الامارات 7 - الألواح الضوئية
تُعتبر الألواح الضوئية نظامًا كهروضوئيًا يعتمد على الخلايا الكهروضوئية لتحويل الضوء إلى كهرباء على المستوى الذري. تستخدم هذه الخلايا مواد تظهر تأثيرًا كهروضوئيًا، مما يسمح لها بامتصاص فوتونات الضوء وإطلاق الإلكترونات. وعندما يتم جمع هذه الإلكترونات الحرة، ينتج تيار كهربائي يمكن الاستفادة منه.
تتفاوت أحجام الخلايا الكهروضوئية الفردية من 1 سم إلى حوالي 10 سم، ولكن خلية واحدة تنتج فقط من 1 إلى 2 واط، وهو ما يكفي لتشغيل أجهزة صغيرة مثل الآلات الحاسبة أو الساعات. يتم توصيل الخلايا الكهروضوئية كهربائيًا لتشكيل وحدات أو ألواح شمسية مغلفة، وتختلف هذه الوحدات في الحجم والقدرة على توليد الكهرباء. تزداد قدرة توليد الكهرباء مع زيادة عدد الخلايا أو مساحة السطح في الوحدة. يمكن توصيل الوحدات الكهروضوئية في مجموعات لتشكيل مصفوفة من الألواح الشمسية، حيث يحدد عدد الوحدات المتصلة في هذه المصفوفة إجمالي كمية الكهرباء التي يمكن إنتاجها.
تولد الخلايا الكهروضوئية تيارًا كهربائيًا مباشرًا، والذي يمكن استخدامه لشحن البطاريات، وبالتالي تشغيل الأجهزة التي تحتاج إلى تيار مباشر. بينما تُستخدم معظم الكهرباء كتيار متناوب في أنظمة النقل والتوزيع، تُستخدم العاكسات في الوحدات الكهروضوئية لتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد.
تنتج الخلايا والوحدات الكهروضوئية أكبر كمية من الكهرباء عند مواجهة الشمس مباشرة. يمكن استخدام أنظمة تتبع الحركة لتحريك الوحدات نحو الشمس، لكنها تكون غالبًا مكلفة. في معظم الأحيان، تُثبت الوحدات في وضع ثابت موجهة نحو الجنوب بزاوية محددة لتحسين الأداء الاقتصادي والفيزيائي للنظام.
تطبيقات الألواح الضوئية
أنظمة الطاقة المستقلة: تُستخدم التكنولوجيا الكهروضوئية لتزويد المنازل والمناطق الحضرية بالطاقة، بما في ذلك إشارات المرور وأجهزة الإرسال اللاسلكية ومضخات المياه. تعتبر هذه التقنية مفيدة في المواقع النائية حيث قد لا تكون توصيلات خطوط الطاقة مناسبة أو فعّالة من حيث التكلفة.
الفضاء الخارجي: منذ بداياتها، كانت التكنولوجيا الكهروضوئية هي المصدر الأساسي للطاقة في تطبيقات الفضاء مثل محطة الفضاء الدولية والأقمار الصناعية والمركبات الفضائية على المريخ والقمر.
النقل: يمكن استخدام الألواح الضوئية لتوفير الطاقة للمركبات الكهربائية مثل السيارات والقوارب والطائرات. تحتوي بعض السيارات على خلايا كهروضوئية في السقف لتزويدها بالطاقة، مما يوفر مصدرًا للطاقة أثناء التنقل، بينما يتم تشغيل العديد من نقاط شحن السيارات الكهربائية باستخدام الطاقة الشمسية.
مزارع الطاقة الشمسية: توفر الألواح الكهروضوئية كميات كبيرة من الطاقة على نطاق واسع، وغالبًا ما تستخدم أنظمة ثابتة أو متحركة لمتابعة حركة الشمس خلال النهار، حيث تغذي هذه الطاقة الشبكات الإقليمية مباشرة.
تُعتبر الألواح الضوئية نظامًا كهروضوئيًا يعتمد على الخلايا الكهروضوئية لتحويل الضوء إلى كهرباء على المستوى الذري. تستخدم هذه الخلايا مواد تظهر تأثيرًا كهروضوئيًا، مما يسمح لها بامتصاص فوتونات الضوء وإطلاق الإلكترونات. وعندما يتم جمع هذه الإلكترونات الحرة، ينتج تيار كهربائي يمكن الاستفادة منه.
تتفاوت أحجام الخلايا الكهروضوئية الفردية من 1 سم إلى حوالي 10 سم، ولكن خلية واحدة تنتج فقط من 1 إلى 2 واط، وهو ما يكفي لتشغيل أجهزة صغيرة مثل الآلات الحاسبة أو الساعات. يتم توصيل الخلايا الكهروضوئية كهربائيًا لتشكيل وحدات أو ألواح شمسية مغلفة، وتختلف هذه الوحدات في الحجم والقدرة على توليد الكهرباء. تزداد قدرة توليد الكهرباء مع زيادة عدد الخلايا أو مساحة السطح في الوحدة. يمكن توصيل الوحدات الكهروضوئية في مجموعات لتشكيل مصفوفة من الألواح الشمسية، حيث يحدد عدد الوحدات المتصلة في هذه المصفوفة إجمالي كمية الكهرباء التي يمكن إنتاجها.
تولد الخلايا الكهروضوئية تيارًا كهربائيًا مباشرًا، والذي يمكن استخدامه لشحن البطاريات، وبالتالي تشغيل الأجهزة التي تحتاج إلى تيار مباشر. بينما تُستخدم معظم الكهرباء كتيار متناوب في أنظمة النقل والتوزيع، تُستخدم العاكسات في الوحدات الكهروضوئية لتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد.
تنتج الخلايا والوحدات الكهروضوئية أكبر كمية من الكهرباء عند مواجهة الشمس مباشرة. يمكن استخدام أنظمة تتبع الحركة لتحريك الوحدات نحو الشمس، لكنها تكون غالبًا مكلفة. في معظم الأحيان، تُثبت الوحدات في وضع ثابت موجهة نحو الجنوب بزاوية محددة لتحسين الأداء الاقتصادي والفيزيائي للنظام.
تطبيقات الألواح الضوئية
أنظمة الطاقة المستقلة: تُستخدم التكنولوجيا الكهروضوئية لتزويد المنازل والمناطق الحضرية بالطاقة، بما في ذلك إشارات المرور وأجهزة الإرسال اللاسلكية ومضخات المياه. تعتبر هذه التقنية مفيدة في المواقع النائية حيث قد لا تكون توصيلات خطوط الطاقة مناسبة أو فعّالة من حيث التكلفة.
الفضاء الخارجي: منذ بداياتها، كانت التكنولوجيا الكهروضوئية هي المصدر الأساسي للطاقة في تطبيقات الفضاء مثل محطة الفضاء الدولية والأقمار الصناعية والمركبات الفضائية على المريخ والقمر.
النقل: يمكن استخدام الألواح الضوئية لتوفير الطاقة للمركبات الكهربائية مثل السيارات والقوارب والطائرات. تحتوي بعض السيارات على خلايا كهروضوئية في السقف لتزويدها بالطاقة، مما يوفر مصدرًا للطاقة أثناء التنقل، بينما يتم تشغيل العديد من نقاط شحن السيارات الكهربائية باستخدام الطاقة الشمسية.
مزارع الطاقة الشمسية: توفر الألواح الكهروضوئية كميات كبيرة من الطاقة على نطاق واسع، وغالبًا ما تستخدم أنظمة ثابتة أو متحركة لمتابعة حركة الشمس خلال النهار، حيث تغذي هذه الطاقة الشبكات الإقليمية مباشرة.