كيف تعمل الخلايا الشمسية
كيف تعمل الخلايا الشمسية، الخلايا الشمسة تعد أحد الطرق للاستفادة من طاقة الشمس المتجددة وهي اختراع مهم واقتصادي جدا، ولذلك فإن موقع مقال maqall.net يقدم لكم سيقدم لكم كل المعلومات عن تلك الخلايا الشمسية.
محتويات المقال
الخلايا الشمسية واستخداماتها
- الخلايا الشمسية هي جهاز بإمكانه أن يقوم بتحويل الطاقة الخاصة بالضوء إلى طاقة كهربائية.
- وفي الإجابة عن السؤال: كيف تعمل الخلايا الشمسية؟ نكتشف بأن تلك العملية تتم من خلال يسمى بالتأثير الكهروضوئي ويسمى أيضا الخلية الضوئية.
- كما أن الخلايا الشمسية يتم اعتبارها موفرا أساسيا للطاقة.
- حيث إنها ليست بحاجة إلى وقود من أجل إنتاج تلك الطاقة الكهربائية أو عدة تفاعلات كيميائية.
- كما أن الخلايا الشمسية ليست مثل المولدات الكهربائية، لأنه ليس بها أي جزء متحرك.
- الخلايا الشمسية قد يتم إيجادها على هيئة عدة تكوينات صغيرة تعرف باسم ألواح الخلايا الشمسية.
- كذلك يتم استخدام تلك الألواح في البيوت بغرض استبدال مصدر الطاقة التقليدي.
- أيضا من المناطق التي تستخدم فيه تلك الألواح المناطق الجغرافية البعيدة.
- وذلك بسبب مقدار صعوبة توفير أي مصدر طاقة تقليدي فيها، فيتم اللجوء إلى ألواح الخلايا الشمسية.
- كذلك يمكن للخلايا الشمسية أن تتوافر على هيئة عدة مجموعات كبيرة يتم تسميتها باسم المصفوفات.
- كما أن تلك المصفوفات يتم تأليفها من عدة آلاف من الخلايا الفردية.
- يتم استخدامها من أجل تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية وتوزيع تلك الطاقة على المناطق ذات التجمعات السكنية، الصناعية والتجارية.
- يكون ذلك عن طريق استخدام محطات كهربائية مركزية.
- كما يتم أيضا استخدام الخلايا الشمسية من أجل تزويد معظم المركبات والأجهزة الفضائية مثل الأقمار الصناعية والمحطات الفضائية بالطاقة.
- وذلك بسبب أنها لا تقوم باستهلاك الوقود لأنها ثابتة، ذلك بالإضافة إلى عدم احتياجها إلى صيانة مستمرة.
- أيضا يتم استخدامها من أجل صناعة الألعاب الإلكترونية وأجهزة الراديو المحمولة والحاسبات المحمولة وغيرها من الأجهزة.
ولا يفوتك قراءة مقالنا عن: مبدأ عمل الخلايا الشمسية
تركيب الخلايا الشمسية
- الخلايا الشمسية يتواجد بها عدة مواد شبه موصلة مثل فوسفيد الإنديوم والسليكون وسيلينايد الإنديوم النحاسي.
- وتلك المواد وظيفتها هي تحويل الطاقة الضوئية الخاصة بالشمس إلى طاقة كهربائية يستفاد منها.
- كما أنها تحتوي بصورة أساسية على طبقة مضادة للانعكاس وذلك من أجل التقليل من فقدان الضوء.
- الطبقة المضادة للانعكاس في العادة ما تتكون من التنتالوم أو أكسيد السليكون أو التيتانيوم.
- الذي يتم تشكيله على سطح الخلية من خلال ثلاث طبقات رئيسية وهي: طبقة التوصيل العليا والطبقة الممتصة والطبقة الخلفية.
- بالإضافة إلى احتواء الخلية على طبقتين كهربائيتين سالبة وموجبة، والطبقة السالبة هي طبقة الاتصال الكهربائي الخلفية.
- تلك الطبقة يتم تكوينها من السليكون النقي الذي يضاف إليه بعض من الشوائب لعنصر خماسي التكافؤ مثل عنصر الفوسفور.
- أما عن الطبقة الموجبة فهي طبقة التلامس الكهربائي، ويتم تواجدها على وجه الخلية وهي مكونة من شريحة تم أخذها من بلورات السليكون الأحادية.
- كما أنه قد تم إضافة إليها البعض من الشوائب من عنصر ثلاثي التكافؤ مثل عنصر البورون.
- كلا الطبقتين تعملان معا على نقل التيار الكهربائي من وإلى الخلية الشمسية.
كما يمكنك التعرف على: أسعار الخلايا الشمسية وأنواعها
آلية عمل الخلايا الشمسية
من أجل معرفة كيف تعمل الخلايا الشمسية فعلينا معرفة كيفية تعامل الخلايا الشمسية مع أشعة الضوء، حيث أن:
- الوظيفة التي تقوم بها الخلايا الشمسية هي تحويل طاقة الضوء إلى طاقة كهربائية.
- كما أن تلك العملية تتم عن طريق سقوط الأشعة الشمسية على الخلايا الشمسية.
- تقوم الطبقة المضادة للانعكاس التي سبق وتحدثنا عنها في احتجاز ذلك الضوء الساقط بفاعلية من خلال تعزيز انتقاله إلى باقي الطبقات التالية.
- عند تعرض الشريحة السالبة إلى أشعة الشمس فإن الطاقة الخاصة بالفوتونات يتم نقلها إلى الإلكترونات في منطقة التكافؤ.
- من خلال هذه الطريقة تصبح تلك الطاقة قادرة على الانتقال إلى منطقة التوصيل المتواجدة في الشريحة السالبة.
- كما أنه في المقابل سوف تقوم الفجوات الموجبة بالانتقال إلى منطقة التوصيل المتواجدة بالشريحة الموجبة.
- ينتج عن ذلك حدوث فرق جهد بين كلا سطحي الوصلة الثنائية، كما يمكن أن يتم الربط بين كلا السطحين من خلال موصل كهربائي.
- وذلك من أجل الحصول على تيار كهربائي في دائرة كهربائية، حيث إن الإلكترونات تمر من الوصلة السالبة إلى الوصلة الموجبة في الدائرة الكهربائية.
- عن طريق تلك العملية نتمكن من تحويل الطاقة الضوئية الصادرة من أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية.
تطور الخلايا الشمسية على مدار التاريخ
- العالم بيكرل عمل على دراسة التأثير الحاصل للمعادن بسبب الضوء عام 1839.
- لاحظ العالم بيكرل الأثر الكهروضوئي على تلك المعادن، بعدها قام كلا من العالمين آدم وسميث عام 1877 بإظهار المفهوم المتعلق بالناقلة الكهربائية الضوئية للمرة الأولى.
- بعدها في عام 1883 تمكن العالم فريتز من تركيب الخلية الشمسية الأولى المصنوعة من مادة السيلينيوم.
- كما أن التطور الذي صاحب النظريات الخاصة بميكانيكا الكم مكن العلماء من تفسير الظواهر التي ترتبط بالكهرباء الضوئية.
- حيث إنه قد تم تفسير ظاهرة الحساسية الضوئية لعدة مواد مثل أكسيد النحاس والسليكون وكبريت الثاليوم وكبريت الرصاص.
- عام 1941 شهدت صنع أول خلية شمسية متكونة من السليكون ذات كفاءة عمل أقل من 1%.
- في منتصف الخمسينات قد تم تصنيع ما يعرف بالبطارية الشمسية بكفاءة 6%.
- اتساع البحوث الخاصة بتطوير العلوم الفيزيائية وبدراسة التبادلات الكهربائية الضوئية قد ساهم في إحداث تطورات في مجال صناعة الخلايا الشمسية.
- حيث زاد ذلك التطور من كفاءة الخلايا السمية إضافة إلى التخفيض من تكلفتها.
- ظل ازدياد وتطور الخلايا الشمسية في فترة السبعينات والثمانينات من القرن العشرين وذلك بسبب علوم التركيب المجهرية الدقيقة لأشباه الموصلات.
- بعد ذلك قد تحولت الخلايا الشمسية في هذه الفترة إلى واحدة من أهم الطرائق العلمية الطموحة من أجل إنتاج الطاقة الكهربائية بواسطتها.
- بالإضافة إلى إنتاج تلك الطاقة من خلال مصدر طاقة متجدد وهو الطاقة الضوئية الصادرة من الشمس.
اقرأ أيضا: تطبيقات على استخدام الخلايا الشمسية
بذلك نكون قد أجبنا عن سؤال كيف تعمل الخلايا الشمسية، وذكرنا طرق إنتاج الطاقة بواسطة تلك الخلايا وكيفية عملها وتطورها.