تعتبر الخلايا الكهروضوئية تقنية متقدمة تُستخدم في توليد الطاقة الكهربائية من الإشعاع الشمسي، حيث تقوم بتحويل هذا الإشعاع إلى طاقة كهربائية من خلال مواد شبه موصلة. تستخدم الألواح الشمسية، التي تتكون من مجموعة من الخلايا الشمسية، في هذا المجال. في هذا المقال، سنستعرض استخدامات الخلايا الكهروضوئية وأنواعها بشكل مفصل، فتابعوا معنا.

تعريف الخلايا الشمسية:

• الخلايا الشمسية، المعروفة أيضاً بالخلايا الكهروضوئية، تعد واحدة من أبرز الوسائل المستخدمة في توليد الطاقة الكهربائية.
• يعتمد مبدأ عمل هذه الخلايا على استجابة فوتونات الضوء لتحفيز انتقال الإلكترونات، مما يؤدي إلى إنتاج الطاقة الكهربائية.

مكونات الخلايا الشمسية:

• تُصنع الخلايا الشمسية من مجموعة متنوعة من المواد، عادةً ما تكون نادرة.
• أكثر المواد استخداماً هو السيلكون، بفضل توفره الكبير في الطبيعة.
• كما سعى العلماء لدراسة خصائصه بدقة، وتحديد مدى ملاءمته في تطبيقات الطاقة الشمسية.
• يمكن القول إن الخلايا الشمسية تُصنَّع إما من سيلكون بلوري سميك أو سيلكون لا بلوري رقيق، أو حتى من مواد مترسبة مثل أرسنيد الجاليوم.
• تتضمن مكونات الخلايا أيضاً إطاراً من الألمنيوم، وبطارية سائلة، وفولتميتر، وأسلاك توصيل.

آلية عمل الخلايا الشمسية:

• عند تلقي الخلايا الشمسية للأشعة الشمسية، تقوم الطبقة المضادة للانعكاس بحبس الضوء.
• استجابةً لذلك، تنتقل طاقة الفوتونات إلى الإلكترونات الموجودة في منطقة التكافؤ، مما يمكنها من الانتقال إلى منطقة التوصيل في الشريحة السالبة.
• في الوقت نفسه، تنتقل الفجوات الموجبة إلى منطقة التوصيل في الشريحة الموجبة، مما يُحدث فرق جهد بين السطحين.
• يمكن توصيل هذين السطحين بواسطة موصل كهربائي للحصول على تيار كهربائي في الدائرة.
• يمر الإلكترونات من الوصلة السالبة إلى الموجبة في الدائرة، مما يؤدي إلى إنتاج تيار بقيمة 0.07 أمبير وفرق جهد قدره 0.6 فولت.
• بشكل عام، تولد المصفوفة الشمسية ذات المتر المربع طاقة كهربائية تصل لأكثر من 48 واط.
• لتشغيل مضخة، عادةً ما تحتاج إلى 4 مصفوفات.

الاستخدامات الرئيسية للخلايا الكهروضوئية وأنواعها:

• تمتلك الخلايا الكهروضوئية نطاقاً واسعاً من الاستخدامات، منها:
• تستخدم في تجفيف الأطعمة والمواد الغذائية.
• تُستخدم أيضاً في القطاع السكني.
• تلعب دوراً فعالاً في الزراعة.
• تساهم في تقطير المياه وتحلية المياه المالحة.
• تساهم في تدفئة المنازل والتخلص من البرودة.
• تستخدم لصهر المواد.
• في الماضي، كانت تُستخدم لطهي الطعام.
• تُستخدم أيضاً في توليد الطاقة الكهربائية لألعاب تحتاج طاقة منخفضة مثل الألعاب الإلكترونية والساعات.
• بعض الدول تعتمدها في تشغيل إشارات المرور الضوئية.
• تتضمن الأنواع المختلفة من الخلايا الشمسية، الخلايا المعتمدة على السيليكون أحادي التبلور التي تصل كفاءتها إلى 16%، والخلايا المعتمدة على السيليكون متعدد التبلور بكفاءة 13%. بالإضافة إلى الخلايا المترسبة بفعالية 3×6%.

أفق مشرق للطاقة الشمسية:

• تشير التوقعات إلى أن إنتاج ألمانيا من الخلايا الكهروضوئية يبلغ 32.4 غيغا واط، مما يجعلها من أكبر الدول المنتجة.
• تتبعها إيطاليا وإسبانيا، بينما توسع الولايات المتحدة الأمريكية والصين واليابان وأستراليا من سوق الطاقة الشمسية.

التحديات في استخدام الخلايا الشمسية:

• وجود الغبار الذي يقلل من كفاءة الخلايا، مما يتطلب تنظيفها بشكل دوري، مع مراعاة ألا تتجاوز الفترة ثلاثة أيام.
• عدم القدرة على تخزين الطاقة الشمسية للاستفادة منها خلال الليل أو الأيام الغائمة.
• التآكل والصدأ في المجمعات الشمسية بسبب الأملاح التي تتواجد في المياه.
• رغم هذه التحديات، تبقى الخلايا الشمسية من أحدث التقنيات التي تستغل الطاقة الشمسية.
• تتميز هذه التكنولوجيا بإنتاج طاقة نظيفة وغير ملوثة، مما يحفز العلماء لتطويرها بشكل مستمر لاستخدامها في مجالات متعددة مثل الصحة، السكن، التعليم، الزراعة والصناعة.