كيف يمكن استخدام الخلايا الشمسية في تزويدنا بالطاقة ليلًا؟

الموسوعة » مصادر طاقة » طاقة كهربائية » كيف يمكن استخدام الخلايا الشمسية في تزويدنا بالطاقة ليلًا؟

الخلايا الشمسية، هي عبارةٌ عن جهازٍ يعمل على تحويل طاقة الضوء إلى طاقةٍ كهربائيةٍ من خلال مجموعة من الخلايا الموجودة فيه، وذلك عبر استخدامه للتأثير الكهروضوئي، حيث أنّه لا يحتاج إلى أي تفاعلات كيميائية لإنتاج الطاقة الكهربائية، إذ أنّه لا يشبه المولدات الكهربائية من حيث احتوائها على أجزاءَ متحركة.

أمّا عن آلية تصنيعها، فتتم عبر ترتيب مجموعةٍ كبيرةٍ من الخلايا الشمسية المؤلفة من آلاف الخلايا الفردية، ضمن صفوفٍ منتظمةٍ، والتي تعمل كمحطات طاقة كهربائية مركزية، في حين أنّ بعض أنواع الألواح الشمسية المستخدمة في المنازل تكون ذات أحجامٍ أصغر وأقل عددًا، إلا أنّها تلعب دورًا مهمًّا في زيادة الإمدادات الكهربائية لديهم، وتعتبر هذه الألواح ذات فائدةٍ كبيرةٍ ضمن المناطق النائية التي يصعب وصول تمديدات الكهرباء إليها، أو قد تكون مبالغ توصيل الكهرباء إليها وتثبيتها، باهظةً جدًا. ولكن، كيف يمكن استخدام الخلايا الشمسية في تزويدنا بالطاقة ليلًا؟ دعنا نشرح آلية عمل الخلايا الشمسية بشكلٍ عام بدايةً، ثم نشرح آلية العمل ليلًا.§.

آلية عمل الخلايا الشمسية

تتكون الألواح الشمسية من خلايا صغيرةٍ تدعى الخلايا الكهروضوئية، حيث أنّ كل خليةٍ من هذه الخلايا تتكون من جزأين من المواد شبه الموصلة، وعادةً ما تكون هذه المواد مصنوعةً من السليكون، حيث يتطلب عمل هذه الخلايا إنشاء مجالٍ كهربائيٍّ والذي ينتج عن فصل الشحنات المعاكسة، ولذلك يقوم العاملون على صناعة هذه الألواح الشمسية بإشابة هذا السليكون بموادٍ أخرى مما يمنح كل جزءٍ منها شحنةً كهربائيةً موجبةً أو سالبة، وغالبًا ما يتم إشابة الطبقة العلوية من السيليكون بالفوسفور، مما يمنحها إلكترونات إضافية مع شحنةٍ سالبةٍ، في حين يتم إشابة الطبقة السفلية بالبورون والذي يسبب عددًا أقل من الإلكترونات وشحنةً موجبةً.

وعندما يصطدم الفوتون الناتج عن ضوء الشمس بأحد الإلكترونات، سيتسبب المجال الكهربائي بخروج هذا الإلكترون خارج طبقات السليكون، حيث تعمل مكوناتٌ أخرى في الخلية على تحويل هذه الإلكترونات إلى طاقةٍ، إذ تعمل الصفائح المعدنية الموصلة إلى جانبي الخلية، على جمع ونقل هذه الإلكترونات عبر الأسلاك، وبالتالي تتدفق الإلكترونات كأي مصدرٍ آخر للكهرباء.§.

أنواع الخلايا الشمسية الكهروضوئية

خلايا الجيل الأول

وهي عبارةٌ عن خلايا مصنوعة من رقائق السليكون البلوري والتي يتم الحصول عليها من السبائك الكبيرة، ويشكل هذا النوع 90% من الخلايا الشمسية الموجودة في العالم، كما أنّ هذه السبائك تكون على شكل بلوراتٍ أحادية أو قد تتضمن العديد من البلورات، أمّا عن آلية عملها فهي مماثلةٌ تقريبًا لآلية عمل الخلايا الشمسية المصنوعة من السليكون الكهروضوئي.

خلايا الجيل الثاني

تتميز بكونها أرق من سابقتها بحوالي 100 مرةٍ، ويتم صنعها في غالب الأحيان من السليكون غير المتبلور حيث تكون ذراتها متوزعة بشكلٍ غير منتظمٍ، ويتميز هذا النوع بكونه رقيقًا وخفيفًا كما أنّه من الممكن التعامل معه بمرونةٍ أكبر من غيره؛ إذ يتم تصنيعه بحيث يتناسب مع شكل النوافذ والمناور، وكذلك من الممكن وضعه على الزجاج والبلاستيك وحتى المعادن.

خلايا الجيل الثالث

ويتميز هذا النوع من الخلايا بكفاءةٍ عالية تضاهي كفاءة خلايا الجيل الأول، إلا أنّ تصنيعها لا يتم من السليكون البسيط، وإنّما يتم استخدام السليكون غير المتبلور والبوليميرات العضوية، الأمر الذي يجعلها رخيصة الثمن وعالية الكفاءة، وبذلك تتفوق على منافسيها من خلايا الجيل الأول والثاني.§.

استخدام الخلايا الشمسية في تزويدنا بالطاقة ليلًا

تمكن الباحثون من تصميم خلايا كهروضوئيةٍ قادرةً على توليد 50 واط من الطاقة لكل متر مربع منها ضمن إضاءة ليلية مقرونة بظروفٍ جيدةٍ، وفعليًّا، إنّ هذه القيمة تعادل ربع ما تستطيع توليده الألواح الشمسية النهارية، ولا يزال العمل جارٍ على تطوير هذه الخلايا على أمل تحسين كفاءتها وإنتاجها للطاقة. إذن، كيف يمكن استخدام الخلايا الشمسية في تزويدنا بالطاقة ليلًا؟

حسنًا، بالنسبة إلى آلية عمل هذه الخلايا ليلًا، فيمكن القول أنّها مشابهةٌ لعمل الخلايا الشمسية النهارية وإنّما بطريقةٍ معكوسةٍ، حيث أنّ الخلية الشمسية النهارية تمتص الضوء بسبب برودتها بالنسبة للشمس، الأمر الذي يكون معكوسًا في الليل، حيث أنّ الخلية الشمسية ستكون دافئةً قياسًا بمحيطها لذلك، عندما يتم توجيهها إلى السماء سوف تشع الحرارة إلى الخارج.

يمكننا تشبيه عمل هذه الخلايا ليلًا بعمل الخلية الحرارية الإشعاعية، والتي تقوم على إشعاع الحرارة إلى الوسط المحيط لتتمكن من توليد الطاقة، وبذلك عند توجيه هذا النوع من الخلايا إلى السماء ليلًا، ستكون دافئة مقارنةً بالوسط الخارجي، مما يسبب انبعاث الأشعة تحت الحمراء منها. بمعنى آخر، في حال تطوير هذه الخلايا، ستعمل على إشعاع الضوء إلى الوسط الخارجي بدلًا من الطاقة فقط، في حين يتحرك التيار والجهد في الجهاز في الاتجاه المعاكس للإشعاع، أمّا في الخلايا الشمسية النهارية، يتم فقط امتصاص ضوء الشمس لتشكيل جهدٍ كهربائيٍّ عبر الجهاز والسماح بتدفق التيار.§.

1٬064 مشاهدة