القائمة الرئيسية

الصفحات

آخر المواضيع

هل نضيع وقتنا حقا في التنقيب عن النفط وجرف الفحم بينما هناك محطة طاقة عملاقة في السماء فوقنا ، ترسل طاقة نظيفة بدون توقف مجانًا؟ تحتوي الشمس على مصدر طاقة لا نهاية له ومناسب للكهرباء و يكفي على متنها لدفع نظامنا الشمسي لمدة خمسة مليارات سنة أخرى - حيث أن الأرض تتعرض لحولي 137 ألف تيراواط  (Terawatts) مايعدل أضعاف المرات مايستخدمه البشر ويمكن للألواح الشمسية solar power تحويل هذه الطاقة إلى مصدر لا نهاية له ومناسب للكهرباء.

 لكن هل بإمكاننا أن نعتمد على الطاقة الشمسية بشكل كامل solar power وفي أنحاء بلدان العالم ؟ 


كيف تعمل الألواح الشمسية


لنجيب على سؤالنا في مقالتنا هذه يجي أن نعرف كيفية عمل الالواح الشمسية في تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.
تصنع الألواح الشمسية من وحدات صغيرة جدا تدعى الخلايا الشمسية ( solar cells )وعادة ماتكون مصنوعة من من السيليكون ( silicone ) فهوهو شبه ناقل ( semicondoctor ) ويحتل المرتبة الثانية في الكون حسب الوفرة ولكن من النادر وجوده نقيا في الطبيعة فغالبا نجده مختلطا بالغبار والرمال حيث يتم تنقيته وتصفيه ثم استخدامه .
يتم حشو السيليكون البلوري Crystalline Silicon داخل الخلايا الشمسية بين الطبقات الناقلة حيث كل ذرة سيليكون تكون متصلة بالذارت المجاورة من خلال 4 روابط قوية التي تقوم بحفظ الإلكترونات في مكانها وبالتالي يتم منع إنتقال التيار.

السيليكون البلوري

رابط إلكتروني
رابط إلكتروني

داخل خلية السيليكون الشمسية يتم استخدام طبقتين مختلفتين من السيليكون :

- نوع N-type وتكون بنيته محلمة بالإلكترونات (سالبة).

- نوع P-type وتكون خاصيتها غنية بالفجوات أي تحتوي على فراغات إضافية للإلكترونات.

يتم تصنيع هذين النوعين عن طريق التشويب وعند وصلها تتشكل (منطقة العزل) وصلة P-N type وفي نقطة إلتقاء الوصلة مابين نوعي السيلكون، يمكن للإلكترونات التجول عبرهذه الوصلة الثنائية p-n junction وتحرر معها شحنة موجبة في أحد الجوانب وتنشأ شحنة سالبة في الجانب الآخر.

الفوتونات الضوئية

يمكن إعتبار الضوء على أنه تدفق من الجسيمات المتناهية في الصغر وتدعى هذه الجسيمات بالفوتونات وذلك بعد إنطلاقها من الشمس وسقوطها على الأرض .

الفوتونات الضوئية

الفوتونات الضوئية

عند سقوط الفوتونات الضوئية على خلية السيليكون وتضربها بطاقة كافية يمكن من خلالها تحرير إلكترون من رابطته فتحدث فجوة وبالتالي الإلكترون والشحنة السالبة يصبحان حرين يتحركان بكل طلاقة بينما المجال الكهربائي p/n عند نقطة الإلتقاء يعمل على توجيهما في إتجاه واحد فقط ويتم جذب الإلكترون في وصلة الـ n بينما الفجوة يتم جذبها في إتجاه الـ p
 
لحظة تحرر الإلكترون من رابطته

لحظة تحرر الإلكترون من رابطته

داخل الخلية الشمسية تجمع هذه الإلكترونات المتحركة عند قمة الخلية عن طريق أصابع معدنية (لا حظ الصورة في الاسفل) ثم تسير هذه الإلكترونات في دائرة خارجية ليشتعل المصباح قبل أن تعود من خلال الصفيحة الأليمنيوم المربوطة في الخلف.  جميع خلايا السليكون تمنح الجهد الكهربائي من خلال تنظيمهم في وحدات.

الخلايا الشمسية



 يمكن للخلايا الشمسية أن تدوم لعقود لانه الشيء الوحيد الذي يتحرك داخل الخلايا هو الإلكترونات وجميعها ترجع إلى مكانها وبالتالي ليس هناك مايتم نفاذه أو إستهلاكه.

 ماهي الأسباب التي تمنعنا من أن نعتمد بشكل كلي على الطاقة الشمسية؟

 هناك أسباب سياسية وعوامل متعلقة بالمصالح التجارية للشركات التي تحاول بكل جهد على استمرار الوضع  الراهن وكذلك عوامل تتعلق بتوزع الطاقة الشمسية في انحاء العالم فمنها مناطق مشمسة أكثر من غيرها لاسيما التي تمتاز بشتاء طويل وتقلبات الجو وكذلك التي لا تحتوي على التكنولوجيا الكاملة للإعتماد على الطاقة الشمسية مثل الدول النامية.

فقط القليل من الطاقة الشمسية يتوفر في الأيام الغائمة أوأثناء الليل لذلك الاعتماد الكلي سوف يتطلب طرق فعالة للحصول على الكهرباء من المناطق المشمسة إلى الغائمة، وتخزين فعال للطاقة كذلك فإن كفاءة الخلية في حد ذاتها تشكل تحدٍّ أيضاً، إذا تم انعكاس ضوء الشمس بدلاً من امتصاصه أو إذا تم وقوع الإلكترونات المطرودة داخل فجوة قبل عبورها خلال الدائرة فإن طاقة هذا الفوتون تضيع.

لحظة سقوط الفوتونات على الخلية الضوئية
لحظة سقوط الفوتونات على الخلية الضوئية

معظم كفاءة الخلايا الشمسية وأفضلهم تحول فقط 45 % من أشعة الشمس إلى كهرباء أما التي تباع في الأسواق المنتجة من طرف الشركات التجارية تكون كفاءتها مابين 22-15 % . على الرغم من ذلك سيكون بإمكاننا أن نعتمد على الطاقة الشمسية بالكامل وذلك بتمويل بناء البنية التحتية . واستغلال مساحات كبيرة تقدر بمئات الآلاف من الأميال المربعة ....ربما تبدو هذه مساحة كبيرة جدا لكن بمقارنة مع الصحاري الكبرى فهي تبدو لا شيء والتي يوجد منها لأكثر من2.5 مليون ميل مربع ومع ذلك نحن نرى أن الخلايا الشمسية  تتحسن كل سنة وتقل كلفتها وتنافس أسعار الكهرباء مع الشبكات التي تعتمد على مصدرغير متجدد و نرى بعض الابتكارات مثل المزارع المائية للخلايا الشمسية في اليابان وهذه الفكرة تشجع الكثيرين على الإعتماد على الطاقة الشمسية في المستقبل القريب.


كيفية عمل الالواح الشمسية


يجب أن نعرف أنه يوجد حوالي أكثر من مليار شخص لا يتوفر لهم الكهرباء لا سيما في الدول الفقيرة والتي تحتوي على جو مشمس وبالتالي في تلك المناطق  يمكن أن تكون الطاقة الشمسية ليست بباهظة الثمن بل رخيصة وأكثر أمانا من  بدائل الطاقة الغير المتجددة مثل الغازوالكيروسين ، لكن على الجانب الآخر من الكرة الأرضية مثل أيسلندا والدول الأسكندانافية تكون الطاقة الشمسية متوفرة بنسبة قليلة نظرا للجو الغائم وطول الشتاء ونهار قصير.

تم جمع هذه المعلومات من هذه المواقع : إضاءات و ويكبيديا و livescience و news.energysage

المدون : بوقرة عبدالوهاب

هل اعجبك الموضوع :

تعليقات

محتويات