الخلايا الشمسية - المدينة الكهربائية

الخلايا الشمسية

شارك الموقع على مواقع التواصل الاجتماعي

الخلايا الشمسية

الخلايا الشمسية هي تقنية العصر! فما هي الخلية الشمسية؟ مم تكون الخلية الشمسية؟ كيف تعمل الخلية الشمسية؟ أو ما مبدأ عمل الخلية الشمسية؟

هذه الاسئلة سنجيب عليها في هذا المقال.

ما هي الخلايا الشمسية , وما هي مكونات الخلايا الشمسية ؟

الخلية الشمسية عبارة عن دايود شبه موصل وبمساحة كبيرة يتكون من وصلة junction موجبة – سالبة واختصارها وصلة م – س وهذه الوصلة تم تصنيعها بإضافة مادة شائبة إلى بلورة الدايود (عملية إضافة المادة الشائبة إلى بلورة الخلية تسمى إشابة Doping).

وهناك تعريف شائع بين الناس بأنها آلة أو جهاز يحول الإشعاع الشمسي أو الأشعة الشمسية إلى كهرباء وعملية التحويل هذه تدعى فولتضوئية.

تسمى الخلية الشمسية أيضا بـ الخلية الفولتضوئية ويرمز لها بالرمز PV cell : photovoltaic cell. واكتسبت هذا الاسم لأنها تقوم بتحويل الضوء الساقط عليها إلى جهد كهربائي والذي يقاس بوحدة الفولت Volt = V.

يتم وضع غطاء زجاجي على الخلية الشمسية لحمايتها من الخدش والعوامل الجوية.

المقاسات الشائعة للخلية الشمسية هي 10 سم × 10 سم إلى 15.6 سم × 15.6 سم.

أما مقاس الخلية الشمسية الموجودة في الالواح الشمسية والتي تباع بالوطن العربي هو 15.6 سم × 15.6 سم.

نموذج الخلايا الشمسية - المدينة الكهربائية

مبدأ عمل الخلايا الشمسية أو كيف تعمل الخلايا الشمسية؟

على اعتبار أن المادة شبه الموصلة هي السليكون والتي ذراته تحتوي على أربعة روابط تساهمية مع الذرات المتجاورة (في الغالب الخلايا الشمسية مصنوعة من السليكون) .

في عملية الإشابة doping إذا كانت المواد الشائبة هي ذرات الفوسفور والتي تحتوي على 5 إلكترونات في مدارها الأخير فإن هناك حاجة فقط لأربعة إلكترونات لتنطبق الذرة الشائبة في التركيب البلوري للسليكون ويبقى هناك إلكترون واحد فائض حر الحركة, في هذه الحالة يوجد في تلك المنطقة من البلورة عدد كبير من الشحنات السالبة أو الالكترونات (غالبية لأنها الأكثر) وتسمى هذه المنطقة بالمنطقة السالبة أو منطقة س.

إذا كانت المادة الشائبة هي ذرات البورون والتي تحتوي على 3 إلكترونات خارجية أو في مدارها الاخير فإنه في هذه الحالة يكون هناك إلكترون واحد مفقود لإكمال الرابطة التساهمية بين بلورة السليكون والبورون. ولكن يمكن اقتراضه من الذرات المجاورة وبالتالي يتزحزح موقع الالكترون المفقود ويمكن اعتباره شحنة موجبة متنقلة (وتسمى فجوة) ويوجد عدد كبير من الفجوات الحرة أكثر من الالكترونات الحرة في المنطقة الموجبة (منطقة م) وتسمى الفجوات في هذه المنطقة بـ حاملات الشحنة الاغلبية وتسمى الالكترونات بـ حاملات الشحنة الأقلية.

ونتيجة لاختلاف تركيز الشحنات عند الحد الفاصل بين المنطقتين, تنتقل الإلكترونات السالبة إلى المنطقة م وتنتقل الفجوات إلى المنطقة س ونتيجة لذلك ينشأ مجال كهربائي. 

حيث يتكون ضوء الشمس من فوتونات وتسمى قدرة الخلية الشمسية على تحويل الفوتون الساقط إلى زوج من الالكترونات والفجوات بـ الكفاءة الكميّة (Quantum Efficiency).

أي أن الضوء الشمسي يتكون من فوتونات والفوتونات الساقطة على الخلية الشمسية بسببها تنشأ أزواج الالكترونات والفجوات.

إن سقوط الشعاع الشمسي على شبه الموصل يولد أزواجا من الالكترونات والفجوات مولدا مجالا كهربائيا ويمكن ملاحظة جهد كهربائي V بين طرفيه. وعند توصيل مقاومة كحمل R بين طرفي شبه الموصل يمر تيار كهربائي I خلاله. انظر الشكل التالي:

الخلايا الشمسية - مبدأ عملها - المدينة الكهربائية

نلاحظ أن الشحنات الموجبة كانت في الطبقة م والشحنات السالبة كانت في الطبقة س ولما تولد مجال كهربائي E نتيجة اختلاف تركيز الشحنات انتقلت الشحنات الموجبة إلى الطبقة س والشحنات السالبة إلى المنطقة م. ومر تيار عند توصيل حمل وإغلاق الدارة.

وصلنا إلى نهاية المقال, فنرجو منكم مشاركته عبر مواقع التواصل الاجتماعي.

المراجع:

  1. solar electric power generation, photo voltaic energy systems, Stefan, C.W
  2. https://nasrsolar.com/

شارك الموقع على مواقع التواصل الاجتماعي

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *