كيفية عمل الألواح الشمسية
الألواح الشمسية
اللوح الشمسي هو جهاز يستخدم لإنتاج الطاقة الكهربائية من أشعة الشمس عن طريق تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية أو طاقة حرارية أو عن طريق تحفيز ضوء الشمس لإحداث تفاعلات كيميائية معينة وطاقة مستخرجة من الوحدات الشمسية والخلايا الشمسية. تعتبر طاقة طبيعية ومتجددة. مصدر الشمس لا ينضب تقريبًا ونظيف وصديق للبيئة.
تعد الشمس أكبر مصدر للطاقة بالقرب من الأرض ، لكن شدة أشعةها عند وصولها إلى الأرض تكون قليلة جدًا مقارنة بطاقتها الأصلية بسبب تناثرها في الفضاء وامتصاص بعضها بواسطة غيوم الأرض والغلاف الجوي. على السطح وحده ، تظل كمية الطاقة التي تتلقاها الأرض من الشمس كافية (إذا تم إدارتها واستخدامها بشكل صحيح) لتلبية احتياجات الطاقة لجميع الناس.
الضوء عبارة عن موجة من الطاقات الكهربائية والمغناطيسية تتكون من جسيمات صغيرة جدًا تسمى الفوتونات. يمكن استخدام تقنيات وأنواع معينة من المواد لتسخير الفوتونات لإنتاج طاقة كهربائية أو حرارية ، ومن الأسهل تحويلها إلى حرارة مباشرة ، لكنها لا تفي بالاستخدامات المطلوبة لها. يمكن الحصول على الحرارة من خلال وضع طبقة من الزجاج على مادة معدنية ، وباستخدام خصائص معادن نقل الحرارة ، يمكن بسهولة جمع الحرارة الشمسية واستخدامها لتسخين الهواء أو الماء للأغراض المنزلية ، مثل التدفئة الشمسية.
تُستخدم مواد أشباه الموصلات لإنتاج الخلايا الشمسية التي تتلقى الكهرباء لأن السيليكون هو المادة الأكثر شيوعًا في إنتاجها ، لأن السيليكون مادة موصلة للحرارة ويمكن أن تستقر وتحافظ على خصائصها في الغلاف الجوي البيئي فهي ليست قوية بشكل خاص. رأس ما يفعله. إنه مثالي للاستخدام في الخلايا الشمسية ، بصرف النظر عن توافر السيليكون بكميات كبيرة في الطبيعة وتكلفته المنخفضة مقارنة بالمواد الأخرى ، وفرق الجهد أمر طبيعي لتلقي الإلكترونات المشحونة من رقائق السيليكون النقية عند تسليط ضوء الشمس عليها.
إنتاج الخلايا الشمسية من مواد خام بسيطة
الآلية الوظيفية للألواح الشمسية
عندما تتعرض الخلايا الشمسية لأشعة الشمس ، تقوم الفوتونات بشحن طاقتها إلى إلكترونات على قطب السيليكون الموجب ، مما يؤدي إلى تأينها ، مما يعني أن ذراتها تتلقى شحنة كهربائية ثم تتحرك الإلكترونات - التي تسمح للذرة بالشحن - بين الأقطاب الكهربائية. خذ مصباحًا كشافًا (على سبيل المثال) وقم بتشغيله.
يمكن استخدام المكونات التالية:
تصنع الرقائق من عنصر مصنوع من مادة شبه موصلة ؛ أحدهما يحمل شحنة موجبة والآخر يحمل شحنة سالبة. وتجدر الإشارة إلى أن المواد شبه الموصلة يتم معالجتها كيميائيًا قبل استخدامها. عادة ما تكون شموع السيليكون المتبلورة هي المادة الرئيسية المستخدمة لبناء وحدة شمسية وهي أحادية البلورة أو متعددة البلورات.
- منظم الفواتير.
- أسلاك لنقل الطاقة.
- اشحن الكهرباء أو البطاريات لتخزين الطاقة.
- العاكس الكهربائي (لتحويل الكهرباء من التيار المتردد إلى التيار المتردد).
- غطاء زجاجي لحماية العوامل الجوية والتأثيرات الخارجية مثل الحيوانات.
- قطعتين من الزجاج العائم متساوية الحجم.
- إيفرون.
- أفوميتر (جهاز يستخدم لقياس جهد التيار الكهربائي).
- غراء شفاف.
طريقة التحضير
يمكن تنفيذ الخطوات التالية لعمل الألواح الشمسية:
- يتم تثبيت الألواح الشمسية عن طريق لصق النوافذ الزجاجية بنايلون السيليكون. يتطلب استخدام مواد خاصة.
- يتم توصيل العاكس بالبطارية عبر مجموعة من الأسلاك بحيث يتم توصيل الأسلاك السالبة بالأطراف السالبة والعكس صحيح.
- يتم توصيل وحدة التحكم في الشحن بالبطارية من جانب واللوحة الشمسية على الجانب الآخر عبر مجموعة كبلات.
- يمكن تمديد الكابلات الإضافية لتوصيل البطارية بأجهزة معينة في المنزل.
- يقع اللوح الشمسي في الخارج في مكان به الكثير من ضوء الشمس حتى يتمكن من بدء عمله.
أول خلية شمسية في التاريخ
يعود تجديد الخلايا الشمسية إلى عام 1839 ، عندما قام الفيزيائي الفرنسي ألكسندر إدموند بولر باكتشاف مهم. في ذلك الوقت كان صغيرًا ، تسعة عشر عامًا ، لكن كان بإمكانه أن يخترع القطب. إنه جهاز يمكنه تحويل أشعة الضوء إلى طاقة كهربائية عن طريق إسقاطها على أقراص من عناصر معينة. اعتبارًا من هذا التاريخ ، بدأت التجارب التسلسلية في تحقيق إنتاج الطاقة الكهربائية واستخدامها تقريبًا من الطاقة الشمسية. في عام 1888 ، حصل إدوارد ويستون على أول براءة اختراع لإنتاج الخلايا الشمسية في الولايات المتحدة ، وتستمر عملية التطوير وتستمر حتى يومنا هذا في إنتاج خلايا شمسية ذات كفاءة أعلى في توليد الطاقة بتكلفة أقل.
فوائد استخدام الخلايا الشمسية
تشمل فوائد الطاقة الشمسية ما يلي:
- إنتاج الطاقة بأشعة الشمس ، وهي مصدر طاقة لا ينضب.
- تعتبر الطاقة المولدة صديقة للبيئة ؛ فهي نظيفة خالية من أي بقايا أو تأثيرات بيئية.
- بمجرد تثبيت الألواح الشمسية وتوصيلها ، فإنها تعمل ولن تحتاج بعد الآن إلى الربط.
- لا تتطلب الخلايا الشمسية صيانة إلكترونية.
- يمكنه نقل الطاقة مباشرة إلى مكان الاستخدام دون تخزينها أو نقلها لمسافات طويلة (للاستخدام المنزلي).
أنواع الخلايا الشمسية حسب تركيبها
هناك العديد من أنواع الخلايا الشمسية التي يتم تصنيعها لتلبية متطلبات محددة ومن أشهرها:
خلايا السليكون أحادية البلورية: هي الخلايا الأكثر فاعلية المستخدمة على الأسطح. تحتوي على كميات عالية من السيليكون ولها نقاوة عالية جدًا. نسبيا. الشكل مربع ، وكفاءة العمل تصل من 16٪ إلى 20٪ ، وتحتاج إلى مساحة صغيرة وعمر الخدمة طويل.
بطارية السليكون متعدد الكريستالات: على الرغم من أن السعر أرخص إلا أن كفاءة توليد الطاقة منخفضة أيضًا ، حيث تنحني خلية البطارية لتتحول إلى مستطيل ، وتتراوح كفاءة العمل من 13٪ إلى 16٪. فأنت بحاجة إلى المزيد من المناطق للعمل. كانت الخلايا الشمسية الأولى التي يتم تصنيعها بكميات تجارية ، وكان ذلك في عام 1981.
الخلايا الحرارية الشمسية (السخانات الشمسية): تستخدم لتسخين المياه للاستخدام المنزلي أو في حمامات السباحة ، كما يمكن استخدام المياه الناتجة في مكيفات الهواء عن طريق توصيل الدائرة بالخلايا التي تسخن ألواح المعادن \\ و نقل الحرارة منها إلى الماء أو الهواء.
لا تنسوا متابعتنا علي انستجرام : Afedk