ما هو شمسي طاقة الألواح الشمسية؟

الشمس هي المصدر الأساسي لطاقة الأرض. طاقة شمسية هي الطاقة التي تأتي مباشرة من الشمس. ويشار إليه أيضًا باسم الإشعاع الشمسي. تصل الطاقة الشمسية إلى سطح الأرض على شكل أشعة الشمس. هذه الأشعة هي شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي. توفر الطاقة الشمسية مصدرًا نظيفًا ومتجددًا للطاقة. الألواح الشمسية هي التكنولوجيا التي تسخر طاقة الشمس وتجعلها قابلة للاستخدام على شكل كهرباء. وستستمر هذه الطاقة الشمسية طالما لدينا شمس متوهجة في نظامنا الشمسي، أي 5 مليارات سنة أخرى.

إن إمكانات الطاقة الشمسية هائلة حيث أن الأرض تستقبل حوالي 200000 مرة من قدرة توليد الكهرباء اليومية في العالم على شكل طاقة شمسية. باختصار، كمية ضوء الشمس التي تسقط على سطح الأرض في ساعة ونصف تكفي لاستهلاك الأرض بالكامل لمدة عام واحد.

ما هي الألواح الشمسية وكيف تعمل؟

الألواح الشمسية هي خلايا كهروضوئية (تُعرف أيضًا باسم الخلايا الشمسية)، وهي مصنوعة من أشباه الموصلات (مادة يمكنها توصيل الكهرباء في بعض الظروف ولكن ليس في ظروف أخرى) وهي عادة مادة السيليكون. تشمل الأمثلة الأخرى لمواد أشباه الموصلات المستخدمة في الألواح الشمسية زرنيخيد الغاليوم وفوسفيد الإنديوم وسيلينيد الإنديوم النحاسي. ولصنع خلية شمسية، تحتاج إلى تريليونات من ذرات السيليكون على شكل طبقة رقاقة. تحتوي كل ذرة سيليكون على أشياء صغيرة جدًا وصغيرة للغاية تسمى الإلكترونات. تحمل هذه الإلكترونات الصغيرة شحنة كهربائية. عندما يضرب ضوء الشمس الخلايا، فإن الفوتونات الموجودة في ضوء الشمس ستطلق الإلكترونات من ذراتها، ومع تدفق الإلكترون عبر الخلية، فإنها تنتج الكهرباء.

ومن أجل الحصول على إلكترونات إضافية، يقوم المصنعون عادةً بزرع الفوسفور في الطبقة العليا من السيليكون، مع شحنة سالبة لتلك الطبقة. وبالمثل، يتم حقن الطبقة السفلية بالبورون، مما ينتج عنه إلكترونات موجبة الشحنة. كل هذا يضاف إلى مجال كهربائي ينشأ في نهايات طبقات السيليكون.

تساعد الصفائح المعدنية الموصلة الموجودة على جوانب الخلية على جمع الإلكترونات ونقلها إلى سلك حيث تتدفق مثل أي مصدر آخر للكهرباء. يجب تركيب الألواح بشكل عمودي على قوس الشمس لتحقيق أقصى فائدة.

اعتمادًا على ضوء الشمس، إذا كانت مشرقة، فسوف تتصادم الكثير من الإلكترونات مما يتسبب في تدفق الكثير من التيارات الكهربائية. في حالة إذا كان الجو غائما سيكون هناك عدد قليل من الإلكترونات المتحركة وبالتالي سيتم تقليل التيار.

في الليل، نظرًا لعدم وجود ضوء الشمس، لا تنتج الألواح الشمسية أي طاقة كهربائية ونحتاج إلى الاعتماد على البطاريات للحفاظ على الأضواء.

في حالة التكوين المتوازن، تكون المجموعة الشمسية قادرة على توليد طاقة كافية خلال النهار ويمكن استخدامها أيضًا أثناء الليل. ترسل المجموعة الشمسية كهرباء التيار المباشر (DC) من خلال وحدة التحكم في الشحن إلى بنك البطارية. يقوم العاكس بعد ذلك بسحب الطاقة من بنك البطارية وتحويلها من التيار المباشر إلى التيار المتردد (AC). يمكن أيضًا استخدام تيار التيار المتردد لتشغيل الأحمال في المنازل أو المباني التجارية.

لوحة شمسية كفاءة

يتم تصنيف كل وحدة كهروضوئية من الألواح الشمسية من خلال طاقة خرج التيار المستمر الخاصة بها في ظل الظروف القياسية. يتراوح نطاق الطاقة النموذجي بين 100 إلى 365 واط. تحدد كفاءة الوحدة عند نفس المخرجات المقدرة مساحة الوحدة. سيكون لوحدة 230 واط فعالة بنسبة 8 بالمائة ضعف مساحة وحدة 16% الفعالة 230 واط.

يمكن لوحدة واحدة أن تنتج فقط كمية محدودة من الطاقة. ولهذا السبب تحتوي معظم التركيبات على وحدات متعددة تضيف الفولتية والتيار إلى النظام. يتم ترتيب الخلايا الشمسية في مجموعة كبيرة تسمى المصفوفات وتتكون هذه المصفوفات من عدة آلاف من الوحدات الفردية التي تعمل كمحطات طاقة كهربائية مركزية. حاليًا، أفضل معدل تحويل لضوء الشمس هو حوالي 21.5%.

فوائد الألواح الشمسية

واحدة من أعظم فوائد الألواح الشمسية هي أنها توفر الطاقة النظيفة. مع ظهور تغير المناخ، يتجه العالم الآن نحو مصادر الطاقة المتجددة، ويُنظر إلى الطاقة الشمسية كبديل جيد. إن استخدام مصادر الطاقة المتجددة مثل الشمس من شأنه أن يقلل الضغط على الغلاف الجوي الناجم عن إطلاق الغازات الدفيئة.

الطاقة الشمسية هي مصدر غير محدود للطاقة المتجددة. وله أقل تأثير سلبي على البيئة مقارنة بمصادر الطاقة الأخرى المستخدمة في العالم. فهي لا تنتج غازات الدفيئة ولا تلوث المياه. لا يُحدث إنتاج الطاقة الشمسية أي ضوضاء، وهو ما يعد فائدة كبيرة لسكان المناطق الحضرية.

يمكن نشر الطاقة الشمسية في أي مكان في العالم طالما أن هناك ضوء الشمس. وهذا مفيد بشكل خاص للمناطق النائية التي ليس لديها إمكانية الوصول إلى أي مصدر للكهرباء. تعيش الغالبية العظمى من سكان العالم في أماكن لا يمكنهم فيها الوصول إلى الكهرباء، ويمكن نشر حلول مستقلة في هذه المناطق والتي يمكن أن تخلق تأثيرًا إيجابيًا على ملايين الأرواح.

كما يوفر إنتاج الطاقة الشمسية خسائر أقل في الطاقة. يتم فقدان بعض الطاقة عندما تكون هناك مسافة بين خطوط الإنتاج والإمداد، وكلما زادت المسافة، زاد فقدان الطاقة. إن توصيل الألواح الشمسية مباشرة بالأضواء أو فوق السطح يزيل هذه الخسائر.

إن تركيب الألواح الشمسية أمر سهل وبسيط، مما يعني إمكانية تركيبها في أي مكان، مع الاستفادة من المساحات الرأسية والأفقية. هذا الجانب يسهل تركيب المشاريع الصغيرة.

إنتاج الطاقة من الشمس يقلل التكاليف بشكل كبير. حيث أن هذا مصدر لا ينضب من الطاقة ولا يخضع لتقلبات السوق. أدى التطور الأخير إلى انخفاض كبير في أسعار المكونات المستخدمة في تصنيع الألواح الشمسية وجعلها رخيصة نسبيًا وبأسعار معقولة في السنوات الأخيرة.

لا تحتوي الألواح الشمسية على أجزاء متحركة، وتتطلب صيانة أقل ويمكن أن تدوم لعقود عند صيانتها بشكل صحيح. بمجرد أن يدفع النظام تكلفة تركيبه، فإنه ينتج كهرباء مجانية طوال الفترة المتبقية من عمر النظام والتي يمكن أن تكون حوالي 15-20 عامًا.

مقالات لها صلة: