مكونات الخلية الشمسية
مكونات الخلية الشمسية سنتعرف عليها الآن في مقالنا هذا المتوافر لكم بشكل حصري عبر موقع maqall.net، فلا شك أن الخلية الشمسية من الاختراعات التي تفيد البشرية.
حيث تعتبر من الإنجازات الحديثة التي لها دور في تدعيم الاعتماد على الطاقة المتجددة عن طريق توليد الطاقة الكهربائية من الشمس.
محتويات المقال
مكونات الخلية الشمسية
تتكون الخلية الشمسية من العديد من المكونات، وهي:
- الزجاج غير العاكس لأشعة الشمس.
- طبقة من الأسلاك النحاسية التي توصل الكهرباء، وتسمى بالكاثود.
- طبقة من بلورات السيلكون، ولابد أن تكون سالبة الشحنة، ويضاف إليها عنصر الفسفور.
- طبقة من بلورات السيليكون، وتكون موجبة الشحنة مليئة بالثقوب، ويضاف إليها عنصر البورون.
- طبقة من الأسلاك النحاسية التي توصل الكهرباء وتسمى بالآنود.
- وهنا لابد من الإشارة إلى أن عنصر السيليكون من أهم العناصر التي تساعد على توليد الطاقة الكهربائية.
شاهد أيضا: استخدام الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء
ما المقصود بالخلية الشمسية؟
الخلية الشمسية سبق علمي كبير، واختراع عظيم أفاد البشرية، وفتح الباب على مصراعيه أمام استخدامات الطاقة المتجددة، ويمكننا أن نعرف الخلايا الشمسية بأنها:
- خلايا ضوئية تقوم بامتصاص الفوتونات (وهي جسيمات ضوئية تحمل طاقة كهرومغناطيسية Photons).
- تصدر هذه الجسيمات من الشمس ويتم تحويلها إلى تيار كهربائي.
- وبالنسبة لآلية عمل الخلية الشمسية، فذلك يعتمد على التداخل بين المكونات الرئيسية لها.
مبدأ عمل الخلايا الشمسية
وفيما يلي عرض مفصل لكيفية عمل الخلايا الشمسية:
- عند دخول أشعة الشمس أو فوتونات الضوء خلال سطح الزجاج الغير العاكس إلى حيث الخلية الشمسية، تبدأ هنا ذرات السيلكون التي تتحد مع ذرات الفوسفور بتوليد نوع من الحركة في الإلكترونات.
- وعن طريق طبقة الفسفور تتولد الشحنات الكهربائية معتمدة على قوة الإشعاع الشمسي.
- تنتقل الشحنات الكهربائية التي تحررت من الطبقة السالبة إلى حيث ثقوب الطبقة السفلى التي بها إلكترونات موجبة الشحنة.
- هنا يعمل السيلكون الذي اتحد مع البورون على امتصاص الشحنات ليحدث التفاعل.
- ونتيجة الانتقال بين الطبقتين يتولد هنا التيار الكهربائي أو فرق جهد كهربائي، ويكون مستمر، ويمر من خلال الموصل الكهربائي (الكاثود والآنود).
- يتم وصل الخلية الشمسية بالأجهزة الكهربائية، أو بأي مصابيح، أو بالآت الكهربائية.
- الخلية الشمسية أصبحت هنا مثل بطارية تحتوي على طاقة شمسية.
أنواع الخلايا الشمسية
بالنسبة لأنواع الخلايا الشمسية فهي ثلاثة أنواع، ونتعرف عليها فيما يلي:
خلايا شمسية أحادية البلورة
- هذا النوع مكلف اقتصاديًا بعض الشيء.
- تتكون هنا الخلايا من بلورة سيلكون مفردة، مما يمنحها كفاءة عالية.
- تبلغ كمية طاقة التيار الكهربائي المتولد 110 إلى 116 واط لكل متر مربع.
خلايا شمسية متعددة البلورة
- هذا النوع يتكون من رقائق السيليكون التي تمت معالجتها بشكل كيميائي.
- يتم معالجتها بواسطة الأفران التي تزيد من الكفاءة الكهربائية لها.
- يغطى سطحها بمجموعة مواد مضادة للانعكاس، حتى يحدث امتصاص كامل للأشعة الشمسية.
- تبلغ كفاءة هذا النوع بالمقارنة مع النوع الأول ما نسبته 9- 13%.
الخلايا الشمسية الغير متبلورة
- يتميز هذا النوع بأن له كفاءة منخفضة مع سعر أقل.
- السبب في ذلك ترسب مادة السيلكون على وجه البلاستيك أو الزجاج الذي يستخدم في تصنيع الخلية.
- يبلغ قدر الطاقة الكهربائية المنطلقة عنها ما بين 3 إلى 6%.
اقرأ أيضا: مكونات الخلايا الشمسية
أصل مصطلح الخلايا الشمسية
يسأل الكثيرين عن أصل مصطلح الخلايا الشمسية، وبالطبع ذلك المصطلح ليس وليد اللحظة ولكن له تاريخ طويل، حيث:
- أصل المصطلح من اسم فولتا وهو فيزيائي إيطالي.
- فولت -وحدة تابعة للقوة الدافعة الكهربائية-، وبذلك أصبح المصطلح (photovoltaic) باللغة الإنجليزية عام 1849 وحتى الآن.
- تم التعرف للمرة الأولى على تأثير الخلايا الشمسية في عام بواسطة الفيزيائي الفرنسي بيكريل.
- تم بناء أول خلية شمسية عام 1883 من قبل شارلز فريتز.
- قام فريتز بتغليف السيلينيوم أشباه الموصلات- بطبقة رقيقة من الذهب من أجل تشكيل التقاطعات.
- كانت كفاءة الجهاز وقتها حوالي 1٪ فقط.
- عام 1888 بنى الروسي الفيزيائي الكسندرستوليتوف الخلية الأولى الكهروضوئية على أساس تأثير الكهروضوئي الخارجي الذي توصل لاكتشافه هاينريش هيرتز في عام 1887.
كيف تصنع الخلايا الشمسية؟
يعتمد العلماء على الآلية التالية لتصنيع الخلية الشمسية:
- يمكن صُنع خلية شمسية عن طريق استخدام شريحتين صغيرتين مصنوعتين من النحاس المصقول.
- يتم وضع الشريحتين على سطح ساخن لمدة نصف ساعة تقريبًا، حتى يتحول النحاس إلى اللون الأسود.
- بعد ذلك يتم القيام بإزالة الطبقة السوداء المتأكسدة بعد أن يبرد النحاس.
- يتم ترك طبقة أكسيد النحاس الحمراء المتكونة أسفلها، حتى تعمل كطبقة شبه موصلة.
ما هي فوائد الخلية الشمسية؟
فوائد الخلية الشمسية كثيرة سواء في الاقتصاد أو البيئة، ومن ضمن هذه الفوائد:
- مصدر هام من مصادر الطاقة المتجددة.
- مصدر طاقة صديق للبيئة، حيث أنها تقلل من الاعتماد على النفط.
- تُستخدم لتشغيل الأقمار الصناعية في الفضاء.
- كذلك تُستخدم في عملية تقطير المياه.
- لها دور في توليد الطاقة الحرارية والطاقة الكهربائية.
- التكنولوجيا في مجال الطاقة الشمسية تتطور مع الزمن، وذلك يعني أن المستقبل سوف يأتي لنا بالجديد والأكثر تطورًا عن الخلية الشمسية.
شاهد من هنا: عمل الخلية الشمسية
وهكذا عرفنا معًا مكونات الخلية الشمسية، ونكرر ونؤكد على مدى أهمية الخلية الشمسية.
فهي تعتبر مصدر حيوي من مصادر الطاقة المتجددة، كما أن انخفاض تكلفتها يجعلها مصدر من الضروري الاعتماد عليه، خاصة وهو مصدر يزيح النفط جانبًا، ويخلص البشرية من تكاليفه وأضراره.