تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء، وكذلك تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية. وسنشرح أيضًا أنواع الخلايا الشمسية، وسنتحدث أيضًا عن الطاقة الشمسية كبديل للكهرباء. كل هذا من خلال مقالتنا. تابعنا.
تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء
يمكن تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء من خلال:
1- الخلايا الشمسية :
يمكن استخدام الخلايا الكهروضوئية (PV)، أو الخلايا الشمسية، لتوليد الكهرباء من الطاقة الشمسية، حيث تقوم هذه الخلايا بتحويل ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء. تستخدم الأنظمة الكهروضوئية غالباً في الأماكن النائية غير المتصلة بشبكة الكهرباء، كما تستخدم لتشغيل الساعات. والآلات الحاسبة، وإشارات المرور المضيئة. هذه الخلايا الشمسية مصنوعة من مواد لها تأثير كهروضوئي. عندما يضرب ضوء الشمس الخلية الكهروضوئية، تعمل فوتونات الضوء الموجودة فيها على تحفيز الإلكترونات الموجودة داخل الخلية، مما يدفعها لبدء التدفق وإنتاج الكهرباء.
2- محطات الطاقة الشمسية :
يمكن توليد الكهرباء بشكل غير مباشر باستخدام الحرارة من الطاقة الشمسية في هذه المحطات، حيث يتم استخدام المجمعات الحرارية لتسخين سائل من أجل إنتاج البخار المستخدم في مولد الطاقة، وتنتشر محطات الطاقة الشمسية في عدد من دول العالم.
تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية
يمكن تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية من خلال عملية التمثيل الضوئي في النباتات، حيث تمتص أوراق النباتات أشعة الشمس من أجل بناء السكريات البسيطة وتخزين الطاقة مما يساعد على نموها. عندما يأكل الإنسان نباتاً، تنتقل الطاقة الكيميائية المخزنة من النبات إلى جسمه. يمده بالطاقة اللازمة للقيام بجميع عملياته الحياتية، كالنمو والحركة والتنفس والتحدث وغيرها.
أنواع الخلايا الشمسية
1- الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون أحادي البلورية:
كانت الخلايا الشمسية في البداية مصنوعة من السيليكون أحادي البلورة، مما يعني أنها كانت مصنوعة من السيليكون النقي. ومن الجدير بالذكر أن عملية التصنيع تبدأ بسحب بلورة بذرة من كتلة من السيليكون المنصهر من أجل الحصول على سبيكة أسطوانية في بنية بلورية واحدة مستمرة. ثم يتم تقطيع البلورات إلى رقائق. ومن ثم يتم صقلها لبناء الاتصال الموجب والسالب، وهو ما يسمى (بالإنجليزية: pn junction)، ثم يتم تغليفها لاحقاً بطبقة مضادة للانعكاس، وأخيراً يتم تجميعها لتشكل الخلية الشمسية: وتتميز هذه الخلايا بالكفاءة العالية، ولكنها فعملية تصنيعها بطيئة وطويلة، مما يجعلها ذات سعر مرتفع مقارنة بالأنواع الأخرى.
2- الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون متعدد البلورات:
يتم تصنيع الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون متعدد البلورات من سبائك السيليكون ذات الشكل المربع. وتتم عملية التصنيع عن طريق تبريد السيليكون المصهور وصبه على شكل كتل مقسمة إلى ألواح رقيقة. يؤدي تصلبها إلى ظهور خلايا تحتوي على العديد من البلورات. ومن الجدير بالذكر أن سطح هذه الخلايا أقل فعالية في امتصاص أشعة الشمس مقارنة بسطح خلايا السيليكون أحادية البلورة، وبالتالي فهي تنتج كمية أقل من الطاقة الكهربائية، ولتعويض ذلك يكون حجمها أكبر من الخلايا الأخرى. مما يعني أنها تحتاج إلى مساحة أكبر، لكن هذا لا ينفي أن عملية تصنيعها أسهل وسعرها أقل.
3- الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة:
تقوم الخلايا الشمسية الرقيقة بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية من خلال التأثير الكهروضوئي، وتتكون من طبقات من مادة لها قدرة عالية على امتصاص فوتونات الضوء، مثبتة على ركيزة مرنة. ومن الجدير بالذكر أنها قدمت للعالم في السبعينيات من قبل باحثين في قسم الطاقة بجامعة ديلاوير في الولايات المتحدة. التكنولوجيا الأمريكية، ومن ثم تطورت هذه التكنولوجيا تباعاً حتى وصلت إلى الشكل الموجود اليوم والذي يستخدم على نطاق واسع نظراً لسعره المنخفض وكفاءته الجيدة.
4- الخلايا الشمسية عالية الكفاءة :
تم تطوير الخلايا الشمسية نظراً للحاجة إلى خلايا شمسية ذات كفاءة أعلى، إلا أن تكاليف تصنيعها والمواد اللازمة لذلك جعلت انتشارها محدوداً حتى الآن. ومن بين أنواعها خلايا زرنيخيد الغاليوم. يعتبر زرنيخيد الغاليوم من المواد شبه الموصلة الشهيرة في عالم الخلايا الشمسية، حيث يمكن أن تزيد كفاءتها حتى تصل إلى 30%، كما أنها تتمتع بخصائص كهربائية جيدة، بالإضافة إلى مقاومتها للحرارة.
الخلايا الشمسية متعددة الوصلات، ويتم تطوير الخلايا الشمسية بشكل سريع، والخلايا الشمسية متعددة الوصلات هي تقنية حديثة قد تزيد من كفاءة الخلايا الشمسية في المستقبل بسبب قدرتها على امتصاص الأطوال الموجية المختلفة للإشعاع الشمسي باستخدام طبقات متعددة، مما يجعلها أكثر كفاءة من الخلايا المفردة. الرابط.
5- الخلايا التكنولوجية الجديدة:
يمكن استخدام العديد من المواد للاستفادة من الإشعاع الشمسي في توليد الطاقة، كما هو الحال عند استخدام المواد العضوية في خلايا البيروفسكايت الشمسية ذات التركيب البلوري المحدد. كما تحتوي هذه الخلايا على العديد من المواد مثل الكلور والبروم واليود. والرصاص، وهي رخيصة الثمن نسبياً وذات كفاءة عالية، ولكن استخدامها محدود نظراً لقصر عمرها الافتراضي. يشار إلى أن هناك أنواعا أخرى من الخلايا، منها الخلايا الشمسية العضوية، والتي تتكون من طبقات بوليمرية ذات كفاءة وانتشار واسع. محدودة رغم سعرها الرخيص.
الخلايا الشمسية الصبغية مصنوعة من ثاني أكسيد التيتانيوم ومغطاة بطبقة رقيقة جدًا من المحسسات. وهي تعتمد على تقنية النانو في التصنيع، ومن الجدير بالذكر أنها لا تزال تحت الفحص المختبري التجريبي على الرغم من كفاءتها العالية نظرياً.
الطاقة الشمسية هي بديل للكهرباء
الطاقة الشمسية رخيصة ونظيفة ومتوفرة أينما تشرق الشمس. وفيما يتعلق بحماية المناخ، تعتبر الطاقة الشمسية وسيلة جيدة حيث يتم إنتاجها بتكلفة زهيدة دون ثاني أكسيد الكربون. وبحسب التوقعات فإن الطاقة الشمسية ستغطي أكثر من 30 بالمئة من حاجة العالم للكهرباء.
يتم إنتاج الطاقة الشمسية باستخدام تقنية الخلايا الكهروضوئية، التي تمتص حرارة الشمس وتحولها إلى طاقة كهربائية. يتم تجميع الطاقة ونقلها لاستخدامها كمصدر للتيار الكهربائي، والذي بدوره يستخدم في الأغراض الصناعية والمنزلية. وأصبح تخزينها في بطاريات كبيرة لتشغيل المباني والمؤسسات أمراً شائعاً.