هل تعلم أن طاقة الشمس التي توفرها الأرض لمدة ساعة واحدة يمكن أن تلبي احتياجات الطاقة العالمية لمدة عام واحد ؟ فلا شك أن الشمس هي مصدر طاقة قوي ، وعلى الرغم من أننا غير قادرين على جمع جزء بسيط من هذه الطاقة ، إلا أن استخدام هذه الطاقة عن طريق تركيب الألواح الشمسية يمكن أن يحدث فرقًا كبيرًا على هذا الكوكب ، ففي حين تم انتقادها على نطاق واسع لكونها باهظة الثمن أو غير فعالة ، فقد أثبتت

الألواح الشمسية

الآن أنها مفيدة للغاية ليس فقط للبيئة ، ولكن أيضًا للاقتصاد الخاص .

ما هي الخلايا الشمسية

تشمل

مصادر الطاقة المتجددة

المنتشرة

توربينات الرياح

، وخلايا الوقود ، والخلايا الشمسية ، وتحول الخلية الشمسية ضوء الشمس إلى كهرباء ، حيث يتكون ضوء الشمس من فوتونات يمكن تحويلها إلى طاقة كهربائية بمساعدة تأثير الصورة الضوئية . [1]

والخلية الشمسية هي عبارة عن جهاز إلكتروني يلتقط أشعة الشمس ويحولها مباشرة إلى كهرباء ، وهو بحجم كف شخص بالغ ، ثماني الشكل ، ذات لون أسود مزرق ، وغالبًا ما يتم تجميع الخلايا الشمسية معًا لإنشاء وحدات أكبر تسمى الوحدات الشمسية ، وهي أيضًا مقترنة بوحدات أكبر تعرف باسم الألواح الشمسية (الألواح ذات اللون الأسود أو الأزرق التي توجد في بعض الأحيان في منازل الأشخاص ) . [2]

تعتمد الكهرباء التي تنتجها الخلايا الشمسية على معايير مختلفة مثل الطول الموجي للضوء ، وشدة الضوء ، ومساحة سطح الخلايا الشمسية ، ودرجة حرارة الخلايا الشمسية ، ونوع الخلايا الشمسية [1] .

كيف تعمل الخلايا الشمسية

تعمل الخلايا الشمسية طبقاً لعدد من المبادئ وهي كالتالي :-

تتكون الخلايا الشمسية من مواد من نوع أشعة الشمس Nو P ، التي تتكون من الفوتونات وهي جزيئات تحتوي على الطاقة .
عندما يسقط الضوء على الخلايا الشمسية ، تمتص هذه الفوتونات وتمررها على التوالي عبر مواد الخلية الشمسية .
ثم تثير الفوتونات الإلكترونات الموجودة في مادة N من نوع الخلايا الضوئية ، بمعنى آخر ، يقوم الضوء بكسر روابط السيليكون ، ويخلق إلكترونات وثغرات حرة .
ونتيجة لذلك ينتج تيار وتتحرك الالكترونات ، وتُعرف حركة الإلكترونات أو تدفق التيار باسم الكهرباء . [1]

مميزات الخلايا الشمسية

تتعدد مزايا الخلايا الشمسية ومن أهمها ما يلي :

مصدر للطاقة المتجددة

يمكن استخدام الطاقة لتوليد الكهرباء والحرارة في المنزل ، إما من خلال الطاقة الشمسية الكهروضوئية ، أو الطاقة الشمسية الحرارية ، ويتم استرداد الطاقة المتجددة من الشمس ، والرياح ، والأمواج ، ويعد مصدر الطاقة في هذه الحالة هي الشمس ، وتسخر الخلايا الشمسية الطاقة من الشمس وتحولها إلى كهرباء قابلة للاستخدام . [4]

الحد من استهلاك الكهرباء وتقليل الفواتير

نظرًا لأنه سوف يتم تلبية بعض الاحتياجات من الطاقة بالكهرباء التي يولدها النظام الشمسي ، ستنخفض فواتير الطاقة ، ويعتمد المبلغ الذي توفيره على الفاتورة على حجم النظام الشمسي ، واستخدام الكهرباء ، أو الحرارة ، علاوة على ذلك ، لن يتم فقط

توفير فواتير الكهرباء

، بل هناك أيضًا إمكانية لاستلام مدفوعات مقابل فائض الطاقة الذي يتم ارجاعه مرة أخرى إلى الشبكة ، وذلك إذا كان يتم توليد كهرباء أكثر مما يتم استخدامه ( بالنظر إلى أن نظام الألواح الشمسية تكون متصل بالشبكة ) . [3]

تحافظ على البيئة من التلوث

تعتبر الخلايا الشمسية من أقل مصادر الطاقة تلويثاً للبيئة فهي تقريبا لا ينتج عنها أية تلوث إلا يحدث أي تلوث تقريبا إلا عند تصريف النفايات عند تركيبها وتثبيتها .

طاقة طويلة الاجل

غالبًا ما تتمتع الأنظمة الكهروضوئية بحياة طويلة ومتانة جيدة ، وفي الوقت نفسه ، غالبًا ما يكون هناك ضمان بحد أدنى 20 عامًا على الألواح الشمسية ، مما يضمن للمستهلك الحصول على الصيانة والإصلاحات اللازمة في حالة حدوث أي مضاعفات . [4]

استخدامها في التطبيقات المتنوعة

يمكن استخدام الطاقة الشمسية لأغراض متنوعة ، حيث يمكن

توليد الكهرباء

( الضوئية ) أو الحرارة ( الطاقة الشمسية الحرارية ) ، ويمكن استخدام الطاقة الشمسية لإنتاج الكهرباء في المناطق التي لا تصل لها شبكات الطاقة ، وكذلك تستخدم لتقطير المياه في المناطق ذات الإمداد المحدود بالمياه النظيفة ، وتزويد

الأقمار الصناعية

بالطاقة في الفضاء .

انخفاض تكاليف الصيانة

لا تتطلب أنظمة الطاقة الشمسية عمومًا الكثير من الصيانة ، ليس على المستهلك سوى الحفاظ عليها نظيفة نسبيًا ، لذا فإن تنظيفها عدة مرات في السنة يمنعها من التلف ، ومعظم الشركات المصنعة للألواح الشمسية الموثوقة تقدم ضمانًا يتراوح من 20 إلى 25 عامًا أيضًا ، نظرًا لعدم وجود أجزاء متحركة ، وعادة ما يكون العاكس هو الجزء الوحيد الذي يجب تغييره بعد 5-10 سنوات لأنه يعمل باستمرار على تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء وحرارة ( الطاقة الشمسية الكهروضوئية مقابل الطاقة الشمسية الحرارية ) ، وبصرف النظر عن العاكس ، تحتاج الكابلات أيضًا إلى صيانة لضمان تشغيل نظام الطاقة الشمسية بأقصى قدر من الكفاءة .

تطوير التكنولوجيا

تتقدم التكنولوجيا في صناعة الطاقة الشمسية باستمرار ، ويمكن للابتكارات في

فيزياء الكم

وتكنولوجيا النانو أن تزيد من فعالية الألواح الشمسية ، وتضاعف المدخلات الكهربائية لأنظمة الطاقة الشمسية . [3]

سلبيات الخلايا الشمسية

عدم تلبية الاحتياجات الداخلية

ليست كل الأسر التي يمكنها تلبية احتياجاتها والحصول على أقصى استفادة من خلاياها الشمسية حتى الآن ، حيث تعتبر الخلايا الشمسية حساسة للغاية من حيث موقعها ، مما يعني أنه إذا كان هناك ظل على مجموعة الخلايا الموجودة في مكان ما ، فمن الصعب استغلال الألواح الشمسية على النحو الأمثل ، ولحل هذه المشكلة يجب الاتصال بالشبكة ، وبالتالي شراء الطاقة من الآخرين . [1]

ارتفاع التكلفة

التكلفة الأولية لشراء الخلايا الشمسية مرتفعة إلى حد ما ، حيث تشمل التكلفة دفع ثمن الألواح الشمسية ، والعاكس ، والبطاريات ، والأسلاك ، والتركيب ، ومع ذلك ، فإن تكنولوجيات الطاقة الشمسية تتطور باستمرار ، لذلك من الآمن افتراض أن الأسعار ستنخفض في المستقبل . [3]

الطاقة الموسمية وتعتمد على الطقس

بالمقارنة مع الأنواع الأخرى من الطاقة المتجددة ، فإن محطة الطاقة الشمسية موسمية للغاية ، حيث يمكن أن يكون هناك فترات محدودة من الشمس ، ويكمن الحل في توصيل شبكات الطاقة الشمسية ، وشراء الطاقة من شبكة الكهرباء العامة خلال الفترات التي تقل فيها الطاقة الشمسية ، ويعد الاستثمار في نظام تخزين البطاريات الشمسية خيارًا جيدًا أيضًا ، حيث يمكنه تخزين الطاقة المولدة خلال ساعات الذروة وجعلها متاحة بسهولة للأيام الملبدة بالغيوم . [1]

تخزين الطاقة الشمسية باهظ الثمن

يمكن استخدام الطاقة الشمسية على الفور ، أو يمكن تخزينها في بطاريات كبيرة ، ويمكن شحن هذه البطاريات ، المستخدمة في أنظمة الطاقة الشمسية خارج الشبكة ، خلال النهار حتى يتم استخدام الطاقة في الليل ، وهذا حل جيد لاستخدام الطاقة الشمسية طوال اليوم ، ولكنه مكلف للغاية .

تحتاج إلى مساحة كبيرة من الفضاء

كلما زادت الطاقة المراد إنتاجها ، زاد عدد الألواح الشمسية التي يتم الحاجة إليها ، وفي هذه الحالة يجب جمع أكبر قدر ممكن من ضوء الشمس ، تتطلب الألواح الكهروضوئية الشمسية مساحة كبيرة ، وبعض الأسطح ليست كبيرة بما يكفي لتناسب عدد الألواح الشمسية المراد امتلاكها ، فإذا لم يكن هناك مساحة لجميع اللوحات ، يمكن اختيار تثبيت عدد أقل لتلبية بعض الاحتياجات من الطاقة . [3]