ما هي أدوات تحول أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية
ما هي أدوات تحول أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية ؟، تسعى الكثير من الحكومات لاستغلال الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء، وذلك بتوفير الأدوات التي تساعد على تحويل أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية.
وفي هذا الموضوع سوف نتحدث عن الطاقة الشمسية وكيفية استغلالها في توليد الكهرباء، كما سوف نوضح طرق تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية، وتحويلها إلى طاقة حرارية.
محتويات المقال
أدوات تحول أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية
حتى نتعرف على طرق تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية، يجب علينا أولًا أن نتعرف على مفهوم الطاقة الشمسية، فإن الشمس تتمتع بفوائد عديدة من أبرزها استخدمها في الحرارة وتوليدها.
كما يتم استخدامها في تكوين ما يُعرف بالتفاعلات الكيميائية، فضلًا عن استغلالها في توليد الطاقة الكهربائية، حيث أن طاقة الشمس من ضمن الطاقة المتجددة، والتي لا تسبب تلويث البيئة، وتستمر في التجديد بشكل دائم على عكس الموقود الأحفوري والمواد البترولية والغاز الطبيعي.
ولذلك تم الاستعانة بالتكنولوجيا الحديثة في توليد الطاقة الكهربائية من أشعة الشمس، فمن الممكن استخدمها في تلبية ما يحتاجه العالم في المستقبل من الكهرباء إذا تم استغلالها بالأساليب الجيدة والمناسبة.
أدوات تحول الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية
يصدر عن القرص الشمسي إشعاع يُقدر بنحو 1026 × 3,846 واط من إجمالي الطاقة التي تُوزع على سطح الكرة الأرضية على هيئة أضواء أو إشعاعات أخرى.
ويتم استغلال هذه الطاقة للاستفادة منها بتجميع الإشعاعات المُشعة، وتحويلها بشكل مباشر لحرارة وطاقة كهربائية بالاستعانة بعملية التحويل الكهروضوئي.
والتي يمكن تعريفها على أنها القدرة الخاصة بالمادة على إصدار ما يُعرف بالإلكترونات عند توجيه الأضواء عليها، والتي يتم استخدمها في الخلية الشمسية.
شاهد أيضًا: بحث عن الطاقة الشمسية ومصادرها
الخلية الشمسية
الخلية الشمسية هي أداة تحول أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية، وذلك باستخدام عملية التحويل الكهرو ضوئي، ويعد مبدأ عمل الخلية الشمسية هو:
تتكون الخلايا الشمسية من مادة السليكون، وهي من المواد الشبه موصلة، والتي تتميز بامتلاكها خصائص المعدن، وبعض المميزات الخاصة بالمواد العازلة.
حيث يتم انتقال الطاقة من خلال السير بجزئيات من الأشعة الشمسية وهو ما يُعرف بالفوتونات للإلكترونات الخاصة بذرات السليكون.
والتي تتواجد بالخلايا الشمسية عند تصادمها بالفوتونات، ليتحرر الموجود بالمدار الأخير في السيليكون، مما ينتج عن ذلك حدوث اختلالات للتوازن الكهربائي بالخلايا الشمسية.
من الممكن القيام بحل الاختلالات بالتوازن الكهربائي في الخلايا الشمسية بسبب التكوينات الداخلية لذرة السليكون، فعند وضع هذه الذرات وترتيبها في داخل الخلايا الشمسية وغلقه بشكل محكم يتشكل حينها نوعين من السليكون، وهم:
ذرات السليكون من النوع N
وهي ذرات السليكون السالبة المعروفة إنجليزيًا باسم N = Negative، وهي عبارة عن ذرات سليكون بالشحنة السالبة، حيث أنها تحتوي على إلكترونات زائدة.
ذرات السليكون من النوع B
وهي ذرات السليكون الموجبة والمعروفة إنجليزيًا باسم P = Positive، وهي عبارة عن ذرات سليكون بالشحنة الموجبة حيث أنها تفقد إلكترونات، وتترك ثقوبًا بدلًا منها.
تقوم الإلكترونات بالشحنات السالبة بالانتقال من السليكون بنوع N للثقوب المتواجدة في السليكون بنوع B كي تسد ثقوبها، مما يجعل الشحنة الخاصة بالسليكون من نوع B سالبة، والشحنة الخاصة بالسليكون من نوع N موجبة، وينتج عن ذلك توليد المجالات المغناطيسية في الخلايا الشمسية.
عندما تحرر الفوتونات الإلكترونات المتواجدة بذرات السليكون، فإن المجالات المغناطيسية المتولدة تقوم بدفع هذه الإلكترونات بمسارات منتظمة، مما يؤدي إلى إنتاج الطاقة الكهربائية.
قد يهمك: بحث عن تطبيقات الطاقة الشمسية ومستقبلها فى مجالات الطاقة النظيفة والمستحدثة
أنواع الخلية الشمسية
يعد القرص الشمسي من المصادر الفعالة لتوليد الكهرباء وإنتاجه، فضلًا عن تكلفته المنخفضة، وذلك يتم إنتاج العديد من الأنواع المختلفة من الخلايا الشمسية بالتقنيات المتنوعة، لاستخدام وتوليد الطاقة الشمسية وتخزينها أيضًا، ومن أبرز أنواع الخلايا الشمسية من أدوات تحول أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية ما يلي:
الخلايا الشمسية بالألواح الأحادية للبلورة
من أهم ما يُميز الألواح الشمسية أحادية البلورة هو كفاءتها العالية بالمقارنة بالأنواع الأخرى، حيث أنها تستطيع إنتاج أكبر كم من الكهرباء، ولكن يعيبها فقط أنه تكلفة تركيبها عالية للغاية بالرغم من أنها لا تحتاج لمساحات كبيرة لوضعها فيها.
الخلايا الشمسية الكريستالية
من أهم ما يميز هذا النوع من الخلايا الشمسية التي من ضمن أدوات تحول أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية؛ هو أن تكلفتها منخفضة بالمقارنة بالخلايا الشمسية الأحادية البلورة، ولكن لا تعمل بكفاءة عالية، والعمر الافتراضي لها قصير.
الخلايا الشمسية بالأغشية الرقيقة
من أهم ما يميز هذا النوع من الخلية الشمسية أن تصنيعها سهل، وتكلفتها منخفضة جدًا، إلا أن العمر الافتراضي لها أقصر من الأنواع الأخرى، بالإضافة لكفاءتها القليلة بالمقارنة بالخلايا الشمسية الأخرى.
الخلية الشمسية الغير مُتبلورة للسليكون
وهي التي يتم تصنيع الآلات الحاسبة الصغيرة التي تعمل بالطاقة الشمسية منها، فهي تتميز بتكلفتها المنخفضة، ولكن يعيبها أنها تعمل بكفاءة متدنية جدًا.
الخلية الشمسية البيولوجية
وتضاهي هذه الخلية عمليات التمثيل الضوئية بالطبيعة، إلا أنها حتى الآن لم يتم استخدمها بشكل عملي في تحويل أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية.
خلية الكادميوم تيلورايد الشمسية
ويساعد هذا النوع من الخلايا الشمسية على توليد الطاقة وإنتاجها عن طريق استخدام كميات بسيطة من المياه، ولكنها تقوم باستخدام الكربون؛ وهو المضر جدًا على صحة الكائنات الحية في حالة إذا قام الإنسان باستنشاقه أو بتناوله.
الخلية الكهروضوئية المُركزة
ويقوم هذا النوع المن الخلايا بإنتاج الكهرباء بنفس الطريقة التي يتم استخدامها في النظم الكهروضوئية العادية التي تعمل بشكل تقليدي، ولكن من أهم خصائصها أنها تعمل بكفاءة أعلى منها.
استخدامات الخلايا الشمسية
إن إنتاج العديد من الأنواع المختلفة للخلايا الشمسية جعلها تُستخدم في الكثير من الأماكن، ومن أبرز تطبيقات الخلايا الشمسية ما يلي:
إنارة الشوارع
يتم استخدام الأشعة الشمسية الصادرة عن الشمس خلال الفترة النهارية باستغلالها في شحن البطاريات الخاصة بالخلايا الشمسية، لإنارة الشوارع خلال الفترة الليلية.
ثلاجات للقاحات والأدوية
يتم الاستعانة بالخلايا الشمسية وتقنياتها الحديثة في المحافظة على الأدوية واللقاحات الموجودة في الأماكن النائية والتي لا يتوفر فيها طاقة كهربائية لتشغيل الثلاجات، ومن المعروف أن هذه المنتجات الطبية تحتاج إلى درجة حرارة محددة حتى لا تفقد قيمتها وخواصها.
أدوات طهي الطعام
فتقوم الخلية الشمسية بعكس أشعة الشمس القوية للأفران بهدف استغلالها في إعداد الوجبات الغذائية.
شحن الجوالات الخلوية
ويتم شحن الجوالات الخلوية بتعريضها للأشعة الشمسية لعدد محدد من الساعات، ومع الوقت سوف يتم شحن الكثير من الأجهزة بهذه التقنية.
اخترنا لك: الالواح الشمسية لتوليد الكهرباء
استخدامات الطاقة الشمسية
من الممكن تحويل طاقة الضوء إلى طاقات أخرى، ومنها ما يلي:
تحويل الطاقة الشمسية لطاقة كيميائية
من الممكن تحويل طاقة الضوء لطاقة كيميائية وذلك بعملية البناء الضوئي في النباتات، فإن ورق النباتات تعمل على امتصاص شعاع الشمس كي تبني سكرياتها البسيطة، وأيضًا لتخزين الطاقة الذي يساعدها على النوم.
فعندما يتغذى الكائن الحي على النباتات فيتم انتقال الطاقة الكيميائية المخزنة فيها له، ليتزود بها ليتمكن من القيام بالعمليات المختلفة الخاصة به كالتنفس، والتحرك، والنمو، والتحدث، وغيرها.
تحويل الطاقة الشمسية لطاقة حرارية
من الممكن استغلال الأشعة الشمسية في تدفئة المنازل عن طريق تلوين أسطحها باللون الأسود الداكن، فهذا اللون يعمل على امتصاص الأسطح لأشعة الشمس.
وتستعين العديد من الدول التي تتميز حرارتها بالانخفاض الشديد بهذه الطريقة، حتى يتمكنوا من الاستفادة من الطاقة الشمسية بأكبر قدر ممكن في تدفئة المنازل والحماية من البرد.
وفي نهاية الموضوع وبعد أن تعرفنا على الطاقة الشمسية، وطرق تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية من خلال التعرف على أدوات تحول أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية، وتعرفنا على الخلايا الشمسية وأنواعها، واستخداماتها المختلفة.
وقمنا بتوضيح طرق تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية، وطرق تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية، عليكم فقط مشاركة هذا الموضوع في جميع وسائل التواصل الاجتماعي.