ما هي أدوات تحول أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية

الأدوات التي تحول ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية

كما أنها تستخدم في تكوين ما يعرف بالتفاعلات الكيميائية ، بالإضافة إلى استخدامها في توليد الطاقة الكهربائية ، حيث أن طاقة الشمس من بين الطاقات المتجددة ، والتي لا تولد تلوثًا للبيئة ، وتستمر. يتم تجديده بشكل دائم ، على عكس الوقود الأحفوري والمواد المشتقة من البترول والغاز الطبيعي.

لذلك تم استخدام التكنولوجيا الحديثة لتوليد الطاقة الكهربائية من أشعة الشمس ، ويمكن استخدامها لتلبية احتياجات الكهرباء المستقبلية في العالم إذا تم استغلالها بشكل صحيح وسليم.

الأدوات التي تحول الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية

يصدر القرص الشمسي إشعاعات تقدر بـ 1026 × 3846 وات من إجمالي الطاقة التي تتوزع على سطح الكرة الأرضية على شكل أضواء أو إشعاعات أخرى.

يتم تسخير هذه الطاقة للاستفادة منها عن طريق تجميع الإشعاع المشع وتحويله مباشرة إلى حرارة وطاقة كهربائية من خلال عملية التحويل الكهروضوئي.

والتي يمكن تعريفها على أنها قدرة المادة على إصدار ما يعرف بالإلكترونات عند توجيه الضوء إليها ، والتي تستخدم في الخلية الشمسية.

الخلايا الشمسية

الخلية الشمسية هي أداة تحول ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية من خلال عملية التحويل الكهروضوئي. مبدأ تشغيل الخلية الشمسية هو:

تتكون الخلايا الشمسية من السيليكون ، وهو مادة شبه موصلة ، تتميز بخصائص المعدن ، وبعض خصائص المواد العازلة.

حيث تنتقل الطاقة بالسفر مع جسيمات الإشعاع الشمسي ، ما يعرف بالفوتونات من إلكترونات ذرات السيليكون.

والتي تتواجد في الخلايا الشمسية عند اصطدامها بالفوتونات ، بحيث يتم إطلاق تلك الموجودة في المدار الأخير في السيليكون ، مما يترجم إلى اختلالات كهربائية في الخلايا الشمسية.

من الممكن حل الاختلالات الكهربائية في الخلايا الشمسية بسبب التكوينات الداخلية لذرة السيليكون ، فعند وضع هذه الذرات وترتيبها داخل الخلايا الشمسية وإغلاقها بإحكام ، يتم تكوين نوعين من السيليكون:

• ذرات السيليكون من النوع N.

إنها ذرات سيليكون سالبة تُعرف باللغة الإنجليزية باسم N = Negative ، وهي ذرات سيليكون سالبة الشحنة ، لأنها تحتوي على فائض من الإلكترونات.

• ذرات السيليكون من النوع ب

إنها ذرات سيليكون موجبة ، والمعروفة باللغة الإنجليزية باسم P = موجبة ، وهي ذرات سيليكون موجبة الشحنة لأنها تفقد الإلكترونات وتترك ثقوبًا بدلاً من ذلك.

تنتقل الإلكترونات ، ذات الشحنات السالبة ، من السيليكون من النوع N إلى الثقوب في السيليكون من النوع B لملء ثقوبها ، مما يجعل السيليكون من النوع B سالب الشحنة والسليكون من النوع N مشحونًا إيجابياً ، مما ينتج عنه توليد مجالات مغناطيسية في الطاقة الشمسية الخلايا.

عندما تحرر الفوتونات الإلكترونات في ذرات السيليكون ، تدفع الحقول المغناطيسية المتولدة هذه الإلكترونات في مسارات منتظمة ، مما يؤدي إلى إنتاج الطاقة الكهربائية.

قد يثير اهتمامك:

أنواع الخلايا الشمسية

يعد القرص الشمسي أحد المصادر الفعالة لتوليد الكهرباء وإنتاجها ، بالإضافة إلى تكلفته المنخفضة ، ولهذا يتم إنتاج العديد من أنواع الخلايا الشمسية المختلفة بتقنيات مختلفة ، لاستخدامها وتوليدها وتخزينها أيضًا. ومن أبرز أنواع الخلايا الشمسية التي تحول ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية ما يلي:

• الخلايا الشمسية أحادية البلورية

• الخلايا الشمسية الكريستالات

ومن أهم مميزات هذا النوع من الخلايا الشمسية ، وهي من بين الأدوات التي تحول ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية ؛ وهي أن تكلفتها منخفضة مقارنة بالخلايا الشمسية أحادية البلورية ، لكنها لا تعمل بكفاءة عالية ، كما أن عمرها الإنتاجي قصير.

• الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة

من أهم خصائص هذا النوع من الخلايا الشمسية سهولة تصنيعها ، وتكلفتها منخفضة للغاية ، لكن عمرها الإنتاجي أقصر من الأنواع الأخرى ، بالإضافة إلى كفاءتها المنخفضة مقارنة بالخلايا الشمسية الأخرى.

• خلية شمسية من السيليكون غير متبلور

وهي الآلة التي يتم من خلالها تصنيع الآلات الحاسبة الصغيرة التي تعمل بالطاقة الشمسية ، حيث تتميز بتكلفتها المنخفضة ، ولكن عيبها أنها تعمل بكفاءة منخفضة للغاية.

• الخلايا الشمسية البيولوجية

تشبه هذه الخلية عملية التمثيل الضوئي في الطبيعة ، لكنها لم تُستخدم عمليًا بعد لتحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية.

• الكادميوم تيلورايد الخلايا الشمسية

يساعد هذا النوع من الخلايا الشمسية في توليد الطاقة وإنتاجها باستخدام كميات صغيرة من الماء ، ولكنه يستخدم الكربون ؛ إذا استنشقها الإنسان أو أكلها ، فهو ضار جدًا بصحة الكائنات الحية.

• خلية ضوئية مركزة

ينتج هذا النوع من الخلايا الكهرباء بنفس الطريقة المستخدمة في الأنظمة الكهروضوئية التقليدية ، ولكن من أهم خصائصه أنه يعمل بكفاءة أعلى.

استخدامات الخلايا الشمسية

لقد أدى إنتاج العديد من أنواع الخلايا الشمسية المختلفة إلى استخدامها في العديد من الأماكن ، ومن أبرز تطبيقات الخلايا الشمسية ما يلي:

• إنارة الشوارع

يتم استخدام الإشعاع الشمسي المنبعث من الشمس نهارًا ، مع الاستفادة منه لشحن بطاريات الخلايا الشمسية ، لإضاءة الشوارع أثناء فترة الليل.

• ثلاجات اللقاحات والأدوية

تستخدم الخلايا الشمسية وتقنياتها الحديثة لحفظ الأدوية واللقاحات في الأماكن النائية حيث لا توجد كهرباء لتشغيل الثلاجات ، ومن المعروف أن هذه المنتجات الطبية تحتاج إلى درجة حرارة معينة حتى لا تفقد قيمتها وخصائصها.

• تجهيزات المطابخ

تعكس الخلية الشمسية ضوء الشمس القوي إلى الأفران لاستخدامها في تحضير الطعام.

• شحن الهواتف المحمولة

يتم شحن الهواتف المحمولة عن طريق تعريضها للإشعاع الشمسي لعدد محدد من الساعات ، وبمرور الوقت سيتم شحن العديد من الأجهزة بهذه التقنية.

نختار لك:

استخدامات الطاقة الشمسية

يمكن تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقات أخرى ، بما في ذلك ما يلي:

• تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية

من الممكن تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية من خلال عملية التمثيل الضوئي في النباتات ، حيث تمتص أوراق النبات ضوء الشمس لبناء السكريات البسيطة وأيضًا لتخزين الطاقة التي تساعدها على النوم.

عندما يتغذى كائن حي على النباتات ، يتم نقل الطاقة الكيميائية المخزنة فيه ، بحيث يمده حتى يتمكن من القيام بعملياته المختلفة مثل التنفس والحركة والنمو والكلام وغيرها.

• تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية

من الممكن الاستفادة من الإشعاع الشمسي لتدفئة المنازل عن طريق تلوين أسطحها باللون الأسود الغامق ، حيث يعمل هذا اللون على الأسطح من خلال امتصاص أشعة الشمس.

تستخدم العديد من الدول ذات درجات الحرارة المنخفضة للغاية هذه الطريقة ، من أجل الاستفادة الكاملة من الطاقة الشمسية في تدفئة المنازل وحمايتها من البرد.