مكونات الخلايا الشمسية

يطلق عليها أيضًا اسم الخلايا الكهروضوئية، ويعود الفضل إلى الفيزيائي الفرنسي بيكريل سنة (1839م) في اكتشاف تأثير الضوئية، ليكون أول من تمكن من بناء الخلية الضوئية سنة (1883م) بكفاءة متدنية جدًا، إلا أن الفيزيائي الروسي ألكسندرستوليتوف تمكن من بناء خلية كهروضوئية سنة (1988م)، واستمرت التجارب والأبحاث إلى أن تمكن شابين داريل، كالفين فولر ساوثير وجيرالد بيرسون في مختبر بيل سنة (1954م) من تطوير خلية للطاقة الشمسية ذات كفاءة عالية.

تزداد أهمية الخلايا الشمسية في عصرنا الحالي يومًا بعد يوم؛ إذ تعد الطاقة الشمسية أحد أهم مصادر الطاقة البديلة التي يسعى العالم لاستغلالها في سبيل المحافظة على البيئة، وتنمية المصادر الخضراء المستدامة، فقد بدأ استعمالها كوسيلة لتزويد الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية بالطاقة الكهربائية التي تحتاجها، وامتدت سُبل استغلالها في الشركات والمصانع الكبرى والصغرى، إلى أن طُورت الأنظمة التي تخدم البيوت وتمكنها من تقليل نفقات الكهرباء إلى الصفر.

مكونات الخلايا الشمسية

تتكون الخلية الشمسية الواحدة من طبقات من السيلكون على اختلاف أنواعه؛ ثم يُضاف إلى كل واحدة منها عنصران رئيسيان هما الفسفور والبورون؛ إذ يُضاف إلى الجهة الموجهة نحو الشمس (طبقة N) عنصر الفسفور الذي يُكسبها خاصية ضخ الكهربيات المتولدة فور ارتطام ضويئات الشعاع الشمسي (الفوتونات) بها، أما الجهة المقابلة والموجهة نحو الأسفل (طبقة P)؛ فيُضاف لها عنصر البورون الذي من شأنه إكسابها خاصية امتصاص الكهربيات المنتقلة من الطبقة العلوية عن طريق الموصل الكهربائي الموجود بينهما، وبتجميع الخلايا الشمسية مع بعضها البعض بطريقة تسلسلية أو بالتوازي تتكون الألواح الشمسية (Solar Panels) التي هي إحد مكونات النظام الشمسي.

أنواع الخلايا الشمسية

تختلف أنواع الخلايا الشمسية وفقًا لنوع السيلكون المستخدم في تصنيعها، الأمر الذي يؤثر على كفاءتها كما يلي:

– أحادية التبلور (Mono-crystalline): وهي الأعلى كفاءة بين نظرائها (11% – 16%)؛ لتتمكن من توليد (110- 116) واط لكل متر مربع، وعمرها الافتراضي يصل إلى نحو (30) سنة، مما يزيد من سعر تكلفتها.

– متعددة التبلور(poly-crystalline): أي أن البلّور المستخدم معالَج كيميائيًا بتعريضها للحرارة، ولزيادة قدرتها على امتصاص الأشعة الضوئية؛ يُغطى سطحها بمواد مضادة للانعكاس لتعمل بكفاءة تتراوح بين (9% – 13%)، وعمرها الافتراضي قريب من النوع الأول، إلا أن تكلفتها أقل.

– غير المتبلورة (Thin Film): تُسمى أيضًا بالخلايا المورفية؛ ففيه يترسب السيلكون على هيئة طبقات رفيعة على أسطح مكونة من البلاستيك أو من الزجاج بحسب الغرض المراد منها، إلا أنها أقل الأنواع كفاءة (أقل من 10%)، وأقلها أيضًا من ناحية العمر الافتراضي الذي لا يتجاوز (15) عامًا في أحسن الحالات، إلا أنها تتميز بالمرونة وسهولة التركيب.

الأمور الواجب مراعاتها عند تركيب النظام الشمسي

للاستفادة قدر الإمكان من أشعة الشمس لا بد من مراعاة ما يلي:

– تحديد اتجاه الألواح الشمسية نحو الجهة التي توجد فيها الشمس معظم الوقت من اليوم.

– تحديد زاوية ميلان الألواح الشمسية بناء على درجة خط العرض، والفصل من السنة كما يلي:

الخريف والربيع: زاوية الميلان تكون مساوية لدرجة خط العرض.

الصيف: زاوية الميلان تكون قبل درجة خط العرض بـ (15) درجة.

الشتاء: زاوية الميلان تكون بعد درجة خط العرض بـ (15) درجة.

– تحديد ترتيب الألواح الشمسية سواء بالتسلسل أو بالتوازي، ذلك أن الترتيب التسلسلي لها يزيد من الجهد ويحافظ على قيمة شدة التيار على عكس الترتيب الآخر.