الامارات 7 - الخلايا الشمسية هي أجهزة تحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية عبر التأثير الكهروضوئي، وتُعرف أيضًا بالخلية الضوئية. تتميز الخلايا الشمسية بكونها مصدرًا للطاقة لا يتطلب تفاعلات كيميائية أو وقود لإنتاج الكهرباء، ولا تحتوي على أجزاء متحركة، مما يجعلها أكثر استدامة مقارنة بالمولدات التقليدية. يمكن استخدام الخلايا الشمسية في شكل ألواح صغيرة في المنازل لتقليل الاعتماد على مصادر الطاقة التقليدية، أو في مناطق نائية حيث يصعب توفير الكهرباء التقليدية. كما يمكن تجميعها في مصفوفات كبيرة لتحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية تُوزع على المجتمعات السكنية والصناعية عبر محطات كهرباء مركزية. ومن أبرز استخداماتها الأخرى تزويد المركبات الفضائية مثل الأقمار الصناعية ومحطات الفضاء بالطاقة، إضافة إلى استخدامها في الأجهزة المحمولة مثل الألعاب الإلكترونية والحواسيب.
تركيب الخلايا الشمسية
تتكون الخلايا الشمسية من مواد شبه موصلة مثل السليكون وفوسفيد الإنديوم، حيث تحتوي على طبقة مضادة للانعكاس للحد من فقدان الضوء. توجد ثلاث طبقات رئيسية في الخلية: طبقة التوصيل العليا، طبقة الامتصاص، وطبقة التوصيل السفلية. كما تشمل الخلية طبقتين كهربائيتين: الطبقة الموجبة (التي تُضاف إليها شوائب البورون) والطبقة السالبة (التي تُضاف إليها شوائب الفوسفور). تساهم هذه الطبقات في نقل التيار الكهربائي وتحويل الطاقة الضوئية إلى كهرباء.
آلية عمل الخلايا الشمسية
عندما يسقط الضوء على الخلية، تعمل الطبقة المضادة للانعكاس على زيادة امتصاص الضوء وتحويله إلى طاقة. تنتقل الفوتونات إلى الإلكترونات، مما يتيح لها الانتقال إلى منطقة التوصيل، مما يولد فرق جهد بين السطحين الموجب والسالب. هذا الفرق يتم توصيله عبر دائرة كهربائية للحصول على تيار كهربائي. على سبيل المثال، تنتج الخلية الشمسية عند فتح الدارة الخارجية تيارًا قيمته 0.07 أمبير وفرق جهد قدره 0.6 فولت، مما يساهم في إنتاج قدرة كهربائية قدرها 0.04 واط.
تطور الخلايا الشمسية
في عام 1839، اكتشف العالم بيكرل التأثير الكهروضوئي على بعض المواد. وفي عام 1877، قدّم العالمان آدم وسميث مفهوم الناقلية الضوئية. وفي عام 1883، صنع فريتز أول خلية شمسية من السيلينيوم. ومع تقدم العلم، تم تحسين كفاءة الخلايا الشمسية، حيث تم تصنيع أول خلية شمسية من السيليكون في عام 1941 بكفاءة أقل من 1%. في الخمسينيات من القرن العشرين، تم تصنيع البطارية الشمسية بكفاءة 6%. كما تم اختراع الخلايا الشمسية ذات الأفلام الرقيقة من مواد مثل كبريتيد الكاديوم وكبريتيد النحاس. مع تطور الأبحاث، تحسنت كفاءة الخلايا الشمسية وقلّت تكلفتها، مما ساهم في انتشار استخدامها على نطاق واسع في السبعينيات والثمانينيات من القرن العشرين، وأصبحت من أهم طرق توليد الطاقة الكهربائية من مصادر الطاقة المتجددة.
تركيب الخلايا الشمسية
تتكون الخلايا الشمسية من مواد شبه موصلة مثل السليكون وفوسفيد الإنديوم، حيث تحتوي على طبقة مضادة للانعكاس للحد من فقدان الضوء. توجد ثلاث طبقات رئيسية في الخلية: طبقة التوصيل العليا، طبقة الامتصاص، وطبقة التوصيل السفلية. كما تشمل الخلية طبقتين كهربائيتين: الطبقة الموجبة (التي تُضاف إليها شوائب البورون) والطبقة السالبة (التي تُضاف إليها شوائب الفوسفور). تساهم هذه الطبقات في نقل التيار الكهربائي وتحويل الطاقة الضوئية إلى كهرباء.
آلية عمل الخلايا الشمسية
عندما يسقط الضوء على الخلية، تعمل الطبقة المضادة للانعكاس على زيادة امتصاص الضوء وتحويله إلى طاقة. تنتقل الفوتونات إلى الإلكترونات، مما يتيح لها الانتقال إلى منطقة التوصيل، مما يولد فرق جهد بين السطحين الموجب والسالب. هذا الفرق يتم توصيله عبر دائرة كهربائية للحصول على تيار كهربائي. على سبيل المثال، تنتج الخلية الشمسية عند فتح الدارة الخارجية تيارًا قيمته 0.07 أمبير وفرق جهد قدره 0.6 فولت، مما يساهم في إنتاج قدرة كهربائية قدرها 0.04 واط.
تطور الخلايا الشمسية
في عام 1839، اكتشف العالم بيكرل التأثير الكهروضوئي على بعض المواد. وفي عام 1877، قدّم العالمان آدم وسميث مفهوم الناقلية الضوئية. وفي عام 1883، صنع فريتز أول خلية شمسية من السيلينيوم. ومع تقدم العلم، تم تحسين كفاءة الخلايا الشمسية، حيث تم تصنيع أول خلية شمسية من السيليكون في عام 1941 بكفاءة أقل من 1%. في الخمسينيات من القرن العشرين، تم تصنيع البطارية الشمسية بكفاءة 6%. كما تم اختراع الخلايا الشمسية ذات الأفلام الرقيقة من مواد مثل كبريتيد الكاديوم وكبريتيد النحاس. مع تطور الأبحاث، تحسنت كفاءة الخلايا الشمسية وقلّت تكلفتها، مما ساهم في انتشار استخدامها على نطاق واسع في السبعينيات والثمانينيات من القرن العشرين، وأصبحت من أهم طرق توليد الطاقة الكهربائية من مصادر الطاقة المتجددة.