أنواع الخلايا الشمسية وأفضل مايمكن تركيبه داخل المنازل 2021
المحتويات
هيا بنا لنتعرف من خلال موقع الطاقة الذكية على أنواع الخلاليا الشمسية، حيث 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.
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.
- وتم 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.
اقرأ ايضا: أفضل شركات الطاقة الشمسية
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.
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.
- وهذه 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.
وهناك أنواع أخرى من الخلايا الشمسية وهي
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، حيث 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.
- وعند 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.
- وأيضا تقوم الفجوات الموجبة بالتنقل إلى الشريحة الموجبة، وينتج عن هذه فرق الجهد بين الشريحتين.
- ويتم 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.
- وعند 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.
- لذا 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 التجارية
تتمثل الخلايا التجارية في الآتي:
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.
- وخلايا السيليكون الأمورفية سعرها منخفض، مقارنة بخلايا السيليكون البلوري.
- 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.
تعرف على: الواح طاقة شمسية
أنواع الخلايا 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.
- كذلك 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.
