كيف يمكن توليد الطاقة الكهربائية من الشمس

تُعد الشمس من أكبر مصادر الطاقة النظيفة والمتجدّدة، حيث يمكن توليد الكهرباء ابتداءً منها، ولكن كيف يمكن توليد الطاقة الكهربائية من الأشعة الشمسية؟

3 إجابات

يتجه عالمنا اليوم لأسباب عديدة نحو استغلال الطاقات المتجددة كالطاقة الشمسية (الطاقة الناتجة عن أشعة الشمس والتي تعتبر من أنظف الطاقات وأكثرها توافرًا حيث يمكن لأي دولة الحصول عليها). فعلى سبيل المثال، يتم استغلال الطاقة الشمسية من أجل توليد الطاقة الكهربائية والحرارية. ويكثر استخدام هذه الطاقة لعدة أسباب، أهمها:

  • يساعد استخدامها على تقليل فواتير الكهرباء في المنازل والشركات.
  • تكاليف صيانة النظم الشمسية منخفضة.
  • يمكن استخدامها لأهداف عديدة كالتدفئة والكهرباء والأقمار الصناعية.

تولد الكهرباء من الطاقة الشمسية إما باستخدام الألواح الضوئية أو الاعتماد على تركيز أشعة الشمس (عن طريق استخدام العدسات والمرايا بشكل قطع مكافئ مستطيل أو بشكل مسطح أو مقعر بهدف تركيز الأشعة في مكان صغير) وتجميعها لتشغيل محطات الكهرباء.

أما عن الألواح الشمسية فقد بدأ بناؤها بشكل كبير بين عامي 1970 و1983 ولكن أدى انخفاض سعر النفط إلى تثبيط هذا النشاط حتى بداية الألفية الثانية حيث ازداد إنتاجها بشكل كبير.

تولد هذه الألواح تيارًا كهربائيًا مستمرًا، ويعمل هذا التيار على نقل الالكترونات باتجاه واحد، كما يمكن  لهذه الألواح توليد تيار متناوب عن طريق لف الأسلاك بجانب مغناطيس كما هو الحال مع مصادر أخرى للطاقة المتجددة مثل الرياح والفحم. وإن هذه الألواح صديقة للبيئة حيث أنها لا تنتج ثنائي أكسيد الكربون أو ملوثات أخرى ويتم ضمانها لمدة تتراح بين 10 و25 عامًا.

أكمل القراءة

تستخدم ألواح الطاقة الشمسيّة لتوليد الطاقة الكهربائيّة من أشعة الشمس، حيث تتكوّن الألواح الشمسيّة من وحدات صغيرة تُدعى خلايا كهرضوئيّة، يتم تجميع عدد كبير من الخلايا الكهرضوئيّة لتشكّل لوح طاقة شمسيّة؛ تتألف الخليّة الكهرضوئيّة من شريحتين من أشباه الموصلات مثل السيليكون، ولكن لعمل الخليّة فهي تحتاج  إلى حقل كهربائي ناتج عن أقطاب كهربائيّة متعاكسة بالشحنة، ولذلك يقوم المصنّعون بإشابة السيليكون بمواد أخرى لتحصل كل شريحة في الخليّة على شحنة كهربائيّة موجبة أو سالبة، يتم استخدام الفوسفور في الطبقة العليا من شرائح السيليكون لإعطاء الشريحة شحنة سالبة، فيما يستخدم عنصر البورون في إشابة الشريحة السفليّة لإعطائها شحنة موجبة،

وهنا تبدأ الخليّة بتحويل الطاقة الشمسيّة إلى طاقة كهربائيّة؛ حيث تتألف الأشعة الشمسيّة من حزم من الفوتونات الضوئيّة وعند سقوط حزم الأشعة الشمسيّة على الخليّة تقوم الفوتونات بتحفيز الإلكترونات في الطبقة العلويّة والفجوات الناتجة عن نقص الإلكترونات في الطبقة السفليّة، ويقوم الفوتون المحمّل بطاقة عالية بفصل الإلكترون عن الشريحة السالبة ونقله إلى الشريحة الموجبة، وبنفس الوقت تنتقل الفجوة من الشريحة السفليّة إلى العلويّة، وهذا ما يسمّى زوج إلكترون-فجوة، تقوم الصفائح المعدنيّة الموصّلة على جانبي الخليّة بجمع الإلكترونات ونقلها عبر الأسلاك لاستخدامها كطاقة كهربائيّة.

أكمل القراءة

يتم توليد الطاقة الكهربائية بتحويل الطاقة الموجودة في أشعة الشمس إلى كهرباء باستخدام الخلايا الشمسية أو ما يعرف بـ “ألواح الطاقة الشمسية“، والتي تحوي بداخلها على مواد تسمى بأشباه الموصلات لها خواص كهرضوئية، أي أنها تستطيع إطلاق الإلكترونات السالبة عند تعرضها لأشعة الشمس المباشرة.

تحوي أشعة الشمس على جسيمات متناهية الصغر تسمى الفوتونات، وعند سقطوها على أشباه الموصلات يتم نقل الطاقة التي تحملها الفوتونات إلى ذرات شبه الموصل التي تكتسب طاقة تؤدي لتحرر بعض الإلكترونات من مدارتها.

يتم تكوين فرق في الكمون بين السطح العلوي والسفلي لشبه الناقل للتحكم بسريان الإلكترونات باتجاه واحد، ولذلك يضاف الفوسفور إلى السطح العلوي لشبه الناقل بينما يستخدم البورون في السطح السفلي، بعدها يتم تجميع الإلكترونات المتحررة ونقلها باستخدام أسلاك نحاسية باتجاه واحد لتشكل تيارًا كهربائيًا مستمرًا، يتم تخزينه في بطاريات، بعد ذلك يتوجب تحويل التيار المستمر إلى تيار كهربائي متناوب جيبي لتشغيل الأدوات الكهربائية المنزلية، كما يمكن شراء أدوات كهربائية تعمل بالتيار المستمر مباشرة، إلا أنك ستحتاج إلى منظم لضبط التيار على جهد محدد.

يجب ألا ننسى بأن درجة الحرارة العالية تؤثر بشكل سلبي على عمل الخلايا الشمسية بعكس الاعتقاد السائد بأن الأجواء الحارة ستولد طاقة أكبر، كما أن جودة مواد التصنيع لها دور في ارتفاع الكفاءة أو انخفاضها وهو شيء متعلق بارتفاع التكلفة طبعًا.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "كيف يمكن توليد الطاقة الكهربائية من الشمس"؟