أنواع الخلايا الشمسية و طريقة عمل الخلايا الشمسية 2021

تعرف عبر موقع الطاقة الذكية على أنواع الخلايا الشمسية حيث يوجد العديد من الخلايا الشمسية، تتكون الخلايا الشمسية من الألواح الشمسية وهي مكون أساسي لتوليد الكهرباء، فهي تعمل على تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية، يتم صنع الخلايا من مواد شبه صلبة كالسيليكون لأنه يقوم بامتصاص الضوء من الشمس، الخلايا الشمسية تكون كهروضوئية أو ضوئية.

اهم أنواع الخلايا الشمسية

يوجد بعض الأنواع من الخلايا الشمسية وهي

خلايا شمسية سيليكونية أحادية البلورة

• تم صنع هذه الخلايا في البداية من السيلكون أحادي البلورة، وهو السيلكون النقي.
• وعملية الصنع تتم من خلال السيلكون المصهور حيث يتم سحب بلورة بذرية منه وكل هذا بهدف الحصول على سبيكة أسطوانية من بناء بلوري واحد متصل.
• في الخطوة التالية يقوموا بقص البلورات إلى رقائق، ويتم تثقيل هذه الرقائق لبناء وصلة الموجب والسالب p-n Junction.
• ويتم طلائها بعد ذلك بطبقة مضادة للانعكاس، وفي النهاية يقوموا بتجميعها لتكوين الخلايا الشمسية.
• هذه الخلايا تتميز بأنها ذات كفاءة عالية لأن عملية صنعها تتم ببطء وتأخذ مدة طويلة لهذا فإن سعرها مرتفع مقارنة بالخلايا الأخرى.

خلايا شمسية سيليكونية متعددة البلورات

• يتم صنع هذه الخلايا من خلال سبائك من السيليكون وتكون مربعة الشكل.
• وتكون عملية الصنع من خلال صهر السيلكون ومن ثم تبريده ثم صبه في كتل مقسمة إلى ألواح رفيعة.
• وينتج عن تبريد الخلايا وتصليبها خلايا تحتوي على الكثير من البلورات.
• ونلاحظ أن سطع هذه الخلايا في قدرته على امتصاص أشعة الشمس تكون أقل فعالية من قدرة سطح الخلايا السيليكونية أحادية البلورة.
• ولهذا فإن هذه الخلايا تنتج كمية أقل في الطاقة الكهربائية مقارنة بالخلايا السيليكونية أحادية البلورة.
• ولتعويض هذا يتم صنع هذه الخلايا أكبر من الخلايا الأخرى، وهذا يجعلها تحتاج إلى مساحة أكبر.
• ولكن رغم هذا تكون صناعة هذه الخلايا أسهل وأقل في السعر.

الخلايا الشمسية الرقيقة

• هذه الخلايا تعمل على تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية وهذه من خلال التأثير الكهروضوئي.
• تتكون هذه الخلايا من طبقات من مادة لها قدرة عالية على امتصاص الفوتونات الضوئية وتكون مثبتة فوق ركيزة مرنة.
• هذه الخلايا تمت من خلال بالباحثين في قسم الطاقة في جامعة ديلاوير في الولايات المتحدة الأمريكية، وهذا كان في السبعينيات.
• كما تم تطوير هذه الخلايا حتى وصلت إلى الشكل الموجود اليوم، ويميز هذه الخلايا أنها منخفضة السعر وذات كفاءة عالية.

الخلايا الشمسية ذات الكفاءة العالية

• تم تطوير الخلايا الشمسية لأننا بحاجة إلى خلايا شمسية بكفاءة أعلى.
• ولكن المشكلة في هذه الأنواع أنها تحتاج إلى مواد نادرة الانتشار وكذلك تكاليف صناعتها عالية ومن أنواع هذه الخلايا ما يلي
• خلايا زرنيخيد الغاليوم، هذه الخلايا تتكون من مادة زرنيخيد الغاليوم.
• وهي مادة شبه موصلة وتصل كفاءتها إلى 30%، لأنها تتميز بخصائص كهربائية رائعة، وهذه المادة تقاوم أيضا الحرارة.

الخلايا الشمسية متعددة الوصلات

• دائما يتم العمل على تطوير الخلايا الشمسية بشكل سريع، والخلايا الشمسية متعددة الوصلات لديها القدرة على رفع كفاءة الخلايا الشمسية في المستقبل.
• وهذا لأنها لديها المقدرة على امتصاص أطوال موجية مختلفة من أشعة الشمس باستخدام طبقاتها المتعددة، مما يجعل هذا النوع أكثر كفاءة من الخلايا أحادية الوصلة.

اقرأ عن: الطاقة الشمسية للمنازل

الخلايا التكنولوجية المُستجدة

• يمكننا في صنع الخلايا الشمسية استخدام الكثير من المواد وهذا للاستفادة من أشعة الشمس التي تقوم بتوليد الطاقة.
• وهذا يحدث في خلايا بيروفسكايت الشمسية Perovskite solar cells حيث يتم استخدام المواد العضوية.
• هذه الخلايا ذات بناء بلوري محدد، وتحتوي على الكثير من المواد مثل الكلور، والبروم، واليود، والرصاص.
• وهذه المواد رخيصة نسبيا مقارنة بكفاءتها العالية، وهذه المواد محدودة الاستخدام لأن عمرها قصير.

الخلايا الشمسية العضوية

• وهي تتكون من طبقات مبلمرة رخيصة برغم من عدم انتشار هذه المواد فهي موجودة بشكل محدود وهي أيضا ذات كفاءة عالية.

الخلايا الشمسية الصبغية

• يتم تصنيع هذه الخلايا من ثنائي أكسيد التيتانيوم، ويتم تغليفها بطبقة رقيقة من المُحسسات.
• تقوم صناعة هذه الخلايا اعتمادا على تكنولوجيا النانو، وهذه المواد مازالت تحت الفحص المخبري التجريبي رغم معرفة كفاءتها العالية نظريا.

طريقة عمل الخلايا الشمسية

• عندما تسقط الأشعة الشمسية على الخلية تقوم الطبقة المضادة الانعكاس بحجز الضوء الساقط عليها وتساعد على انتقاله إلى الطبقات السفلى.
• عند تعرض الشريحة السالبة للإشعاع الشمسي فهذا يؤدي إلى تنقل طاقة الفوتون إلى الإلكترونات الموجودة في منطقة التعادل وهذا يجعلها قادرة على الانتقال إلى منطقة التوصيل في الشريحة السالبة.
• كما تقوم الفجوات الموجبة بالتنقل إلى الشريحة الموجبة، وينتج عن هذه فرق الجهد بين الشريحتين.
• يتم الوصل بين السطحين باستخدام موصل كهربي فيتم نقل التيار الكهربائي في دائرة كهربية.
• حيث يقوم الإلكترون في الدائرة الكهربية بالمرور من الوصلة السالبة إلى الموجبة، وهكذا يتم تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربية.
• عند فتح الدائرة الخارجية للخلية، يكون شدة التيار وقتها 0.07 أمبير ويكون فرق الجهد 0.6 فولت وحسب العلاقة القدرة الكهربية= التيار× فرق الجهد، فهذا يعني أن القدرة الكهربية الناتجة تكون 0.04 واط.
• إذا أردنا تشغل مضخة قدرتها الكهربية 187 واط، فإننا سوف نحتاج إلى مئات من الخلايا الشمسية التي تكون متصلة مع بعضها على التوالي أو التوازي.

أنواع الخلايا الشمسية التجارية

اليكم اهم واشهر انواع الخلايا التي يتم استخدامها في الطاقة الشمسية والتي يطلق عليها خلايا الطاقة الشمسية التجارية وهي كالاتي:

الخلايا الشمسية السيليكونية المتبلورة

• يتم تصنيع هذا النوع من الخلايا من السيلكون، وهذا عن طريق المعالجة الكيميائية والفيزيائية لقضيبان من السيلكون تم انماءهم.
• ثم تحوليهم إلى رقائق وتكون هذه المعالجة عبر مراحل مختلفة حتي يتم صنع الخلايا الشمسية.
• تتراوح كفاءة هذه الخلايا بين 9:17%، وهذه نسبة عالية، ولابد من التفريق بين الخلايا السيليكونية أحادية التبلور لأن سعرها مرتفع بسبب صعوبة تنقيتها واستهلاك الطاقة.
• بينما الخلايا السيليكونية عديدة التبلور تكلفتها أقل وهي كذلك أقل كفاءة.

الخلايا الشمسية السيليكونية الأمورفية

• تأخذ مادة هذه الخلايا شكل سيليكوني وهذا بسبب التكوين البلوي المتصدع بسبب وجود عنصر الهيدروجين، أو بسبب موجود مواد أخرى يتم إدخالها لكي تكسب الخلايا خواص كهربية.
• خلايا السيليكون الأمورفية سعرها منخفض، مقارنة بخلايا السيليكون البلوري.
• كما يتم ترسب طبقة على شكل شريط رقيق وهذا عن طريق استعمال كميات قليلة من المواد الخام.
• تتراوح كفاءة هذه المواد بين 4:9%، وهذه النسبة تتأثر بالمساحة السطحية حيث إذا قلت المساحة السطحية زادت هذه النسبة، ويتأثر استقرارها أيضا بأشعة الشمس.

اقرأ ايضا: أنواع الخلايا الشمسية 

أنواع الخلايا الشمسية الكهروضوئية

• هذه الخلايا يتم من خلالها توليد الطاقة حيث يتم تحويل أشعة الشمس إلى كهرباء، عن طريق استخدام أشباه الموصلات باستخدام ألواح شمسية.
• والخلايا الكهروضوئية هي من أفضل الخلايا لتوليد الكهرباء، وهذا عن طريق تحفيز فوتونات الضوء للانتقال من مستوى طاقة أقل إلى مستوى طاقة أعلى.

ومن أنواعها

• خلايا كفاءتها تصل إلى 16% وهي تعتمد في صنعها على السيلكون أحادي التبلر.
• ايضا يوجد خلايا كفاءتها تصل إلى 13% وهي تعتمد في صنعها على السيلكون عديد التبلر.
• خلايا تبلع كفاءتها 3×6% وهي الخلايا المصرفية، وتكون طبقات السيلكون مترسبة على الألواح الشمسية.

ومن أهم استخداماتها

• تجفيف الطعام.
• مجال السكن والزراعة.
• تقطير الماء وأيضًا تحلية المياه المالحة.
• تدفئة الجو وتخليصه من البرودة.
• صهر المواد.
• تستخدم في صناعة الألعاب الإلكترونية وخاصة التي تحتاج إلى كهرباء قليلة.

وفي النهاية فإن الخلايا الشمسية مهمة جدا لأنها تقوم بتحويل طاقة الضوء إلى كهرباء، وهي لا تحتاج إلى أي عملية كيمائية أو وقود لذا تعتبر موفرة للطاقة، وقد تكون الخلايا الشمسية على هيئة ألواح أو مصفوفات، ولها العديد من الاستخدامات المهمة في حياتنا.