الخلية الشمسية لتوليد الكهرباء

تستعمل الخلية الكهروضوئية، أو ما يسمى أيضاً بالخلية الضوئية، أو باللغة الدارجة بالخلية الشمسية، من أجل توليد تيار كهربائي، وهي تتكون من عدة محولات فولتية ضوئية، لها قدرة على امتصاص الطاقة الشمسيّة، وعلى الأخص الفوتونات التي تسقط من أشعة الشمس، حيث تعمل الخلية على تحويل هذه الطاقة إلى طاقة كهربائية، من خلال الاستعانة بالتأثير الضوئي الجهدي، ومن أهمّ مميّزات الخلية الشمسية أنّه لا يوجد لها أي تأثيرات سلبية على البيئة، كما أنها لا تخلّف أيّ أضرار.

تعريف الخلية الشمسية

الخلية الشمسية هي مجموعة من الرقائق الرفيعة المعمولة من مادة السيلكون، ويميزها وجود شحنات سالبة من جهة وشحنات موجبة من الجهة الثانية، ويقوم مبدأ عمل الخلية على تعريضها لأشعة الشمس، حيث تكتسب الإلكترونات في الخلية الطاقة من هذه الأشعة، فتهتز حرارياً وتعمل على تكسير الروابط، وإطلاق هذه الإلكترونات، وبالتالي يحدث توليد للتيار الكهربائي.

طريقة عمل خلية شمسية لتوليد الكهرباء

الأدوات

أوراق نحاسية.
جهاز مايكروميتر؛ لقياس التيار المتولد.
لواقط موصلة لربط جهاز المايكروميتر بالخلية.
وعاء زجاجي.
فرن حراري.
ماء مغلي.
ملح طعام.
أوراق رملية؛ لتستعمل في الصنفرة.
مقص خاص للمعادن.

خطوات عمل الخلية الشمسية

يتم قص الورق المعدني بمقص المعادن، مع ضرورة مناسبة حجم المقصوصات المعدنية وحجم الغاز الذي ستوضع عليه.
التأكد من نظافة ورقة النحاس من الغبار أو الزيوت، أو أي مواد أخرى عالقة، قد تؤدي إلى إعاقة عملية توليد الكهرباء، حيث تتم عملية التنظيف باستخدام أوراق الصنفرة، أو من الممكن استخدام الماء والصابون ولكن مع تنشيفها جيداً بعد غسلها.
يشعل الغاز ويوضع على درجة حرارة عالية جداً، وتوضع الورقة النحاسية النظيفة فوقه، وعند بدأ الورقة بالتأكسد، سيبدأ لون الورقة بالتغيير تدريجياً، فتتحول من اللون الأحمر إلى البرتقالي، ثمّ البنفسجي، حتى يصبح اللون في المرحلة النهائية أسوداً، وهو لون أكسيد النحاس.
توضع الورقة بلونها الأسود على الغاز لنصف ساعة تقريباً، حتى تتشكل طبقة سميكة من أكسيد النحاس، ليتم عزلها فيما بعد.
ترفع الورقة عن النار، وتوضع جانباً حتى تبرد تماماً، وسيلاحظ انكماشها مع البرودة.
تتم إزالة طبقة أكسيد النحاس عن الورقة بعد أن تبرد، وذلك عن طريق وضعها تحت ماء جارٍ، ثمّ فركها باليد بلطافة، والحذر من استعمال أي مواد حادة، أو أسلاك، حتى لا تؤثر على طبقة أكسيد النحاس.
تقص ورقة نحاس ثانية لتناسب حجم الورقة التي تمت أكسدتها.
تطوى الورقتان، ويبقى السطح المغطى بأكسيد النحاس في الاتجاه الخارجي، مع ضرورة الحرص على عدم تلامس الصفيحتين معاً، وتوضعان في الوعاء الزجاجي.
تستخدم اللواقط لربط القطب الموجب من جهاز القياس بورقة النحاس، والقطب السالب من جهاز القياس بورقة أكسيد النحاس.
يعبأ الوعاء بمحلول ملحي، من خلال إذابة ملعقتي طعام من الملح بالماء المغلي، وسكبه داخل الوعاء ببطء، والحرص على عدم غمر الشريحتين تماماً بالماء، كما من الهام جداً عدم اقتراب الماء من الملاقط، وهكذا أصبحت الخلية جاهزة للعمل.
توضع الخلية مباشرة لأشعة الشمس، مما سيؤدي إلى توليد تيار كهربائي تبلغ شدته حوالي (0.5 إلى 0.6) مايكروأمبير.