معَنّْى الخلية الشمسية
- هُو عبارة عَنّْ جهاز وجهاز يأخذ شكل خلايا مكدسة بجانب بعضها البعض، ومن خلال تأثير الضوء.
- يتم تحويل أشعة الشمس إلَّى كهرباء وتسمى الخلايا الكهروضوئية أو الخلايا الكهروضوئية.
- هذه الخلايا مستخدمة منذ عقود، منذ عام 1996 وتعمل عبر الأقمار الصناعية.
- توفر هذه الخلايا الشمسية الكهرباء لمحطة الفضاء الدولية.
- يوجد فِيْ إسبانيا حاليًا أكبر محطة للطاقة تعمل بالطاقة الشمسية وتبلغ طاقتها التقريبية 23 ميجاوات.
- فِيْ إسبانيا، يجري التخطيط لبناء أكبر محطة للطاقة، بسعة تقارب 154 ميغاواط، تعمل مع الخلايا الشمسية.
- فِيْ الأيام الأولى من تصنيعها، كانت تسمى الخلية الشمسية أو الخلايا الكهروضوئية أو الخلايا الكهروضوئية بالبطارية الشمسية، إلَّى أن كان لها معَنّْى مختلف.
مبدأ عمل الخلايا الشمسية.
- توضع الخلايا الشمسية مباشرة تحت أشعة الشمس ثم تمتص هذه الخلايا أشعة الشمس.
- وتحويلها إلَّى طاقة كهربائية يستفِيْد منها الناس فِيْ العديد من المجالات والأغراض.
- مما سبق نستنتج أن ضوء الشمس يعمل كبديل لما تفعله المولدات الكهربائية.
- عَنّْدما تشرق الشمس، وتحتوي هذه الأشعة على كَمْية كبيرة جدًا من الطاقة، تستقبل الألواح الشمسية هذه الطاقة.
- تحتوي هذه الألواح على عدد كبير من الخلايا الشمسية، والتي تصطف بجانب بعضها البعض كَمْا ذكرنا.
- تتكون هذه الخلايا بشكل أساسي من السيليكون، وهُو أحد أشباه الموصلات.
- تتلقى هذه الخلايا الطاقة الشمسية، ثم تبدأ الحركة بعملية الطرد، ويتشكل مجال كهربائي.
- فِيْ ذلك الوقت، يتم إطلاق الإلكترونات من مادة السيليكون أو أشباه الموصلات وتتراكَمْ كطاقة كهربائية، مما ينتج عَنّْه تيار كهربائي مستمر، يتم إنتاجه كيميائيًا فِيْ البطاريات.
- من خلال محول يسمى العاكس، يتم تحويل الكهرباء الكيميائية للتيار المستمر إلَّى كهرباء تيار متردد، وهذا ما يستخدم فِيْ الحياة اليومية.
أنواع الخلايا الشمسية
لقد حدث تطور فِيْ مجال تصنيع الخلايا الشمسية، ولهذا تم تصنيع أنواع مختلفة من هذه الخلايا، والتي تختلف عَنّْ بعضها البعض من حيث الكفاءة والاستخدام والعمر النافع، ومن بينها
خلايا أحادية البلورية
- هذا النوع من الخلايا مصنوع من السيليكون.
- وتتميز هذه الخلايا بكفاءتها العالية، وقدرتها على امتصاص الطاقة الشمسية بمعدل يتأرجح بين 11٪ و 16٪، من خلال إشعاع الشمس الذي يمكن أن يصل إلَّى 1000 واط لكل متر مربع.
- كل متر مربع من هذه الخلايا قادر على إنتاج حوالي 110 واط.
خلايا متعددة الأشكال
- وهِيْ عبارة عَنّْ رقائق تم كشطها من بلورات أسطوانية مصنوعة من السيليكون، ثم خضعت لعملية معالجة كيميائية فِيْ الأفران من أجل زيادة خواصها الكهربائية.
- يتراوح هذا النوع من الخلايا من 9٪ إلَّى 13٪ من حيث الكفاءة.
الخلايا المورفولوجية
- يتميز هذا النوع من التكنولوجيا والخلايا بسهُولة التصنيع، ويظهر السيليكون على شكل طبقات رقيقة على سطح زجاجي أو بلاستيكي.
- تتراوح كفاءة هذه الخلايا من حوالي 3٪ إلَّى 6٪.
- هذا النوع من الخلايا مناسب للمناطق التي تحتاج إلَّى 40 واط أو أقل.
السيليكون فِيْ الخلايا الشمسية
- تحتوي ذرة السليكون على 14 إلكترونًا، فِيْ أول مدار تتسع فِيْه حتى تصل إلَّى إلكترونين، والمدار الثاني تصل فِيْه إلَّى ثمانية إلكترونات، وهما مداران مستقران.
- يحتوي المدار الثالث على أربعة إلكترونات، وهذا المدار غير مستقر، لذا فهُو يحتاج إلَّى 4 إلكترونات مختلفة لإكَمْال المدار.
- تترَابِطْ ذرة السيليكون مع ذرة سيليكون مختلفة للحفاظ على استقرارها، وفِيْ النهاية لدينا ما يسمى بالسيليكون البلوري.
- السيليكون البلوري ضروري لعمل الخلية، لأنه يمنع وجود الإلكترونات الحرة، مما يساعد فِيْ تكوين التيار الكهربائي من خلال الطاقة الشمسية.
- يتم تعديل ذرات السليكون بشكل طفِيْف لتلائم مبدأ الخلايا الشمسية، ويتم حل هذه المشكلة عَنّْ طريق خلط السيليكون ببعض الشوائب مثل ذرة الفوسفور.
- تحتوي ذرة الفوسفور فِيْ مدارها الخارجي الأخير على 5 إلكترونات، لذلك لا يمكنها الارتباط بذرات السيليكون المجاورة.
- وهناك إلكترون لا يرتبط به أحد، وتهرب بعض الإلكترونات وتترك فراغًا خلفها نتيجة سقوط أشعة الشمس عليه.
- تسمى هذه الإلكترونات فِيْ الخلية الشمسية بالناقلات الحرة.
- السيليكون من نوعين، السليكون السالب ويحتوي على الفوسفور كشوائب، والسيليكون الموجب وهذا النوع يضيف إلَّى عَنّْصر البورون الذي يحتوي على 3 إلكترونات فِيْ مداره الأخير.
- بناءً على ما سبق، يتم تكوين مجال كهربائي، من خلال هذا المجال يمكن السماح للإلكترونات الحرة بالتحرك بانتظام بحيث يتم توليد تيار كهربائي يمكننا الاستفادة منه.
أضخم مشاريع الخلايا الشمسية.
مشروع نور للطاقة الشمسية
- تقع فِيْ دولة المغرب وتعتبر محطة نور أكبر مشروع محطة للطاقة الشمسية فِيْ العالم.
- تقع فِيْ منطقة أغادير فِيْ بلدية ورزازات، كَمْا تتواجد فِيْ المناطق الأكثر تعرضاً لأشعة الشمس فِيْ العالم، 2635 كيلووات للمتر المربع سنوياً.
- يجري العمل حالياً على تحويل مجمع ورزازات بطاقة 500 ميغاواط إلَّى حديقة شمسية تضم عدداً من محطات الطاقة الشمسية بتقنيات مختلفة.
- تبلغ سعة المحطة الأولى فِيْ هذا المجمع 160 ميغاواط، وتستخدم ثلاث ساعات من تخزين الطاقة الحرارية لتوفِيْر الطاقة فِيْ ساعات الذروة فِيْ المساء.
- سيعتمد نور 2 على تقنية المعالجة المركزية، بقدرة 200 ميغاوات وسبع ساعات من التخزين.
- مشروع نور 3 هُو مشروع عالمي وصديق للبيئة بطاقة 150 ميغاوات.
- سيتم تطوير المشروع الثالث فِيْ مجمع ورزازات للطاقة الشمسية ضمن التطورات المخطط لها.
- تغطي مشاريع نور الثلاثة مساحة 2500 هكتار، وفِيْ عام 2022 سيبدأ نور 2 و 3 فِيْ توصيل الكهرباء بالشبكة.
مشروع Long Yang Xia Dam للطاقة الشمسية
- تبلغ مساحة هذه الحديقة الشمسية 25 كيلومترًا مربعًا بها أربعة ملايين لوحة شمسية.
- فِيْ فبراير 2017، أصبحت هذه الحديقة واحدة من أكبر حدائق الطاقة الشمسية فِيْ العالم، نظرًا لحجمها الهائل وقدرتها التي تصل إلَّى 850 ميغاواط.
- يقع مشروع حديقة الطاقة الشمسية فِيْ مقاطعة تشينغهاي، الصين.
- تنتج هذه الحديقة 220 / ساعة من الكهرباء كل عام، والتي يمكن استخدامها من قبل 200000 منزل.
خاتمة
- مبدأ عمل الخلايا الشمسية مستخدم منذ عقود، وسبب انتشار هذه التقنية فِيْ الآونة الأخيرة.
- وهُو أن الشركات قد وصلت إلَّى كفاءة تحويل عالية وبالتالي تم تخفِيْض سعر التصنيع.
- ومن خلال الخلايا الشمسية يتم إنتاج الكهرباء بأسعار منافسة للطرق التقليدية لتوليد الكهرباء.
نوصي أيضًا بما يلي