ما هي مكونات الخلية الشمسية.. يتم تصنيع الخلايا الشمسية من مواد مختلفة، ومن الجدير بالذكر أن كل هذه المواد من النادر تواجدها في الطبيعة، وفي الآونة الأخيرة تم التركيز على أن تكون الخلية الشمسية من مادة السيليكون، لأن هذا العنصر متوفر في الطبيعة بشكل كبير، قبل الشروع في استخدامه قام العلماء بدراسة عيوبه ومميزاته بشكل دقيق، ومدى ملائمته لصناعة الخلايا الشمسية وهل سيعطي الناتج المطلوب أم لا.
لذلك تتشكل الخلايا الشمسية بشكل عام من مادة بلورية سميكة مثل السيلكون البلوري، أو من مادة لا بلورية رقيقة مثل السيليكون اللابلوري، أو من مادة مترسبة على هيئة طبقات فوق بعضها أو تعرف باسم شرائح وتكون شبه موصلة، مثل أرسنيد الجاليوم، بالإضافة إلى وجود إطار من الألومنيوم وأسلاك التوصيل وبطارية وفولتميتر، وفيما يلي سوف نعرض المكونات بالتفصيل:
الألواح
الألواح هي الجزء الخارجي الظاهر من الخلية الشمسية، يمكن ترتيبها على هيئة صفوف على الأسطح أو على الأعمدة أو بشكل مباشر على الأرض، يجب تثبيتها بشكل جيد في أي مكان يتم وضعها فيه وذلك من خلال استخدام الحوامل الخاصة بها، وتكون بزاوية تتناسب مع اتجاه أشعة الشمس، لتقوم بتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء.
البطارية
تعمل الخلية الشمسية على إنتاج الطاقة من خلال الشمس الساطعة في النهار، تلك الأمر الذي يتطلب إلى وجود مخزن لتخزين الطاقة التي تنتج من هذه العملية ليتم استخدامها في الليل، وهذا لمخزن هو البطارية، حيث يخزن الطاقة التي يتم إنتاجها من أشعة الشمس لاستعمالها في الظلام أو في الأيام الغائمة والتي لا يوجد بها شمس.
العاكس
تعمل الخلايا الشمسية على إنتاج طاقة ذات تيار مستمر ويطلق عليه DC، ولكن يتم استخدام تيار متردد في المنازل، لذلك لا بد من وجود عاكس حتي يعمل على تحويل التيار المستمر إلى تيلر متردد يمكن الاستفادة منه في المنازل وللأجهزة المنزلية.
جهاز التحكم في الشحن
يتواجد هذا الجهاز في أي خلية شمسية، لأنه يعمل على تنظيم كمية التيار التي تعمل على تغذية الألواح الضوئية في البطاريات التي يتم شحنها، وتكون الوظيفة الأساسية هي منع الشحن الزائد عن قدرة اليبطارياتـ كما أنها تعمل على منع تيار البطارية من التسرب مرة واحدة إلى المجموعة الضوئية في الليل أو عند غياب الشمس.
السيليكون
قبل استخدام السيليكون يتم معالجته، حيث إنه يُستخرج من مناجم السيليكا التي توافر غالباً في المناطق التي بها الكوارتنز عالي التركيز، حيث يتم وضع صقل السيليكا حتى تصل غلى الصفات المعدنية المطلوبة، كل هذه العملية تتم في فرن القوس الكهربائي، ولكن الخلية تظل كهروضوئية، فتزيد من كمية الطاقة التي تخرج من الخلية، بالإضافة إلى أنها تجعلها طاقة نقية، حيث إن السيليكون النقي يكون بلوري، ويعتبر هو البنية الأساسية في الخلايا الكهروضوئية.
الخلايا الشمسية
الخلية الشمسية أو ما يطلق عليها اسم الخلية الضوئية أو الخلية الكهروضوئية، هي عبارة عن عنصر إلكتروني أو محولات فولت ضوئي، تتكون من مجموعة من المواد التي لديها العديد من الخصائص بالإضافة إلى قدرتها على امتصاص الفوتونات التي تسقط عليها من أشعة الشمس، أو ما تسمي بالطاقة الشمسية، كما أنها تعمل على تحويل الطاقة الشمسية مباشرة إلى تيار كهربائي مستمر من خلال استغلال التأثير الجهدي الضوئي.
التركيب الفيزيائي للخلية الشمسية يكون عبارة عن رقائق رفيعة من مادة السيليكون، تحمل شحنة موجبة من أحد الجوانب وتحمل شحنة سالبة من الجانب الآخر، عن سقوط أشعة الشمس عليها أو سقوط بعض الفوتونات الضوئية التي تحمل طاقة فإنها تعطي الإلكترونات طاقة تمكنها من الاهتزاز حرارياً، ومن خلال هذه الطاقة يمكن كسر الروابط وتحريرالإلكترونات.
فكرة عمل الخلية الشمسية
عندما تتصدر الطاقة من الشمس على الألواح في الخلايا الشمسية، حيث تعمل الطبقة غير القابلة للانعكاس على حجز أكبر كمية من الضوء بفاعلية عالية، حيث تتعرض الطبقة التي تحمل الشحنة السالبة إلى فوتونات الصادرة من الشمس حتى تنتقل إلى الإلكترونات حتى تصبح قادرة على التحرك، وبالتالي تنتقل إلى الطبقة التي تحمل الشحنة الموجبة في منطقة التوصيل.
تعمل هذه العملية على توليد الطاقة الكهربائية من خلال أطراف الخلية، وتزيد من الحركة بزيادة كثافة الضوء الذي يسقط على الخلية نفسها.
استخدامات الخلايا الشمسية
يمكن استخدام الطاقة الشمسية في العديد من الأشايء ومنها ما يلي:
- يمكن استخدامها في تسخين الماء أو تسخين برك السباحة والتدفئة والإنارة وغيرها.
- كما يمكن استخدامها كوسيلة للتبريد، حيث كلما زاد الإشعاع الشمسي زاد التبريد، وعند ذلك تزداد كفاءة أجهزة التبريد الشمسي.
- يمكن استخدام الخلايا الشمسية في السكن والزراعة وتقطير الماء وتحلية المياه المالحة.
- الهدف الأساسي من الخلايا الشمسية هي توليد الكهرباء من أشعة الشمس، بالإضافة إلى تشغيل الأجهزة الخاصة التي تقوم على طاقة منخفضة مثل: الساعات والألعاب الإلكترونية، الحاسبات الإلكترونية.
- تستخدم في بعض الدول بتشغيل إشارات المرور وأجهزة الإنذار ومراوح الأسقف وهواتف الطوارئ وضخ الماء بالإضافة غلى أنها تستخدم في المناطق البعيدة التي لا يوجد بها شبكات كهربائية.
مشاكل استخدام الخلايا الشمسية
على الرغم من أن الطاقة الشمسية هي مصدر من مصادر الطاقة الطبيعية والمجانية التي يمكن الحصول عليها، ولكن تتواجد بعد المشاكل عند استخدام الخلايا الشمسية، ومنها ما يلي:
- إقامة أنظمة الخلايا الشمسية يكون أمر مكلف للغاية، لذلك فإن عدد كبير من الأشخاص لا يحبذون استخدام الطاقة الشمسية في الأمور الشخصية مثل الاستخدامات المنزلية.
- الحصول على الطاقة الشمسية لا يمكن الحصول عليها إلا في فترة النهار فقط، لهذا لا يمكن استخدامها أو الاعتماد عليها أثناء فترة الليل أي عند غياب الشمس، لأن الشمس العامل الرئيسي في استخراج الطاقة الشمسية.
- تقل كفاءة الألواح الشمسية في الأجواء الباردة والشتوية وعندما تكون الشمس غير واضحة بسبب الأجواء الضبابية، ولكن تم تفادي هذا لموضوع بوجود بطاريات تخزين للطاقة.
- لا بد من الحرص على تنظيف ألواح الطاقة الشمسية بشكل مستمر، كما يجب إزالة الأتربة أو الأشياء التي تمنع اللوح الزجاجي عن أشعة الشمس.
- لا يمكن استخدام الخلايا الشمسية في أماكن مغلقة لا تصل إليها أشعة الشمس أو في في أماكن ضيقة أي لا تصل إليها أشعة الشمس بشكل كامل.
- تعد أسعار البطاريات التي تستخدم في تخزين الطاقة الشمسية مكلفة جداً.
كيفية تركيب الألواح الشمسية في المنازل بسهولة
يوجد العديد من الطرق التي يمكن اتباعها حتى يتم تركيب الألواح الشمسية في المنزل وتكون سهلة ومفيدة حتى تقلل من سلبيات الطاقة الشمسية ومن هذه الطرق ما يلي:
- في البداية لا بد من الحصول على مساعدة من استشاري، حتى يقوم بمساعدتك وحتى تتجنب الوقوع في الأخطاء.
- تقدير المساحة التي تتوفر عندك قبل البدء في شراء المعدات ولتوفير الوقت والمال في تثبيت الألواح الشمسية على الحوامل المخصصة له.
- حساب احتياجات الطاقة التي تريد الحصول عليها، حيث يمكن حساب احتياجات الطاقة الخاصة من خلال حساب متوسط عدد الكيلوات في الساعة التي توجد في الجزء السفلي من فواتير الكهرباء الخاصة بك، والتأكد من مراعاة احتياجات الطاقة في كل موسم ومن أن الطاقة التي يمكن إنتاجها وتخزينها يمكن أن تلبي المتطلبات، حتى في أوقات الظهيرة.
- قراءة العديد من الكتب لفهم أساسيات الكهرباء والألواح الشمسية بشكل أفضل، وذلك للحصول على نتائج أفضل.
- اختيار نوع النظام وذلك لحساب عدد اللوحات اللازمة لإنشاء الألواح الشمسية.
يسعدنا أنضمامكم لنا 🤩👇
https://t.me/school_ksa
