كيف تعمل الخلايا الشمسية، تعتبر الخلايا الشمسية إحدى أهم المكونات التي تستخدم بشكل أساسي في منظومة الطاقة الشمسية.
تم وضع تصور لأول خلية تجميع للطاقة الشمسية عام 1767 ميلادي، على يد العالم السويسري “حورس سويس”. وفي عام 1883 ميلادي تم بناء أولى الخلايا الشمسية بكفاءة 1% على يد المخترع الأمريكي تشارلز فريتس (بالإنجليزية: Charles Fritts).
وقد وصلت الشركات المصنعة مع التطور المستمر في رفع كفاءة الخلايا الشمسية على مدى السنوات حتى هذه اللحظة إلى تصنع خلايا شمسية بكفاءة تصل إلى 22%، وهذا تطور كبير ولكنها تحتاج إلى المزيد من البحوث لكي ترفع هذه الكفاءة أكثر فأكثر خلال السنوات القادمة.
اقرأ أيضاً
- الفرق بين كابلات الطاقة الشمسية والكابلات العادية
- كيف تختار جهد نظام الطاقة الشمسية
- أفضل انفرترات الطاقة الشمسية للمنازل
ما هي الخلايا الشمسية
يطلق عليها أيضاً بالخلايا الكهروضوئية، أو الفوتوفولتيك (بالإنجليزية: Photovoltaic)، حيث أن كلمة فوتو تعني ضوء، وكلمة فولتيك تعني كهرباء، والكلمتين تعبران عن تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.
حيث تعرف الخلية الشمسية بأنها أداة إلكترونية تتكون من أشباه الموصلات تنتج منها فرق في الجهد عند تعرضها إلى أشعة الشمس، ويتولد عنها تيار كهربائي يعتمد قوته على شدة أشعة الشمس الساقط عليها. وأن فرق جهد الخلية الواحدة ما يقرب 0.5 إلى 0.6 فولت، وتنتج الخلية طاقة كهربائية بما يتراوح بين 1 واط إلى 2 واط حسب حجم الخلية.
تكوين الخلية الشمسية
تتكون الألواح الشمسية من العديد من الخلايا الشمسية، وتتكون الخلية الشمسية من عدة طبقات:
طبقتين رئيسيتين:
- طبقة N-Type: هي الطبقة السالبة تمثل مادة السيليكون التي يكون فيها عدد الإلكترونات هي الغالبية “المادة الإلكترونية”.
- طبقة P-Type: هي الطبقة الموجبة (Positive)، تمثل مادة السيليكون التي يكون فيها عدد الفجوات (الثقوب) هي الغالبية “المادة الثقبية”.
طبقة منطقة العبور.
طبقة شفافة: لزيادة امتصاص ضوء الضوء.
وهناك طبقات أخرى مثل طبقة مانعه الانعكاس، وطبقة حماية التوصيلات والخلايا من العوامل الخارجية.
كيف تعمل الخلايا الشمسية
عند تعرض الخلية الشمسية إلى أشعة الشمس ينتج بين طرفيها فرق جهد، وتيار يمر عبرها إلى حمل كهربائي من أجل تشغيله.
ولكن كيف يحدث ذلك، نعلم أن الطبقة السالبة N-Type بها إلكترونات كافية، والطبقة الموجبة P-Type يوجد بها كمية كافية من الفجوات. وبذلك عند تعرض الخلية أو الخلايا الشمسية إلى ضوء الشمس، فإن الإلكترونات الحرة تمتص طاقة الفوتونات المكونة من الشعاع الشمسي، بالتالي تعمل على سريان التيار داخل الموصل إذا كانت الطاقة الممتصة كافية لهذه العملية.
فكلما زادت كثافة الضوء الساقط على الخلية الشمسية أو الكهروضوئية تزداد حركة الإلكترونات بالداخل، ما يجعلها قادرة على توليد جهد وتيار قريبة من قدرة الخلية الشمسية.
ملاحظة مهمة: الطاقة التي تنتجها الخلية أو الخلايا الشمسية على شكل تيار مستمر DC وليست تيار متردد AC.
المصادر والمراجع
