تركيب الخلايا الشمسية ومكوناتها

ما هو تركيب الخلايا الشمسية ومكوناتها؟ ما هي آلية عمل هذه الخلايا؟ وبما أن الخلايا الشمسية ما هي إلا وسيلة لتحويل الطاقة الشمسية الطبيعية والمتجددة إلى طاقة كهربائية تستخدم في العديد من الاستخدامات، لذلك من خلال موقعنا سنتناول تركيب الخلايا الشمسية ومكوناتها بالتفصيل.

تركيب الخلايا الشمسية ومكوناتها

تتكون الخلايا الشمسية من خمسة مكونات هي الأساس في تركيب أي خلية، ومنها ما سنتناوله في السطور التالية:

• طبقة من الزجاج المضاد للانعكاس.
• كما أنها تحتوي على أسلاك مصنوعة من النحاس لتوصيل أجزاء الخلية.
• شبه موصل من النوع N، وسمي بذلك لوجود الإلكترونات الحرة فيه، لأنه عبارة عن بلورة من السيليكون مع إضافة الفوسفور.
• نوع آخر من أشباه الموصلات من النوع P له شحنات موجبة إضافية بسبب احتوائه على ذرات البورون المضافة إلى بلورات السيليكون.
• منطقة تعرف بالنضوب.

كيف تعمل الخلايا الشمسية

تعمل الخلايا الشمسية على تحويل الطاقة الشمسية، وهي كميات من الطاقة تعرف بالفوتونات، إلى طاقة كهربائية. ولذلك يسمى هذا النوع من الخلايا بالخلايا الكهروضوئية، حيث تعمل الألواح الموجودة في الخلايا الشمسية على امتصاص أشعة الشمس الساقطة عليها بواسطة ذرات السيليكون الموجودة بداخلها. هذه الحالة.

تعمل الطاقة الشمسية على تحفيز الإلكترونات الحرة الموجودة داخل السيليكون، فتبدأ بالتحرك في اتجاه واحد، وهذا ما يؤدي إلى توليد تيار كهربائي. وبذلك تتحول الطاقة الشمسية الممتصة إلى طاقة كهربائية، ولها استخدامات عديدة.

وعندما نتعمق في ذرات السيليكون نجد أن الإلكترونات الحرة الموجودة بداخلها أننا لا نستخدم السيليكون في صورته الحرة، وإنما يضاف إليه نوع من الشوائب، ولتكن شوائب من عنصر الفسفور الذي يحتوي على خمسة الإلكترونات، ولا تتأثر الشوائب لأنها مواد غير مرغوب فيها. بل على العكس تماماً، وهذه الإضافة معروفة. باسم عملية التطعيم، وهذا ما تعرفنا عليه من خلال معرفة بنية الخلايا الشمسية ومكوناتها.

فوائد الخلايا الشمسية

وترجع فوائد هذا النوع من الخلايا إلى أن آلية عمله تعتمد على الشمس، وهي من الموارد المتجددة التي لا تفنى أبدا. وسنذكر بعض المزايا في السطور التالية:

• تعمل الخلايا الشمسية على تقليل التلوث بشكل كبير، وذلك لأن الوقود لا يستخدم إلا في الحالات الضرورية، وهو أحد المصادر المسببة للتلوث للبيئة، ولذلك فهي تحافظ على البيئة مقارنة بأنواع الخلايا الأخرى.
• أحد مصادر التكنولوجيا الحديثة التي تساهم في توليد الطاقة الكهربائية والحرارية، والتي يتم تطويرها مع مرور الوقت لتصبح أكثر كفاءة.
• كما أنه عند حدوث أي مشاكل به فهو لا يحتاج إلى أموال كثيرة لصيانته، بالإضافة إلى عمره الافتراضي الطويل بسبب متانته العالية.
• ولها دور في جذب وتشغيل الأقمار الصناعية في الفضاء.
• بالنسبة للأفراد الذين يعانون من ارتفاع فواتير الكهرباء، يتم التخلص من هذه المشكلة نهائيًا باستخدام الخلايا الشمسية، مما يجعلها مصدرًا لتوفير الطاقة المستهلكة، بل وربما تحقق ربحًا في بعض الأحيان.

عيوب الخلايا الشمسية

على الرغم من أهمية الشمس كأحد مصادر توليد الكهرباء، إلا أن لها بعض السلبيات التي يجب ألا نتجاهلها. ومن أبرز هذه السلبيات ما يلي:

• الخلايا الشمسية في حد ذاتها لا تلوث البيئة أثناء استخدامها، لكن لا توجد طريقة يمكن من خلالها إعادة تدوير الألواح التالفة، وفي هذه الحالة تكون البيئة معرضة بشكل كبير للتلوث.
• ترتبط الكهرباء المولدة بالطاقة الشمسية، وفي حالات سوء الأحوال الجوية تتأثر كفاءة الألواح الشمسية، ورغم وجود مراكز تعمل على تخزين الطاقة في هذه الحالات، إلا أن هذا أحد أسباب ارتفاع التكلفة المالية في البداية عند تركيب الخلايا الشمسية لأول مرة.
• من العيوب التي قد لا يعاني منها الكثيرين يعود إلى المكان الذي سيتم تركيب الخلايا الشمسية فيه، حيث أن هناك بعض الشركات لا تتوفر لديها المساحة الكافية لتركيبها.

أنواع الخلايا الشمسية

بعد أن تعرفنا على بنية الخلايا الشمسية ومكوناتها نجد أن هناك أنواع مختلفة من الخلايا الشمسية سنوضح بعضها من خلال النقاط التالية:

• الخلايا الشمسية أحادية البلورية: وهي نوع من الخلايا الشمسية التي تتطلب تكلفة مالية كبيرة، وذلك لأن كفاءتها قد تصل إلى ستة عشر بالمائة، وهي كفاءة أعلى من الخلايا الأخرى، لأنها تتكون من بلورة تحتوي على عنصر السيليكون فقط.
• الخلايا الشمسية غير المتبلورةورغم أن هذا النوع هو الأقل كفاءة بين النوعين الآخرين، إلا أن سعره أقل بكثير مقارنة بهما، حيث تصل كفاءتهما إلى ستة بالمائة كحد أقصى.
• الخلايا الشمسية متعددة البلوراتوتتكون من عدة طبقات رقيقة من بلورات السيليكون، وبالمقارنة بالخلايا الشمسية أحادية البلورية، فهي أقل كفاءة، حيث تتراوح كفاءتها بين أحد عشر وستة عشر بالمائة.

تعليمات لاستخدام الخلايا الشمسية

هناك بعض الأمور التي يجب مراعاتها عند تركيب الخلايا الشمسية، ومنها ما يلي:

• ويجب أن تكون الألواح موجهة نحو الشمس حتى تمتص أكبر قدر من الأشعة خلال النهار.
• ومن الضروري مراعاة الزاوية التي تميل بها هذه الألواح، ويختلف هذا الميل باختلاف فصول السنة.
• ترتيب الألواح مهم جداً، فمن الأفضل ترتيب هذه الألواح الشمسية بشكل متوازٍ، لأنه كلما زاد الجهد، كلما ساهم ذلك في الحفاظ على شدة التيار.

استخدامات الطاقة الشمسية

ومن خلال التعرف على بنية الخلايا الشمسية ومكوناتها، سنتعرف على استخداماتها المتعددة، بما في ذلك ما يلي:

• الطاقة الشمسية هي مصدر للتدفئة تم الاعتماد عليه منذ القدم في جميع الكائنات على وجه الأرض.
• يتم استخدامه لتسخين المياه عن طريق استخدام بعض السخانات التي تعمل بالطاقة الشمسية.
• مصدر للضوء نهاراً، كما أن أعمدة الإنارة المستخدمة حديثاً تمتص الطاقة الشمسية نهاراً وتخزنها وتستغلها ليلاً.
• يمكن إنشاء محطات توليد الطاقة باستخدام الطاقة الشمسية المنبعثة خلال النهار.
• الطاقة الشمسية هي إحدى الطرق لمعالجة مشكلة نقص المياه من خلال تحلية مياه البحر.

مع التطورات التي يشهدها عصرنا الحالي، ظهرت استخدامات عديدة للطاقة الشمسية، حيث أصبحت لا غنى عنها في العديد من المجالات المختلفة.