ما دامت الشمس مشرقة تعمل الخلايا الشمسية على امتصاص الطاقة الشمس. تم تصميم الالواح الشمسية لتحويل الإشعاع الكهرومغناطيسي من الشمس إلى طاقة تيار مباشر قابلة للاستخدام. يشمل تركيب نظام الألواح الشمسية أيضًا المعدات الكهربائية والمحولات ودوائر التحكم التي تنتج طاقة التيار المتردد. باستخدام مقياس صافي أو بطارية شمسية، وويمكن تخزين الكهرباء لوقت لاحق لتشغيل الأنظمة والأجهزة بشكل طبيعي.
التعريف السهل الالواح الشمسية هو أنها عبارة عن شبكة من السيليكون والزجاج والأسلاك التي تحول ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية.
المكون الأساسي للالواح الشمسية هي الخلايا الكهروضوئية (PV). وتتكون اللوحة من مجموعة من الخلايا الكهروضوئية المترابطة. تشكل مجموعة من الألواح، تسمى أيضًا الوحدات النمطية، مصفوفة شمسية.
يبلغ طول الخلية الكهروضوئية حوالي 6 بوصات وعرضها 6 بوصات وهي مربعة الشكل وتبدو كنافذة عاكسة صغيرة. يعتمد عدد الخلايا الكهروضوئية اللازمة للمصفوفة على حجم الوحدة. مثلاً تحتوي الوحدة النمطية بجهد 12 فولت على 36 خلية متصلة بشبكة، بينما تحتوي الوحدة النمطية بجهد 24 فولت على 72 خلية.
تحتوي كل خلية على طبقات من مواد شبه موصلة مشحونة بشكل معاكس. تتكون الخلايا الشمسية التقليدية من السيليكون ثاني أكثر العناصر وفرة على وجه الأرض بعد الأكسجين.
تستخدم تكنولوجيا الطاقة الشمسية السيليكون البلوري كمادة شبه موصلة. في الالواح الشمسية السكنية، تكون هذه المادة عادةً أحادي البلورية أو سيليكون متعدد الكريستالات. تصنع الألواح أحادية البلورة من السيليكون أحادي البلورة ولها مظهر داكن موحد مع حواف مستديرة. الألواح متعددة الكريستالات مصنوعة من السيليكون متعدد الكريستالات ولها مظهر أزرق مبقع مع حواف مربعة.
يتم تحديد كفاءة الالواح الشمسية إلى حد كبير من خلال نقاء السيليكون في خلاياها. أحادي البلورية أكثر نقاءً، لذلك يمكنه توليد المزيد من الطاقة الشمسية بمساحة أقل من الخلايا متعددة الكريستالات. هناك أنواع مختلفة من الوحدات الشمسية، مثل تلك التي تحتوي على السيليكون غير المتبلور أو الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة ، لكنها لا تعتبر مناسبة بشكل عام للتركيب المنزلي.
في البداية تشبه الشمس مفاعلًا نوويًا طبيعيًا، فهي تطلق دائمًا الطاقة في شكل جزيئات صغيرة من الإشعاع الكهرومغناطيسي تسمى الفوتونات. تولد الالواح الشمسية الطاقة من خلال التأثير الكهروضوئي، وهي ظاهرة فيزيائية وكيميائية تحول الطاقة من الشمس إلى كهرباء قابلة للاستخدام. عندما يتلامس ضوء الشمس مع وحدة ما، تمتص الخلايا الشمسية الطاقة الضوئية (الفوتونات).
وببساطة تعمل الالواح الشمسية عن طريق تحويل الطاقة الشمسية إلى تيار مباشر، ثم يتم تحويله إلى التيار المتردد الذي يمد منزلك بالطاقة وفي النقاط التالية ملخص لكيفية عمل الالواح الشمسية:
الفوتونات هي عبارة عن جزيئات صغيرة من الضوء القادم من الشمس. ويتسبب الفوتون في إرخاء الإلكترون ويحدث “ثقبًا” في الخلية الشمسية. ثم يصبح الإلكترون سالب الشحنة وموقع الفتحة الموجبة الشحنة الآن أحرار في التحرك.
وبعد ذلك تساعد “الأصابع” المعدنية الرقيقة الموجودة أعلى الخلية على الإمساك بالإلكترونات المفكوكة. عندما يصطدم الفوتون بخلية شمسية، فإنه يطلق زوجًا من الشحنات الموجبة والسالبة التي ينتج عنها جهد وتيار كهربائي. في خلايا السيليكون، تنفصل الذرات بسرعة عندما تنضم الإلكترونات إلى تدفق تيار.
تقوم الخلايا الشمسية بتحويل الفوتونات إلى تيار مباشر (DC). تتكون كل خلية شمسية من سيليكون بلوري محصور بين طبقة موصلة موجبة وسالبة. وتحتوي الطبقة السالبة على إلكترونات إضافية، بينما تحتوي الطبقة الموجبة على مساحة إضافية للثقوب. وتتمتع الإلكترونات بحرية التجول عبر التقاطع حيث تلتقي الطبقتان، مما يترك شحنة موجبة على جانب وشحنة سالبة على الجانب الآخر.
كل خلية تفرز نصف فولت فقط، وهذا هو السبب في أنه يجب ربطها معًا في وحدات لتزويد المنزل بالطاقة.
تولد الالواح الشمسية تيارات أكثر كفاءة مع نطاق موسع من الأطوال الموجية القابلة للتحويل. يمكن للتطورات الجديدة في تكنولوجيا الطاقة الشمسية أن ترفع سقف كفاءات الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون.
الخلايا الشمسية غير قادرة على تشغيل المنزل بمفردها، يلزم وجود عاكس لتحويل التيارات التي تنتجها إلى كهرباء قابلة للاستخدام. القوة التي تخرج من اللوحة هي تيار مباشر (DC). يقوم العاكس بتحويل التيار الكهربائي المستمر إلى طاقة تيار متناوب (AC)، يتم خلالها فقدان كمية صغيرة من الطاقة.
عادةً ما تحتوي أنظمة الطاقة الشمسية على عاكس واحد للنظام بأكمله أو محول ميكرو متصل بكل لوحة. في كلتا الحالتين، الغرض من العاكس هو تحويل طاقة التيار المستمر إلى طاقة التيار المتردد.
ثم بعد ذلك يحدث تتدفق كهرباء التيار المتردد إلى دائرة خارجية من العاكس، وفي النهاية إلي المنزل. ويمكن استخدام الكهرباء المولدة من الطاقة الشمسية لتشغيل مفاتيح الإضاءة والأجهزة والتلفزيونات وباقي الأنظمة الكهربائية في منزلك. في بعض الأحيان، تنتج الالواح الشمسية طاقة أكثر مما تحتاجه أنت وعائلتك. عندما يحدث هذا، يمكن تخزين الكهرباء في بنك بطاريات أو إعادة بيعها إلى الشبكة.
المكون الرئيسي في الالواح الشمسية هو السيليكون، الذي يأتي من الرمال. بمجرد استخراج الرمل من المحاجر، يجب معالجته وتنقيته. لفصل بلورات السيليكون النقية، يتم تسخين الرمل إلى أكثر من 3600 درجة فهرنهايت.
نظرًا لأن السيليكون ليس موصلاً طبيعيًا جيدًا، فإن عملية تسمى “المنشطات” تضيف شوائب عن قصد عادةً البورون، الذي يرتبط بالسيليكون لتكوين شحنة موجبة، والفوسفور الذي يتحد لتكوين شحنة سالبة. يتم بعد ذلك صهر السيليكون البلوري في سبائك ويتم تقطيعه إلى شرائح رقيقة إلى ألواح بحجم لوح تسمى رقائق.
السيليكون لامع بشكل طبيعي، لذلك يجب معالجته بطبقة مقاومة للانعكاس لتقليل هدر الطاقة. طلاء مضاد للانعكاس، مثل ثاني أكسيد التيتانيوم، يتم دهنه وتثبيته في مكانه. ثم تقوم أجهزة الكمبيوتر عالية التقنية برش طبقة من المعدن شبه السائل على الألواح، مما يساعد في الحصول على الطاقة من اللوحة إلى المقابس وإلى الأجهزة التي تحتاجها للتشغيل.
تستخدم عملية التصنيع هذه لأكثر من صنع الالواح الشمسية من السيليكون. تستخدم رقائق السيليكون أيضًا في تصنيع الدوائر المتكاملة وصنع رقائق الكمبيوتر الدقيقة. بينما تعد الألواح الكهروضوئية خيارًا ذكيًا لأصحاب المنازل المهتمين بالبيئة، فإن عملية صنعها ليست خضراء تمامًا لأنها تتطلب تصنيع الوقود الأحفوري.
تتميز الخلايا الشمسية بالكثير من المميزات ومن ضمنها مايلي:
من المزارع الشمسية الريفية الكبيرة التي يمكن أن تدعم التنوع البيولوجي المحلي من خلال توفير موطن غير مضطرب للنحل والفراشات وأعشاش الطيور، إلى ألواح الأسطح في مراكز المدن التي يمكن أن تساعد في مكافحة فقر الوقود.
هذا يعني أن المنشآت ليست تطفلية سواء كانت في مواقع حضرية مزدحمة أو مناطق ريفية هادئة.
إنها مصنوعة في الغالب من صفائح السيليكون، ولا يوجد خطر من تسرب الخلايا الكهروضوئية أو إطلاق أي سموم أو أبخرة.
نسخة للطباعة