كيف تعمل الخلايا الشمسية

الخلايا الشمسية واستخداماتها.

• الخلايا الشمسية هِيْ جهاز يمكنه تحويل الطاقة الضوئية إلَّى طاقة كهربائية.
• فِيْ الاجابة على سؤال كَيْفَ تعمل الخلايا الشمسية اكتشفنا أن هذه العملية تحدث من خلال ما يسمى بالتأثير الكهروضوئي، والذي يسمى أيضًا بالخلية الكهروضوئية.
• تعتبر الخلايا الشمسية أيضًا مزودًا أساسيًا للطاقة.
  • لأنها لا تحتاج إلَّى وقود لإنتاج تلك الطاقة الكهربائية أو تفاعلات كيميائية مختلفة.
• كَمْا أن الخلايا الشمسية ليست مثل المولدات، لأنها لا تحتوي على أجزاء متحركة.
• يمكن العثور على الخلايا الشمسية فِيْ تكوينات صغيرة مختلفة تعرف باسم الألواح الشمسية.
• تستخدم هذه الألواح أيضًا فِيْ المنازل لتحل محل مصدر الطاقة التقليدي.
• أيضا من المناطق التي تستخدم فِيْها هذه اللوحات إلَّى المناطق الجغرافِيْة البعيدة.
  • نظرًا لمدى صعوبة وجود أي مصدر تقليدي للطاقة فِيْه، يتم استخدام الألواح الشمسية.
• قد تكون الخلايا الشمسية متاحة أيضًا فِيْ شكل عدة مجموعات كبيرة تسمى المصفوفات.
• كَمْا أنها تتكون من عدة آلاف من الخلايا الفردية.
• يتم استخدامها لتحويل ضوء الشمس إلَّى طاقة كهربائية وتوزيع تلك الطاقة فِيْ المناطق ذات المجمعات السكنية والصناعية والتجارية.
• يتم ذلك من خلال استخدام محطات الطاقة المركزية.
• تُستخدم الخلايا الشمسية أيضًا لتشغيل معظم المركبات والأجهزة الفضائية، مثل الأقمار الصناعية والمحطات الفضائية.
• وذلك لأنه لا يستهلك الوقود لأنه مستقر، بالإضافة إلَّى أنه لا يحتاج إلَّى صيانة مستمرة.
• كَمْا أنها تستخدم فِيْ صنع الألعاب الإلكترونية وأجهزة الراديو المحمولة وأجهزة الكَمْبيوتر المحمولة وغيرها من الأجهزة.

تركيب الخلايا الشمسية

• تحتوي الخلايا الشمسية على مواد مختلفة من أشباه الموصلات، مثل فوسفِيْد الإنديوم والسيليكون وسيلينيد النحاس الإنديوم.
• وتلك المواد ووظيفتها هِيْ تحويل الطاقة الضوئية من الشمس إلَّى طاقة كهربائية يمكن استخدامها.
• كَمْا أنه يحتوي بشكل أساسي على طلاء مضاد للانعكاس لتقليل فقد الضوء.
• يتكون الطلاء المضاد للانعكاس عادة من التنتالوم أو أكسيد السيليكون أو التيتانيوم.
• يتكون على سطح الخلية من ثلاث طبقات رئيسية طبقة التوصيل العلوي والطبقة الماصة والطبقة الخلفِيْة.
• بالإضافة إلَّى الخلية التي تحتوي على طبقتين كهربائيتين سالبة وإيجابية، فإن الطبقة السالبة هِيْ طبقة التلامس الكهربائية الخلفِيْة.
• تتكون هذه الطبقة من السيليكون النقي الذي تضاف إليه بعض الشوائب من عَنّْصر خماسي التكافؤ مثل الفوسفور.
• أما الطبقة الموجبة فهِيْ طبقة التلامس الكهربائي، وهِيْ موجودة على وجه الخلية وتتكون من شريحة مأخوذة من أحادي بلورات السيليكون.
• بالإضافة إلَّى ذلك، تمت إضافة بعض الشوائب من عَنّْصر ثلاثي التكافؤ مثل البورون.
• تعمل كلتا الطبقتين معًا لنقل التيار الكهربائي من وإلَّى الخلية الشمسية.

كَيْفَ تعمل الخلايا الشمسية

لمعرفة كَيْفَِيْة عمل الخلايا الشمسية، نحتاج إلَّى معرفة كَيْفَِيْة معالجة الخلايا الشمسية للأشعة الضوئية، مثل

• تتمثل وظيفة الخلايا الشمسية فِيْ تحويل الطاقة الضوئية إلَّى طاقة كهربائية.
• بالإضافة إلَّى ذلك، تتم هذه العملية من خلال سقوط الأشعة الشمسية على الخلايا الشمسية.
• الطبقة المضادة للانعكاس التي نتحدث عَنّْها تحبس بشكل فعال الضوء الساقط من خلال تحسين انتقاله إلَّى بقية الطبقات التالية.
• عَنّْدما تتعرض الصفِيْحة السالبة لأشعة الشمس، تنتقل طاقة الفوتونات إلَّى الإلكترونات فِيْ منطقة التكافؤ.
• من خلال هذه الطريقة، يمكن نقل تلك الطاقة إلَّى منطقة التوصيل الموجودة على الشريحة السلبية.
• أيضًا، بدورها، ستنتقل الفجوات الموجبة إلَّى منطقة التوصيل الخاصة بالرقاقة الموجبة.
• ينتج عَنّْ هذا فرق جهد بين كلا السطحين للتقاطع المزدوج، ويمكن توصيل كلا السطحين بواسطة موصل كهربائي.
• هذا للحصول على تيار كهربائي فِيْ دائرة كهربائية حيث تنتقل الإلكترونات من الرَابِطْة السالبة إلَّى الرَابِطْة الموجبة فِيْ الدائرة الكهربائية.
• من خلال هذه العملية، نحن قادرون على تحويل الطاقة الضوئية لأشعة الشمس إلَّى طاقة كهربائية.

تطور الخلايا الشمسية عبر التاريخ

• عمل العالم بيكريل على دراسة تأثير الضوء على المعادن فِيْ عام 1839.
• لاحظ العالم بيكريل التأثير الكهروضوئي فِيْ هذه المعادن، ثم أظهر آدم وسميث فِيْ عام 1877 لأول مرة مفهُوم الموصل الكهروضوئي.
• ثم، فِيْ عام 1883، تمكن العالم فريتز من تركيب أول خلية شمسية مصنوعة من السيلينيوم.
• سمح التطور الذي صاحب نظريات ميكانيكا الكَمْ للعلماء بشرح الظواهر المتعلقة بالكهرباء الضوئية.
• كَمْا تم شرح ظاهرة الحساسية الضوئية للمواد المختلفة مثل أكسيد النحاس والسيليكون وكبريت الثاليوم وكبريت الرصاص.
• شهد عام 1941 إنشاء أول خلية شمسية من السيليكون بكفاءة تشغيلية تقل عَنّْ 1٪.
• فِيْ منتصف الخمسينيات من القرن الماضي، تم تصنيع بطارية شمسية بكفاءة 6٪.
• ساهم التوسع فِيْ البحث المتعلق بتطوير العلوم الفِيْزيائية ودراسة التبادلات الكهروضوئية والكهربائية فِيْ التطور فِيْ مجال صناعة الخلايا الشمسية.
• أدى هذا التطور إلَّى زيادة كفاءة الخلايا السامة بالإضافة إلَّى تقليل تكلفتها.
• استمر ظهُور الخلايا الشمسية وتطورها فِيْ السبعينيات والثمانينيات من القرن العشرين، بسبب علم البنية المجهرية للبنية المجهرية لأشباه الموصلات.
• ثم خلال هذه الفترة، أصبحت الخلايا الشمسية من أكثر الأساليب العلمية طموحًا لإنتاج الطاقة الكهربائية.
• بالإضافة إلَّى إنتاج تلك الطاقة من خلال مصدر طاقة متجددة وهِيْ الطاقة الضوئية للشمس.