تجربة

ماهي الخلايا الكهرضوئية؟

الخلايا الكهرضوئية او لوحات ما تدعى  PV هي تكنولوجيا تحويل الضوء الى طاقة كهربائية. هي افضل ما عرف من وسيلة لتوليد الطاقة الكهربائية باستخدام خلايا شمسية مشكلة كالوحات مربوطة بين بعضها لتحويل الطاقة من الشمس و الضوء الى كهرباء.

لشرح هذه الطريقة بشكل مبسط، فان الفوتونات  من ضوء الشمس تطرق الالكترونات من مدارها لتوضعها في مدار اعلى –  مولدة كهرباء.

الضوء الشمسي يتألف من فوتونات او اجزاء من الطاقة الشمسية، هذه الفوتونات تحتوي على كميات متعددة من الطاقة باعتماد على اختلاف اطوال الموجة من الطيف الشمسي، عندما تضرب الفوتونات خلايا PV يمكن ان تنعكس او تمتص او يمكن ان تخترق داخليا، فقط الفوتونات الممتصة تولد الكهرباء.

      مخطط الخلية الشمسية

1-   الكترود سالب     2- الكترود موجب    3- وصلة سيلكون n 4- وصلة سيلكون p  5- طبقة حجز

عندما حدوث ذلك فان طاقة الفوتون تحول الى الكترون في ذرة الخلية ( التي هي بالحقيقة انصاف نواقل). بهذه الطاقة الجديدة المتواجدة سيكون الالكترون قادر الى الانتقال من وضعه العادي في تلك الذرة ليكون جزء من التيار في الدارة الكهربائية. بمغادرة هذه الوضعية فان الكترون يؤدي الى تشكيل فجوة. ان الخواص الكهربائية الخاصة للوحات الخلايا الشمسية ذات حقل كهربائي داخلي يؤمن الجهد المطلوب لتمرير التيار في الحمل الخارجي (مثل لمبة ضوء).

يتألف النظام PV من عدة عناصر، الجزء الاساسي هو الالواح و التي هي ثابتة او غير ميكانيكية، ان النظام الشمسي يستخدم عدة من الواح PV و التي تصنع من سيلكون بالاضافة الى البورن و اوكسيد الفوسفور, ان خرج الخلية الواحدة تحت ضوء الشمس مباشرة حوالي 1 واط ، لزيادة الفعالية فان مجموعات متعددة من الخلايا المستقلة تربط مع بعضها بشكل محكم تحت زجاج مقسى مضاد للعوامل الجوية تدعى الواح – تتوفر الواح بعدة استطاعات مختلفة، وهذا يعطي السهولة المرنة في خلق تصميم النظم و التي تحقق الاحتياج المطلوب من الطاقة الكهربائية.

حيث ان الـواح الـ PV قادرة على انتاج تيار كهربائي مستمر DC والذي يتطلب اسـتخدام مبدل

- انفيرتر-  لتحويل التيار المستمر المنتج من الواح الى تيار متناوب AC لتشغيل الاجهزة مثل الكمبيوتر و البراد و الانارة و اجهزة اخرى.

ان النظم المصصمة و المركبة بشكل جيد مع الصيانة المدروسة المجدولة يجعلها تعمل لاكثر من 25 سنة ، و الصيانة المقصودة هي اعمال تنظيف لازالة الغبار المتراكم على الالواح كذلك البطاريات حسب جدول المصنع للصيانة.

مخطط صندوقي لنظام PV

ان 90% من الخلايا الشمسية المستخدمةحول العالم متكونة من السيلكون الكريستالي و الذي اثبت وجوده على مرور الزمن، في المستقبل سيكون هناك ازدياد لايجاد خلية رقيقة و التي تصنع الان بمردود اعلى لانها تحتاج الى سيلكون اقل او بدونه.

ان اخفاض سعر السيلكون الشمسي في 2009 شكل تخفيض هام للفرق بين الكريستالين و الخلاياالرقيقة، والتكنولوجيا الجديدة مثل الكهرضوئية العضوية       OPVو الذي يعني بان تكنولوجيا الخلايا الرقيقة تعطي جهود معقولة بالنسبة لتخفيض السعر.

ان الخلايا الرقيقة مازالت تعمل بعامل مردود منخفض ، لذا تحتاج لمساحات تركيب كبيرة للحصول على نفس الخرج مقارنة مع الخلايا الاساسية ، فعند اختيار الخلايا الكهرضوئية فانه من الضروري عدم اعتبار فقط سعر الخلايا (السعر/كيلواط) و لكن ايضا كلفة النظام (كلفة الانتاج).

العناصر المطلوبة للنظم:

ان طريقة تصنيع الالواح و تجميع الخلايا ضمن هذه الالواح يعطي السهولة لنقلها و استخدامها. ان نظم الطاقة الشمسية هي تجهيزات مستقلة يمكن ان تجمع بعض او كل من هذه المكونات التالية:

-         مولدة الطاقة الشمسية (لوح واحد او مصفوفة من الالواح)

-         اجهزة المبدلات و التحكم و الحماية

-         مخزنات الطاقة (البطارية) و التي تم تطويرها من الجيل لاخر و التي تشكل الحجم الصغير و التيار الاعلى كذلك عمر الاستخدام الطويل

-         الحمل – انارة - مضخات – براد – راديو – تلفزيون ......

تطور السـوق

      نظام طاقة شمسية

ان صناعة الخلايا الكهرضوئية قد تزايد بشكل قوي خلال هذه الاعوام، و تتوقع ان يتزايد طلب العالم لها. في نهاية عام 2009 فان الاستطاعة الاجمالية المركبة في العالم تقريبا 23000 ميغاواط. الاستطاعة الاكبر منها، 16000 ميغاواط، موجود في اوربا والذي يشكل 70% من الاستطاعة المركبةن تليها اليابان 2600ميغاواط، ثم امريكا 1600 ميغاواط، اما الصين فهي مدرجة ضمن العشر الاوائل لاول مرة في 2009

تطور الاستطاعة المركبة لتوليد الكهرباء باستخدام نظم الخلايا الكهرضوئية عالميا