هل سبق أن رأيت الواح الطاقة الشمسية المثبتة على سطح أحد المنازل تحصد الطاقة الشمسية وتحولها إلى كهرباء؟

في هذا المقال سوف نشرح كيفية عمل الواح الطاقة الشمسية ..

ما هي الطاقة الشمسية؟

هي نوع من أنواع الطاقة التي تولِّدها الشمس، ويمكن تسخير الطاقة الشمسية بشكل مباشر أو غير مباشر للاستخدام البشري، إن شمسنا عبارة عن مفاعل نووي طبيعي هائل، تطلق حزمًا صغيرة من الطاقة تُدعى الفوتونات، والتي تُسافر عبر الفضاء من الأرض إلى الشمس مسافة 93 مليون ميل في زمن قدره 8.5 دقيقة.

ففي كل ساعة تصطدم الفوتونات بكوكبنا بما يكفي لتوليد الطاقة الشمسية لتلبية احتياجات الطاقة العالمية لمدة عام كامل.

التوجه العالمي نحو مصادر الطاقة البديلة زاد من الاعتماد على الألواح الشمسية كمصدر للطاقة.

كيفية استغلال الطاقة الشمسية؟

• يمكن تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية وحرارية من خلال ترتيب الخلايا الشمسية في مجموعات كبيرة تُسمى المصفوفات.
• ويمكن لهذه المصفوفات، المكوَّنة من عدة آلاف من الخلايا الفردية، أن تعمل كمحطات طاقة كهربائية مركزية، وتحوِّل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية لتوزيعها على المستخدمين الصناعيين والتجاريين والسكنيين.
• ثم يتم تركيب الخلايا الشمسية في تكوينات أصغر بكثير، والتي يشار إليها عادةً بألواح الخلايا الشمسية أو ببساطة الواح الطاقة الشمسية ، من قبل أصحاب المنازل على أسطح منازلهم لاستبدال أو زيادة إمداداتهم الكهربائية التقليدية.
• من ثم تُستخدم الواح الطاقة الشمسية أيضًا لتوفير الطاقة الكهربائية في العديد من المواقع الأرضية البعيدة، حيث تكون مصادر الطاقة الكهربائية التقليدية إما غير متوفرة أو باهظة التكلفة للتركيب.

فنظرًا لعدم احتوائها على أجزاء متحركة قد تحتاج إلى صيانة أو أنواع وقود تتطلب تجديدًا، توفِّر الخلايا الشمسية الطاقة لمعظم التركيبات الفضائية، من أقمار الاتصالات والطقس إلى المحطات الفضائية. (الطاقة الشمسية غير كافية للمسبارات الفضائية المرسلة إلى الكواكب الخارجية للنظام الشمسي أو إلى الفضاء بين النجوم، ولكن بسبب انتشار الطاقة المشعة مع المسافة من الشمس). كما تم استخدام الخلايا الشمسية في المنتجات الاستهلاكية، مثل الألعاب الإلكترونية والآلات الحاسبة المحمولة وأجهزة الراديو المحمولة. قد تستخدم الخلايا الشمسية المستخدمة في أجهزة من هذا النوع الضوء الاصطناعي (على سبيل المثال، من المصابيح المتوهجة والفلورية)، وكذلك ضوء الشمس.

كيفية عمل الواح الطاقة الشمسية :-

تتكون الواح الطاقة الشمسية من خلايا ضوئية تحوِّل ضوء الشمس الساقط عليها إلى تيار كهربائي مستمر، وهذه الطاقة ترسل إلى بطاريات شحن يتم تخزينها.

ولكي تتم عملية التحويل، يجب أن:

تحتوي الواح الطاقة الشمسية  على مواد شبه موصِّلة (مثل السليكون، وفوسفيد الإنديوم، وسيلينايد الإنديوم النحاسي)، والتي تعمل على تحويل الطاقة الضوئية للشمس إلى طاقة كهربائية، وتحتوي بشكل أساسي على طبقة مضادة للانعكاس لتقليل فقدان الضوء، وعادةً ما تتكون الطبقة المضادة للانعكاس من أكسيد السيليكون، أو التنتالوم، أو التيتانيوم، الذي يتشكّل على سطح الخلية عن طريق الطلاء المغزلي أو تقنية الترسيب بالفراغ، ويوجد تحت الطبقة المضادة للانعكاس ثلاث طبقات رئيسية، وهي: طبقة التوصيل العليا، والطبقة الممتصة، والطبقة الخلفية.

كما تحتوي الخلية على طبقتين كهربائيتين موجبة وسالبة، طبقة التلامس الكهربائي (الموجبة)، والتي توجد على وجه الخلية، وتتكون من شريحة مأخوذة من بلورات السليكون الأحادية مضاف إليها بعض الشوائب من عنصر ثلاثي التكافؤ، مثل البورون. وطبقة الاتصال الكهربائي الخلفية (السالبة)، والتي تتكون من السليكون النقي والمضاف إليها بعض الشوائب لعنصر خماسي التكافؤ، مثل الفوسفور، وتعمل كلا الطبقتين معًا على نقل التيار الكهربائي من وإلى الخلية الشمسية.

الخلاصة:

الواح الطاقة الشمسية ، سواء كانت مُستخدمة في محطة طاقة مركزية أو قمر صناعي أو آلة حاسبة، لها نفس البنية الأساسية.

يدخل الضوء إلى الجهاز من خلال طلاء بصري، أو طبقة مُضادة للانعكاس؛ مما يقلل من فقد الضوء عن طريق الانعكاس، ويحبس بشكل فعَّال الضوء الساقط على الخلية الشمسية من خلال تعزيز انتقاله إلى طبقات تحويل الطاقة أدناه. وعادةً ما تكون الطبقة المضادة للانعكاس عبارة عن أكسيد السيليكون أو التنتالوم أو التيتانيوم الذي يتكون على سطح الخلية عن طريق الطلاء الدوراني أو تقنية الترسيب بالتفريغ.