الالواح الشمسية لتوليد الكهرباء
الالواح الشمسية لتوليد الكهرباء تساهم الخلايا الشمسية في تحويل الأشعة الصادرة من الشمس إلى كهرباء، ويتم ذلك عن طريق استخدام أشباه الموصلات مثل السيليكون الذي يتم استخراجه من الرمل النقي، وتعتبر الطاقة الشمسية مصدر من المصادر المتجددة والنظيفة.
محتويات المقال
استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء
- من السهل تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية من خلال التحويل الكهروضوئية.
- ويقصد به تحويل الإشعاع الشمسي أو الضوئي مباشرة إلى طاقة كهربائية بواسطة الخلايا الشمسية.
- أو الكهروضوئية، وتوجد بعض المواد الداعمة للتوصيل مثل السيليكون والجرمانيوم وغيرها.
شاهد أيضًا: بحث عن الطاقة الشمسية واستخداماتها
الطاقة الكهربائية
- هو أحد أنواع الطاقة الموجودة في الطبيعة وتعتبر الكهرباء هي إحدى ناقلات الطاقة التي يمكن استخدامها في العديد من الأغراض.
- ويمكن الحصول على الكهرباء من الطبيعة من خلال الصواعق والاحتكاك، ويعد ذلك من الأمور الصعبة الغير مجدية اقتصاديًا.
- ويمكن الحصول على الكهرباء كمصدر طاقة أساسي من المصادر الطبيعية.
- مثل الطاقة التي يتم الحصول عليها من الموارد المائية والرياح والطاقة الشمسية والمد والجزر والأمواج.
الطاقة الشمسية
- تتلخص في الطاقة المنبعثة من الشمس وأشعتها وهي متوفرة في كل مكان وتساعد في عملية البناء الضوئي.
- التي يستخدمها النبات في تكوين الغذاء، بالإضافة وفوائدها للبشر في التدفئة والتسخين وتجفيف الطعام وتوليد الكهرباء.
- نحصل على الطاقة الشمسية من توفير الألواح الشمسية التي تشبه المرايا ولها أشكال وأحجام مختلفة.
- مثل الطاقة التي تأتي من أشعة الشمس تسقط على هذه الألواح الشمسية.
- التي يتم صنعها من مواد تدعم عملية توليد الكهرباء عند امتصاص الضوء لها وتحويلها لطاقة كهربائية.
كيفية عمل الألواح الشمسية
- تساهم الألواح الشمسية في تحويل الطاقة الشمسية الكهرباء من خلال مجموعة خلايا شمسية.
- حيث يتم تثبيت الألواح بعناية على أسطح المنازل والمباني وعلى قمة أعمدة الإنارة في الشوارع.
- لكي تستقبل أكبر قدر من أشعة الشمس للحصول على قدر كبير من الطاقة.
- كما تعد الألواح الشمسية من أفضل الطرق الداعمة لنظافة وحماية البيئة لأنها لا تسبب في ضرر في الأرض.
- ويعد تحول ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية يتم من خلال تراكيب إلكترونية تسمى الخلايا الشمسية وهي عبارة عن مؤثر يحمل التيار الكهربائي.
أنواع الخلايا الشمسية
توجد الخلايا الشمسية في عدة أنواع طبقًا المواد المستخدمة في تصنيعها والكفاءة المستنتجة منها وتتمثل في ثلاث أنواع رئيسية وهي كالتالي:
- الخلايا السيليكونية وتتراوح كفاءتها التحويل فيها إلى 22% من الكفاءة النظرية.
- والخلايا الأغشية الرقيقة وتتراوح كفاءتها في نسبة 18% وتدعي بعض المختبرات الحصول عليها لأنها رخيصة الثمن وسهلة التصنيع.
- الخلايا الشمسية متعددة الوصل وهي غالبًا ما تصنع من مادة كاليوم أسانيد وهناك خلايا ذات اتصالين أو ثلاثة وتتراوح كفاءتها نحو نسبة 35% وتتميز بصعوبة صناعتها تكلفتها العالية.
كفاءة الخلايا الشمسية
- تعرف كفاءة الخلايا الشمسية على أنها القدرة الخارجة من الخلية على القدرة الداخلة إليها المتمثلة في طاقة الشمس.
- وقد تم الحصول على فولت الخلية الواحدة الذي تختلف قيمة التيار المستخلص طبقًا للمساحة السطحية للخلية.
- يزداد التيار الكهربائي كلما زادت المساحة السطحية ولكن زيادة المساحة بشكل كبير يؤدي لزيادة المقاومة المتتالية التي تؤدي إلى تقليل كفاءة الخلية.
- وقد تم تصنيع خلايا مساحات مختلفة للحصول على تيار يتراوح من 2.5-3.5 أمبير للخلية الواحدة.
- ولقد أمكن ربط الخلايا الشمسية على التوازي والتوالي لتشكل وحدات توليد الطاقة الكهربائية.
- فعند ربط الخلايا على التوازي والتوالي في وحدات كبيرة يتم الحصول على الطاقة المطلوبة.
تطوير الخلايا الشمسية ضمن نطاق أربعة أساسيات
- من خلال محاولة جعل التكنولوجيا لتصنيع الخلايا الشمسية أقل تكلفة وأكثر كفاءة.
- تطوير تكنولوجيا جديدة تقوم على تصاميم معمارية وهندسية جديدة.
- وتطوير وتصنيع مواد الكترونية لها قابلية أكبر على امتصاص الطاقة الشمسية وتحرير شحنات بعدد أكبر.
- تطوير التصاميم الالكترونيك للمواد المتوفرة حاليًا وتحسين ظروف تصنيعها.
- من هنا تعد الطاقة الشمسية ذات مميزات مهمة منها توفر الطاقة المتجددة، والمستمدة والنظيفة.
- تعد تقنياتها معروفة وليست معقدة ومن السهل تطويرها بالإضافة لأن استخدامها يوفر فرص عمل واسعة.
- تساهم الطاقة الشمسية في توفير المستلزمات المادية والبيئية في العالم العربي بشكل كبير، وقد تحتاج لرأس مال في البداية.
- ولكنها لا تحتاج للمواد الأولية لتوفرها في الطبيعة بالإضافة لأنها لا تحتاج لصيانة بشكل مستمر
شاهد أيضًا: مشروع الطاقة الشمسية واستخداماتها
مراحل تطور تكنولوجيا الطاقة الكهربائية من الشمس
- لقد استفاد الإنسان على مر العصور من طاقة الإشعاع الشمسي في العديد من التطبيقات المختلفة في حياته.
- فقد حاول الإنسان منذ أقدم العصور الاستفادة من الطاقة الشمسية واستغلالها.
- ولكن بقدر محدود ومع التطور في التقنيات التكنولوجية الحديثة الذي وصل له الإنسان اليوم فقد فتح الآفاق العلمية الحديثة لاستغلال الطاقة الشمسية.
- فقد تم استخدامها في القدم في إحراق السفن الحربية بجانب تدفئة المنازل والمحاصيل الزراعية.
- بالإضافة صهر المواد وطهي الطعام وتوليد بخار الماء وتقطير الماء.
- فقد تم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية وكهربائية من خلال التحويل الكهروضوئية.
- والتحويل الحراري للطاقة الشمسية أو الضوئي لطاقة كهربائية بواسطة الخلايا الشمسية.
- وتم اكتشاف هذه الظاهرة من قبل علماء الفيزياء في القرن التاسع عشر الميلادي حيث وجدوا أن الضوء يستطيع تحرير الإلكترونات من بعض المعادن.
- كما توصلوا للعديد من الدراسات التي تمكنهم من تخزين الطاقة الناتجة والاستفادة منها.
أثناء فترة احتجاب أشعة الشمس، التي يمكن تخزينه من خلال التخزين الحراري أو الكهربائي والكيميائي والمغناطيسي.
حيث تعد هذه البحوث من أهم وسائل التطوير لاستخدامات الطاقة الشمسية، بالإضافة لظهور العديد من أنواع محطات توليد الكهرباء المختلفة مثل:
- محطات التوليد البخارية، النووية، والشمسية، والتوليد بواسطة الرياح وغيرها.
آلية عمل الخلايا الشمسية
- الطاقة الشمسية هي المصدر الرئيسي للكثير من الطاقات الموجودة في الطبيعة، فهي تعد من الطاقات المتجددة التي لا تنضب.
- كما تعتبر جميع مصادر الطاقة المتجددة، بالإضافة لنشأتها منذ آلاف السنين.
- وتم استخدامها في تسخين المياه وتجفيف بعض المحاصيل لحفظها من التلف.
- حتى العصر الحديث فنجدها العديد من الأبحاث والتجارب تقوم على أساس استغلال الطاقة الشمسية.
- في إنتاج الكهرباء في التدفئة، وصهر المعادن، وغيرها من الصناعات آيضًا.
- ونظرًا ارتفاع الوقود وزيادة استهلاك الطاقة نجد أن طاقة الشمس هي المصدر الأول المرشح ليحل محل البترول.
- وحاولت البلاد الأكثر عرضة للشمس انتاج الكهرباء من خلال ألواح الفوتوفولتيك التي تحول أشعة الشمس إلى كهرباء.
- وتعد الطاقة الحرارية الشمسية تكنولوجيا جديدة تحول أشعة الشمس إلى كهرباء تستخدمها حاليًا مزارع الرياح في البحار الأوروبية.
- أما الخلايا الشمسية فقد تكونت من طبقتين من أشباه الموصلات التي تعمل عند سقوط أشعة الضوء على الخلية.
- فإن جزءًا من الضوء يتم امتصاصه من قبل ذرات السيليكون، أي أن طاقة الضوء قد تم امتصاصها من قبل مادة الخلية.
- تعمل هذه الطاقة على إثارة الإلكترونات الغير مرتبطة في المادة، وتجعلها تتحرك بحرية داخل المادة، وعندما تتعرض هذه الالكترونات الحرة المجال الكهربي فإن ما تتحرك كلها في اتجاه واحد وهذا يعني تيار كهربي.
- وعند ربط طرفي خلية الفوتوفولتيك بنقطتي توصيل على السطح العلوي والسطح السفلي الخلية يمكن الحصول على تيار كهربائي طالما الضوء مستمر بالسقوط على خلية الفوتوفولتيك.
شاهد أيضًا: الطاقة المتجددة وأهميتها
في النهاية فقد وضح المقال كيف ساهمت الطاقة الشمسية في سهولة الحصول على الكهرباء من خلال أشعة الشمس.