قطبين كهربائيين بالطبقتين P و N على التوالي لجمع الإلكترونات الحرة وتوجيه التيار الكهربائي الناتج إلى الدائرة الخارجية.
- طبقة مضادة للانعكاس: تقلل من كمية الضوء المنعكس عن سطح الخلية الشمسية، مما يزيد من كمية الضوء التي يتم امتصاصها وتحويلها إلى كهرباء.
- الغلاف الواقي: يحمي الخلية الشمسية من العوامل الجوية مثل الرطوبة والأتربة والتآكل، ويحافظ على كفاءتها على المدى الطويل.
تعمل الطاقة الشمسية على تحويل الطاقة الضوئية من الشمس إلى طاقة كهربائية يمكن استخدامها لتلبية احتياجاتنا اليومية، حيث تعتمد على مبدأ عمل محدد من خلال بعض المراحل المتتالية.