ما طريقة توليد الطاقة الكهربائية باستخدام الخلايا الشمسية ؟
تعد الشمس هي المصدر الأساسي للحرارة والضوء على سطح الأرض، وتعد إحدى أهم مصادر الحياة على كوكب الأرض فهي تدور بمدار تم تحديده بمنتهى الدقة، إذ أن الأرض تدور حول الشمس في مواعيد ومواقيت محددة بشكل دقيق، من الممكن حساب الزمن بواسطتها، سواء في خلال اليوم او الفصول أو خلال السنة، وكذلك يمكن حساب مظاهر الجغرافية والمناخ التي ترتبط بها و توليد الطاقة الكهربائية باستخدام الخلايا الشمسية .
وفي ظل التطور العظيم للتكنولوجيا أصبحت فائدة الشمس غير مقتصرة فقط على منح الحرارة والضوء، بل أنها تساعد في إتمام الكثير من العمليات الطبيعية، حتى إستطاع الإنسان أن يستفيد من خلايا الشمس وتجمعاتها ليحولها إلى طاقة كهربائية من الممكن الإستفادة بها بالعديد من المجالات، وتعد الطاقة التي يتم إستخراجها من خلايا الشمس هي أفضل وأنظف أنواع الطاقة من حيث إستمراريتها ومن حيث أنها طاقة صديقة للبيئة.
ماهي إستخدامات وفوائد طاقة الشمس
- منذ قديم الزمان وتمكن الإنسان القديم من معرفة إستخدام طاقة الشمس، ففي البداية كانت يتم الإعتماد عليها في عدة أمور بسيطة، حيث كانوا يستخدمون أشعة الشمس في تدفئة بيوتهم وتجفيف محاصيلهم.
- أما في عهد الحضارة البابلية فكانت نساء الكهنة يقمن بإستخدام آلة ذهبية مصقولة، هذه الآلة تساعد على تركيز أشعة الشمس ومن ثم يتم إستخدامها لإشعال النيران.
- بينما في العلوم نجد أرشميدس الذي قام بحرق أسطول الرمان من خلال قيامه بتركيز الأشعة الشمسية على سفن الأسطول الروماني، وذلك كم خلال إستخدامه لعدد ضخم من الدروع المعدنية.
- لجأ الكثير من العلماء إلى الإعتماد على الطاقة الشمسية في عمليات صهر المواد وأثناء توليد البخار وفي الطهي وكذلك في تسخين وتقطير المياه.
- في أوائل القرن العشرين تم إنشاء أول محطة مختصة لتوليد الطاقة الشمسية بجمهورية مصر العربية، والتي كان يتم إستخدامها في عمليات الري والطاقة، ومنذ ذلك الحين تم العمل على تطوير إستخدام الخلايا الشمسية على مر السنين.
كيفية إجراء عملية تحويل الخلايا الشمسية للكهرباء
تُحول الخلايا الشمسية لنوعين من الطاقة، وهي الطاقة الكهربية والحرارية، أما في مقالنا اليوم سوف نتحدث عن عن تحويل الخلايا الشمسية لطاقة كهربائية، وهذا التحويل يكون معتمداً على آلية التحويل الكهروضوئية، تلك الآلية تقوم بتحويل الأشعة الضوئية لكهرباء من خلال الخلايا الشمسية الكهروضوئية، حيث يتم الإعتماد على إستخدام عدد من المواد التي من شأنها العمل على تلك الخاصية، تلك المواد عبارة عن أشباه موصلات مثل عنصري الجرمانيوم والسيلكون، ومؤخراً تم إكتشاف تلك الظاهرة بالتحديد في أواخر القرن 19، حينما تمكن العلماء من التوصل إلى أن الضوء يساعد على تحرير الإليكترونات التي توجد في أنواع معينة من المعادن ويقوم الضوء الأزرق في هذه الخاصية بدور أكبر من الضوء الأصفر.
الخلايا الكهروضوئية التي تستخدم في توليد الكهرباء
تتكون هذه الخلايا من طبقتين من أشباه الموصلات أو كما تُعرف بإسم أشباه النواقل، وفي الغالب يكون السيلكون أحد طرفيه إيجابي والثاني سلبي، ويوجد بينهما وصلة كفاصل، ويوجد غطاء زجاجي يغطي الخلية، ومن أكثر ما يمزي الخلايا الكهروضوئية هو أنها قطعة واحدة، مما يعني أنها غير ملوثة لبيئة وغير مستهلكة للطاقة، بالإضافة إلى أن عمرها طويل فليست بحاجة لإجراء كثير من الصيانة عليها.
ماهي كيفية عمل الخلايا الشمسية؟
تتكون الخلية الواحدة من شريحة سيلكون رقيقة جداً وهي السيلكون السالب، كما أن هذه الشريحة تحتوي على عدد من الإلكترونات الحرة التي تقع بخارج المدار، كما يوجد حول هذا المدار الحر إطار من السيلكون الموجب، هذه الإطارات تحتوي على العديد من الفجوات الموجبة، ومن هنا حينما يسقط الضوء على الشريحة فإنه يقوم بإكتساب إلكترون طاقة وائدة، الأمر الذي يدفع هذا الإليكترون إلى أن يتحرك، الأمر الذي يؤدي إلى حدوث خلل في توازن كل من الشريحتين السالبة والموجبة، فيتسبب هذا الإختلال في حدوث ما يُعرف بفرق الجهد ومن ثم يترتب عليه سريان التيار الكهربائي.
كيفية إستخدام الطاقة التي يتم توليدها؟
- لابد وأن نعي جيداً أن الطاقة المولدة من الخلايا الكهروضوئية هي إحدى أنواع الطاقة المستمرة التي يتم تحويلها بواسطة الOnduleur لتيار متردد أو تنامن الممكن إستعمالها في تخزين تلك الطاقة بالبطاريات بحيث من الممكن أن يتم الإص
- الإستفادة منها في خلال فترة معينة، أو من الممكن إستخدامها في تشغيل الأجهزة.
- هذه هي فكرة مبسطة جداً عن آلية عمل الخلايا الشمسية، ولكن لا يتم القيام بتوصيل خلية شمسية واحدة بل يتم القيام بعمل مصفوفة من الخلايا الشمسية، والتي تكون عبارة عن عدد من اللوح والألواح وتتكون من مجموعة بها عدة خلايا بإطار واحد، هذه المصفوفة وظيفتها هو العمل على توليد طاقة كهربائية، والعلاقة بين حجم المصفوفة وبين كمية الطاقة الكهربائية التي يتم إنتاجها علاقة طردية، فكلما كان حجم المصفوفة أكبر فكلما كانت كمية الكهرباء التي يتم إنتاجها أكبر ومستمرة، فحين القيام بتوصيلها بمحول فإنه يتم العمل مباشرة على تحويل التيارات المستمرة لتصبح تيارات مترددة أو متناوبة تصلح إستخدامها بالأغراض الكهربائية.
رد مع اقتباس