مكونات الخلايا الشمسية

مكونات الخلايا الشمسية

مكونات الخلايا الشمسية

تتكون الخلايا الشمسية من ست مكونات رئيسية، وهي[١]:

  1. الخلايا الشمسية الكهروضوئية التي تتكون رئيسيًا من السيلكون.
  2. زجاج مقوى، بسمك من 3-3.5 مم.
  3. إطارات من الألمنيوم المبثوق.
  4. لوح من البوليمر، للتغليف الخلفي.
  5. طبقات فيلم من EVA للتغليف.
  6. صندوق التوصيل، لتوصيل الموصلات والثنائيات.


أنواع الخلايا الشمسية

تختلف أنواع الخلايا الشمسية اعتمادًا على طريقة تثبيتها على الأسطح، كما أنّها تختلف عن بعضها في كيفية صنعها، ومظهرها الخارجي، وتكاليف صنعها، وكفاءة أدائها، والتركيبات المناسبة لها، ويختار مصنعو الألواح الشمسية النوع الأنسب حسب عوامل خاصة بالمكان المراد وضع اللوح الشمسي فيه، وحسب طلبات الزبون، وفيما يلي توضيح لهذه الأنواع وأهم خصائصها[٢]:

  1. أحادي البلورات أو الكريستالات (monocrystalline): تتميز بأنّها ذات كفاءة أداء عالية ومنظر جميل جذاب، ولكنّها مرتفعة التكلفة.
  2. متعدد البلورات أو الكريستالات (polycrystalline): تتميز بتكلفتها المنخفضة، ولكنها لا تعمل بكفاءة عالية.
  3. الأغشية الرقيقة (thin-film): وهذا النوع ذا كفاءة منخفضة، ويمتاز بخفة وزنه ومرونته وأنّه يسهل حمله، ممّا يسهل من عملية التركيب والتصنيع، وذو منظر جمالي.


كيف تعمل الخلايا الشمسية؟

تتكون الخلايا الشمسية من الخلايا الكهروضوئية والتي تتكون بشكل رئيسي من طبقتين من مادة شبه موصلة وهي السيلكون، ولعمل الخلية الشمسية يجب إنشاء مجال كهربائي، أي شحن الخلية الشمسية بطبقتين إحداهما ذات شحنة موجبة والأخرى ذات شحنة سالبة، لذا يقوم المصنعون بإضافة فسفور إلى الطبقة العليا من السليكون مما يعطيها شحنة سالبة، وتُعطى الطبقة السفلية جرعة من البورون ممّا يشحنها بشحنة موجبة، وهكذا يتم توليد المجال الكهربائي عند التقاطع بين طبقات السيليكون، ثم يوصل بدائرة خارجية، وفيما يلي طريقة توليد الطاقة الكهربائية في الخلايا الشمسية[٣][٤][٥]:

  1. تسقط أشعة الشمس المتكونة من الفوتونات عند طاقة معينة على السطح العلوي من الخلايا الشمسية (الجزء سالب الشحنة).
  2. تنتقل الفوتونات للأسفل عبر الخلية وتحمل معها طاقتها.
  3. تتخلى الفوتونات عن طاقتها وتنقلها للإكترونات الموجودة في الطبقة السفلية، وتعمل هذه الطاقة على إثارة الإلكترونات وتجعلها تتحرك في حركة عشوائية داخل الخلية، ثم تنتقل هذه الإلكترونات إلى الطبقة العليا وتتعرض للمجال الكهربائي، إذ يعمل المجال الكهربائي على دفع الإلكترون خارج تقاطع السليكون، ويحركها في اتجاه واحد وهذا هو التيار الكهربائي.
  4. تعمل مكونات الخلية الشمسية الأخرى على تحويل طاقة الإلكترونات إلى طاقة كهربائية، وتقوم الألواح المعدنية الموصلة على جانبي الخلية بجمع الإلكترونات ونقلها إلى الأسلاك، وعند هذه النقطة يمكن للإلكترونات أن تتدفق مثل أي مصدر آخر للكهرباء.


فوائد الخلايا الشمسية

لاستخدام الطاقة الشمسية فوائد عديدة في مجالات مختلفة، كالبيئة والاقتصاد، ومن هذه الفوائد[٦][٧]:

  1. تُعد مصدر من مصادر الطاقة المتجددة، أي أنها لا تنفذ ولا تُستهلك مع الزمن.
  2. تُعد طاقة صديقة للاقتصاد، إذ أنّها تعمل على تخفيض فاتورة الكهرباء، ويعتمد مقدار التقليل من فاتورة الكهرباء على حجم النظام الشمسي، وعلى كمية الاستخدام للطاقة الشمسية، وعلى التقليل من استخدام الكهرباء، وكلما كانت الألواح الشمسية ذات مساحة كبيرة، كلما شغلت العديد من الأجهزة، وبالتالي تقلل من فاتورة الكهرباء، كما يمكن أن يحصل مستخدم الطاقة الشمسية على مدفوعات من فائض الطاقة، إذ يمكن نقل الطاقة الكهربائية الفائضة الناتجة من الأشعة الشمسية إلى محطات تزويد الكهرباء، على نفس الخط المزود للكهرباء، وبالتالي يحصل مستخدم الطاقة الشمسية على دخل مالي، كما يمكن الحصول على العديد من منح الألواح الشمسية وسيكون هناك المزيد من الفوائد الاقتصادية التي يمكن اكتسابها في المستقبل.
  3. تُعد طاقة صديقة للبيئة، إذ أنها تقلل من استخدام النفط، وبالتالي التقليل من التلوث، كما تُعد من الطاقة الخضراء التي تُساعد في منع تغير المناخ.
  4. تُستخدم في تشغيل الأقمار الصناعية في الفضاء.
  5. تُستخدم في تقطير المياه، وبالأخص في المناطق التي لا تمتلك مصادر مياه نظيفة.
  6. تُستخدم في توليد الطاقة الحرارية والطاقة الكهربائية.
  7. تُستخدم الألواح الشمسية لصنع أجزاء من المنازل، كاستخدامها بدلًا من الشبابيك، كما يُباع العقار المحتوي على ألواح شمسية بسعر عالي.
  8. تتميز بتكاليف صيانة منخفضة، إذ أنها تتمتع بعمر طويل ومتانة عالية، وهذا يشجع على تركيب الألواح الشمسية ويوفر المال، فقط تحتاج الألواح الشمسية إلى تنظيف مستمر، ويمكن الاستعانة بشركات متخصصة في ذلك، ومما يميزها أنها ثابتة أي لا يوجد أجزاء متحركة، لذا عند الحاجة لتغيير الألواح الشمسية لا تغير معها أجزاء أخرى، ومن الأجزاء التي تحتاج إلى صيانة الكيبلات؛ لضمان تشغيل نظام الطاقة الشمسية بأقصى قدر من الكفاءة، كما أن مصنعي الألواح الشمسية يقدمون ضمان لمدة بين 20-25 سنة، ما يضمن تكلفة التصليح في حالة حدوث أي مضاعفات.
  9. تتميز بتقدم تكنولوجي مستمر، إذ إنّ التكنولوجيا في مجال الطاقة الشمسية تتقدم مع الزمن، مما يعني زيادة في كفاءتها، وهذا يزيد من فوائد استخدامها.


ما الفرق بين الخلية الشمسية والخلايا الكهروضوئية؟

لا فرق بين الخلايا الشمسية والخلايا الكهروضوئية من ناحية التركيب، إذ تعد الخلايا الشمسية والخلايا الكهروضوئية أجزاء متكاملة ومترابطة في نظام الطاقة الشمسية، إذ تعد الخلايا الكهروضوئية المكون الرئيسي الذي تتكون منه الخلايا الشمسية، الذي يعمل على تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، بينما تعد الألواح الشمسية مكونًا حيويًا يتكون من عدة خلايا كهروضوئية، إذ إنّها تعمل على توجيه ودمج الطاقة إلى العاكس والمنازل، وفقط تختلف في طريقة عملها وكمية الطاقة التي تولدها، فيما يلي تفصيل لاختلاف طريقة عملها[٨]:

  • تصنع الخلايا الكهروضوئية من مادة متعددة أو أحادية البلورات، وتتكون من عدة طبقات، أهمها طبقة السيلكون شبه الموصلة في المركز، إذ تشحن الطبقة العلوية من السيلكون بشحنة سالبة، وتشحن الطبقة السفلية من السيلكون بشحنة موجبة، فعندما تسقط أشعة الشمس على الخلية تتحرر الإلكترونات، ثم تنجذب للطبقة الموجبة تحتها، ويعمل المجال الكهربائي على تنظيم حركتها، وهذا ما يولد التيار الكهربائي.
  • تنتج الخلايا الكهروضوئية طاقة كهربائية قليلة، لذا يتم توصيل العديد من الخلايا الكهروضوئية لتشكيل الألواح الشمسية، فتعمل مجموعة الخلايا الكهروضوئية معًا لتوليد تيارات كهربائية أعلى وبالتالي طاقة أعلى، ثم توجه الطاقة الكهربائية المتولدة من الألواح الشمسية إلى عاكس مركزي، تدمجها وتحولها إلى كهرباء ذات تردد متعدد يمكن استخدامه في المنازل، كما تعمل الألواح الشمسية كحافظ للألواح الكهروضوئية من عوامل الجو.


المراجع

  1. Jason Svarc (20/3/2020), "Solar Panel Construction", cleanenergyreviews, Retrieved 28/1/2021. Edited.
  2. "Types of solar panels", energysage, 15/7/2020, Retrieved 28/1/2021. Edited.
  3. by Chris Woodford (15/8/2020), "Solar cells", explainthatstuff, Retrieved 28/1/2021. Edited.
  4. Michael Dhar (6/12/2017), "livescience", livescience, Retrieved 28/1/2021. Edited.
  5. محرم عبد الكريم، الخلايا الشمسية، صفحة 2-3. بتصرّف.
  6. by Aris Vourvoulias (12/1/2021), "Pros and Cons of Solar Energy", greenmatch, Retrieved 28/1/2021. Edited.
  7. "Advantages and Disadvantages of Solar Cells", greenmatch, 10/12/2020, Retrieved 28/1/2021. Edited.
  8. "What is the Difference Between Solar Panels and Photovoltaic Cells?", infiniteenergy, 4/1/2021, Retrieved 28/1/2021. Edited.
308 مشاهدة