ما هو مبدأ عمل الخلايا الشمسية

مبدأ عمل الخلايا الشمسية

يقوم مبدأ عمل الألواح الشمسية على السماح للفوتونات بإطلاق الإلكترونات من الذرات، مما يولد تيّاراً كهربائياً، فالألواح الشمسية تتكون من وحدات صغيرة تسمى الخلايا الكهروضوئية، التي تحول ضوء الشمس إلى كهرباء، وتشكل العديد من الخلايا المتصلة ببعضها لوحاً شمسيّاً، وكل خلية من الخلايا الكهروضوئية مكونة من شريحتين من مادة شبه موصلة مثل السيليكون، وتقوم الخلايا الكهروضوئية على إنشاء مجال كهربائي عند فصل الشحنات المعاكسة.^[١]

للحصول على المجال الكهربائي تقوم الشركات المصنعة بدمج السيليكون بمواد أخرى، مما يشحن كل شريحة من شريحتي السيليكون بشحنة كهربائية، مثلاً يخلط الفوسفور مع الشريحة العلوية من السيليكون، فيجعل شحنتها سالبة، أما الشريحة السفلية تخلط مع البورون فتكتسب شحنة موجبة، وينتج عن هذا مجال كهربائي، وعندما يقوم فوتون ضوء الشمس بتحرير إلكترون فإن الحقل الكهربائي سيدفع هذا الإلكترون، ثمّ تقوم اللوحات المعدنية الموصلة على جوانب الخلية بجمع الإلكترونات ونقلها إلى الأسلاك، بالتالي يتدفق التيار الكهربائي.^[١]

مكونات النظام الشمسي

تتكون الخلايا الشمسية من عدة مكونات أساسية، هي:^[٢]

• الألواح .
• معدات التركيب والتثبيت.
• محولات التيار المستمر إلى التيار المتردد.
• متعقبات شمسية تقوم بتحريك الألواح الكهروضوئية آلياً على مدار اليوم حتى تواجه الشمس مباشرة في جميع الأوقات.
• مفاتيح الفصل للمستخدمين.
• توصيلات الأسلاك والقواطع.
• عدادات الطاقة.

المواد التي تُصنع منها الخلايا الشمسية

هناك مجموعة متنوعة من مواد أشباه الموصلات المختلفة المستخدمة في الخلايا الشمسية، وهي تشمل الموادّ الآتية:^[٣]

• السيليكون: (SILICON)؛ يعتبر السيليكون أكثر المواد استخداماً في الخلايا الشمسية، وتوفر الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون حالياً كفاءة عالية، وتكلفة منخفضة، وعمراً افتراضياً طويلاً، وهذه الخلايا تملك عمراً تشغيلياً يبلغ 25 عاماً أو أكثر منتجةً أكثر من 80٪ من طاقتها الأصلية بعد هذا الوقت.
• رقائق الخلايا الشمسية: (THIN-FILM PHOTOVOLTAICS)؛ يتم إنشاء خلية شمسية رقيقة الغشاء عن طريق وضع طبقة رقيقة أو أكثر من المواد الكهروضوئية على مادة داعمة مثل الزجاج، أو البلاستيك، أو المعدن.
• الخلايا الكهروضوئية العضوية: (ORGANIC PHOTOVOLTAICS)؛ تتكون الخلايا الكهروضوئية العضوية (OPV)، من بوليمرات غنية بالكربون، يمكن تصميمها لتحسين وظيفة محددة للخلية مثل الحساسية لنوع معين من الضوء، فهذه التكنولوجيا لديها القدرة على توفير الكهرباء بتكلفة أقل من السيليكون أو تكنولوجيا الأغشية الرقيقة نظريّاً، وهي تملك نصف كفاءة السيليكون البلوري ولها عمر تشغيلي أقصر، ولكنها أقل تكلفة إذا تم تصنيعها بكميات كبيرة.

المراجع

1. ^ ^{أ ب} Michael Dhar (6-12-2017), "How Do Solar Panels Work"، www.livescience.com, Retrieved 15-6-2019. Edited.
2. ↑ Rik DeGunther, "the-basic-components-of-a-home-solar-power-system"، www.dummies.com, Retrieved 21-5-2019. Edited.
3. ↑ (16-8-2013), "Solar Photovoltaic Cell Basics", www.energy.gov, Retrieved 21-5-2019. Edited.