مكونات الخلية الشمسية

• ذات صلة
• مبدأ عمل الخلايا الشمسية
• كيف تصنع لوح شمسي

الطاقة الشمسية

الطاقة الشمسية هي التكنولوجيا المستخدمة لتسخير طاقة الشمس وجعلها قابلة للاستخدام، ومنذ عام 2011 إلى الآن، أنتجت التكنولوجيا أقل من عُشر واحد في المائة من الطلب العالمي على الطاقة، وتُستخدم الطاقة الشمسية على نطاق واسع، ويُشار إلى أن محطات الطاقة الشمسية الحرارية ابتكرت تقنيات مختلفة من أجل تركيز طاقة الشمس كمصدر للحرارة كي تُستخدم هذه الحرارة في غلي الماء لقيادة التوربينات البخارية التي تولد الكهرباء، وهذا يشبه الطريقة التي تعمل بها محطات الفحم والطاقة النووية والتي توفر الكهرباء لآلاف الأشخاص.

تتألف الخلايا من مواد أشباه الموصلات كتلك التي توجد في رقائق الكمبيوتر، وعندما يضرب ضوء الشمس الخلايا يُحرك الإلكترونات المنبعثة من ذراتها، وتتدفق عبر الخلية من أجل توليد الكهرباء.^[١] 

مكونات الخلية الشمسية

يُعد السيلكون النقي المكون الأساسي للخلية الشمسية، ولا يمكن العثور على السيلكون النقي في الطبيعة، إذ إنه يُصنّع من ثاني أكسيد السيليكون الموجود في حصى الكوارتزيت أو الكوارتز المسحوق، ثم يُعالج بعد ذلك بالفوسفور والبورون من أجل إنتاج فائض من الإلكترونات لجعل أشباه الموصلات قادرة على توصيل الكهرباء، ولأن أقراص السيليكون لامعة وتتطلب طبقة مضادة للانعكاس، فعادةً ما يُستخدم ثاني أكسيد التيتانيوم من أجل جعله قادرًا على امتصاص أشعة الشمس لإنتاج الكهرباء، وتُحاط الوحدة الشمسية بمادة واقية في إطار معدني، وتتكون المادة الواقية عادةً من مطاط السيليكون الشفاف أو بلاستيك البوتريل كالذي يُستخدم في الزجاج الأمامي للسيارات.

من أجل صنع الخلايا الشمسية، تُوضع المواد الخام التي تحتوي على أكسيد السيليكون مثل حصى الكوارتز أو الكوارتز المسحوق في فرن القوس الكهربائي، ثم يُطبّق قوس الكربون من أجل تحرير الأكسجين، وينتج عن ذلك ثاني أكسيد الكربون والسيليكون المصهور، وفي هذه المرحلة لا يعد السيليكون نقيًا بدرجة كافية لاستخدامه في الخلايا المنفردة، إذ تعطي هذه العملية البسيطة السيليكون مع شوائب واحد في المئة، وهو مفيد في العديد من الصناعات ولكن ليس في صناعة الخلايا الشمسية، ومن أجل التخلص من الشوائب الموجودة في السيلكون نهائيًا وجعله نقيًا يُمرر عبر منطقة ساخنة عدة مرات وفي الاتجاه نفسه، وبذلك يُصبح جاهزًا لتصنيع الخلايا الشمسية.^[٢]

مكتشف الخلايا الشمسية

الطاقة الشمسية في الواقع ليست شيئًا جديدًا، فقد استخدم الناس الطاقة الشمسية في تاريخ يعود إلى القرن السابع قبل الميلاد، وتضمنت الاستخدامات الأولى للطاقة الشمسية من خلال تركيز طاقة الشمس بواسطة عدسة مكبرة لإشعال النار من أجل الطهي، وبحلول القرن الثالث قبل الميلاد، استغل الإغريق والرومان ارتداد أشعة الشمس من المرايا من أجل إضاءة المشاعل المقدسة للاحتفالات الدينية، وفي العصور القديمة اخْتُرِعَتْ غرف الشمس من أجل تجميع الطاقة الشمسية واستخدامها كمصدر للدفء، وفي العادة كانت هذه الغرف توجه باتجاه الجنوب من أجل استغلال أكبر قدر ممكن من الأشعة الشمسية.

في عام 1839، اكتشف الفيزيائي الفرنسي إدموند بيكريل التأثير الكهروضوئي أثناء تجربة خلية مصنوعة من أقطاب معدنية في محلول موصل، وأشار إلى أن الخلية تنتج المزيد من الكهرباء عندما تتعرض للضوء، وفي وقت لاحق من عام 1873 اكتشف ويلوبي سميث أن السيلينيوم يمكن أن يعمل كموصل ضوئي، وبعد ثلاث سنوات فقط وفي عام 1876 طبق ويليام جريلز آدمز وريتشارد إيفانز داي المبدأ الكهروضوئي الذي اكتشفه بيكريل على السيلينيوم، وتوصلوا إلى أنه من الممكن توليد الكهرباء عند التعرض للضوء.

في عام 1883 وبعد ما يقارب من 50 عامًا من اكتشاف التأثير الكهروضوئي، أنشأ المخترع الأمريكي تشارلز فريتز أول خلية شمسية تعمل على السيلينيوم، وقد كانت هذه الخلايا الشمسية هي البداية الرئيسة للتكنولوجيا المستخدمة اليوم، وبطريقة ما لعب العديد من علماء الفيزياء دورًا في اختراع الخلايا الشمسية، ويُنسب إلى بيكريل أنه اكتشف إمكانات التأثير الكهروضوئي، ليطور العلماء من بعده هذا الاكتشاف، وقد كان لألبرت أينشتاين كذلك دورًا في لفت انتباه العالم إلى الطاقة الشمسية وإمكاناتها، ففي عام 1905 نشر أينشتاين ورقة عن التأثير الكهروضوئي وكيف يحمل الضوء الطاقة، وهذا أدى إلى مزيد من الاهتمام وقبول الطاقة الشمسية على نطاق أوسع، وقد حدثت القفزة الكبيرة نحو الخلايا الشمسية من خلال اختراع خلايا شمسية من مواد مثل تلك المواد المستخدمة في الألواح اليوم وذلك جاء في عام 1954 في مختبرات Bell Lab، إذ تمكن ثلاثة علماء وهم Daryl Chapin وCalvin Fuller وGerald Pearson من إنشاء خلية شمسية أكثر فاعلية من خلال استخدام السيليكون.^[٣]

أكثر الدول استخدامًا للطاقة الشمسية

الطاقة الشمسية هي المصدر المهم الثالث للطاقة المتجددة المستخدمة بعد طاقة الرياح والطاقة الكهرومائية، وتستخدم العديد من الدول حول العالم هذا المصدر الصديق للطبيعة، وتتصدر ألمانيا جميع البلدان باستخدام 32411 ميجا من الطاقة الشمسية، بينما تستخدم إيطاليا 16361 ميجا، في حين تستخدم الصين 8300 ميجا، أما الولايات المتحدة الأمريكية فتستخدم 7777 ميجا، وتأتي بعدها اليابان التي تستخدم 6914 ميجا، أما استخدام إسبانيا للطاقة الشمسية فيبلغ 5166 ميجاوات، وتليها فرنسا التي تستخدم 4003 ميجا، وبعدها بلجيكا وأستراليا ويصل استخدامهما للطاقة الشمسية 2650 ميجا لكل منهما، أما جمهورية التشيك فتستخدم 2072 ميجا، ويُشار إلى أن ألمانيا استخدمت القدرة الأعلى من الطاقة الضوئية والتي كانت قريبة من 31% في نهاية عام 2012 وكانت هذه النسبة تغطي فقط 3% من استهلاك الكهرباء في البلاد.

تمكنت العديد من الدول من ابتكار إطار متطور يحتوي على أنظمة كهروضوئية كبيرة وصغيرة تساعد في إرسال فائض الكهرباء إلى شبكة المرافق، وبذلك تمكنت من تحقيق نمو كبير، إذ أظهرت البلاد ارتفاعًا كبيرًا في استخدام الطاقة الشمسية، وبالانتقال إلى اليابان فقد ارتفع سوق الطاقة الشمسية الكهروضوئية بين عامي 2013 و2014 بمعدل أعلى، وبلغ إجمالي طاقة التوليد الخاصة بها ما يُقارب 23.3 جيجاواط، وبهذه القدرة تمكنت الطاقة الشمسية من تلبية 2.5% من الطلب على الكهرباء في البلاد، وكذلك أظهرت العديد من الدول الأوروبية الأخرى مثل إسبانيا وجمهورية التشيك وبلجيكا وفرنسا ارتفاعًا كبيرًا في استخدام الألواح الشمسية لتوليد الكهرباء.^[٤]

المراجع

1. ↑ "Solar Energy", nationalgeographic, Retrieved 2019-11-22. Edited.
2. ↑ "Solar Cell", madehow, Retrieved 2019-11-22. Edited.
3. ↑ "Who Invented Solar Panels?", vivintsolar, Retrieved 2019-11-23. Edited.
4. ↑ "Countries That Use The Most Solar Power", worldatlas, Retrieved 2019-11-22. Edited.