الخلايا الضوئيةأصبحت، المعروفة أيضًا باسم الخلايا الشمسية، لاعبًا رئيسيًا في قطاع الطاقة المتجددة.لقد أحدثت هذه الأجهزة ثورة في الطريقة التي نستخدم بها الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء.في هذه المقالة سوف نتعمق في عالم السحرالخلايا الضوئيةواستكشاف كيفية توليد الكهرباء.
في قلب الخلية الكهروضوئية توجد مادة شبه موصلة، عادة ما تكون مصنوعة من السيليكون.عندما تضرب الفوتونات الصادرة من ضوء الشمس سطح الخلية، فإنها تثير الإلكترونات الموجودة في المادة، مما يؤدي إلى انفصالها عن الذرات.وتسمى هذه العملية بالتأثير الكهروضوئي.
للاستفادة من هذه الإلكترونات المحررة، يتم تصنيع البطاريات في طبقات ذات خصائص مختلفة.الطبقة العليا مصنوعة من مواد مصممة خصيصًا لامتصاص أشعة الشمس.أسفل هذه الطبقة توجد الطبقة النشطة، والتي تتكون من مادة شبه موصلة.تساعد الطبقة السفلية، والتي تسمى طبقة الاتصال الخلفية، على جمع الإلكترونات ونقلها خارج الخلية.
عندما يخترق ضوء الشمس الطبقة العليا من الخلية، فإنه يثير الإلكترونات في ذرات المادة شبه الموصلة.تصبح هذه الإلكترونات المثارة قادرة بعد ذلك على التحرك بحرية داخل المادة.ومع ذلك، من أجل توليد الكهرباء، تحتاج الإلكترونات إلى التدفق في اتجاه معين.
هذا هو المكان الذي يلعب فيه المجال الكهربائي داخل الخلية.يتم تطعيم مادة أشباه الموصلات الموجودة في الطبقة النشطة بالشوائب لإحداث خلل في التوازن الإلكتروني.يؤدي هذا إلى إنشاء شحنة موجبة على أحد جانبي البطارية وشحنة سالبة على الجانب الآخر.وتسمى الحدود بين هاتين المنطقتين بالوصلة pn.
عندما يتم إثارة الإلكترون بواسطة الفوتون وينفصل عن ذرته، فإنه ينجذب إلى الجانب الموجب الشحنة من الخلية.وأثناء تحركه نحو المنطقة، فإنه يترك "ثقبًا" مشحونًا بشحنة موجبة في مكانه.تخلق حركة الإلكترونات والثقوب تيارًا كهربائيًا داخل البطارية.
ومع ذلك، في حالتها الحرة، لا يمكن استخدام الإلكترونات لتشغيل الأجهزة الخارجية.لتسخير طاقتها، يتم وضع وصلات معدنية على الطبقات العلوية والسفلية من الخلايا.عندما يتم توصيل الموصلات بهذه الاتصالات، تتدفق الإلكترونات عبر الدائرة، مما يخلق تيارًا كهربائيًا.
تنتج الخلية الكهروضوئية الواحدة كمية صغيرة نسبيًا من الكهرباء.ولذلك، يتم توصيل خلايا متعددة معًا لتكوين وحدة أكبر تسمى اللوحة أو الوحدة الشمسية.يمكن توصيل هذه اللوحات على التوالي أو بالتوازي لزيادة الجهد والتيار الناتج، حسب متطلبات النظام.
بمجرد توليد الكهرباء، يمكن استخدامها لتشغيل مجموعة متنوعة من الأجهزة والأجهزة.في النظام المرتبط بالشبكة، يمكن إعادة الكهرباء الزائدة الناتجة عن الألواح الشمسية إلى الشبكة، مما يعوض الحاجة إلى توليد الوقود الأحفوري.وفي الأنظمة المستقلة، مثل تلك المستخدمة في المناطق النائية، يمكن تخزين الكهرباء المولدة في بطاريات لاستخدامها لاحقًا.
الخلايا الضوئيةتوفير حل أخضر ومستدام ومتجدد لاحتياجاتنا من الطاقة.ولديها القدرة على تقليل اعتمادنا على الوقود الأحفوري بشكل كبير وتخفيف الأثر البيئي لتوليد الكهرباء.مع استمرار تقدم التكنولوجيا، قد نرىالخلايا الضوئيةتصبح أكثر كفاءة وأرخص، مما يجعلها جزءًا لا يتجزأ من مشهد الطاقة المستقبلي لدينا.
وقت النشر: 27 نوفمبر 2023