تعتبر الطاقة الشمسية من اكبر مصادر الطاقة على وجه الكرة الأرضية، وهي التي تقوم بالإنارة والتدفئة بصورة طبيعية لا غنى عنها.
ونظرًا لأهميتها البالغة في حياتنا فإن الإنسان قام بالتفكير في استغلالها أفضل الاستغلال.
ونتعرف اليوم على طريقة لاستغلال الطاقة الشمسية وهي عمل الخلية الشمسية.
الخلية الشمسية
- بسبب التلوث الكبير الحادث على سطح الكرة الأرضية نتيجة زيادة العوادم والنفايات الصادرة من مصادر الطاقة المختلفة.
- وهذا التلوث أثر بصورة كبيرة على الغلاف الجوي وعلى الكائنات الحية بشكل كبير.
- لذلك بدأت العديد من الدول في التفكير في حل إيجابي لتعويض مصادر الطاقة الملوثة للبيئة بأخرى صديقة للبيئة.
- وهي الطاقة الشمسية، فقام العلماء باختراع ما يسمى بالخلايا الشمسية.
- حيث تعمل هذه الخلايا على تجميع الطاقة الشمسية واختزانها وتحويلها إلى طاقة كهربائية.
- وتخزن في بطاريات مخصصة لها تستوعب كميات هائلة لاستخدامها في العديد من الأغراض الحياتية.
- وبدأ اختراع الخلايا الشمسية في بداية عام 1977م.
- ولكنها بدأت بالعمل الفعلي في عام 2013 وتطورت بصورة سريعة جدًا لتكون هي الاتجاه الحالي لجميع الدول.
- واستخدامها في الصناعة والزراعة والعديد من النواحي المختلفة.
- وأهم ما يميز الخلايا الشمسية أنها لا يقوم بداخلها أي تفاعلات كيميائية أو فيزيائية قد يكون ناتج عنه الضرر للكون.
عمل الخلية الشمسية
تعتبر الخلية الشمسية من الاختراعات الهامة التي حدثت في العصر الحديث، ونعرض طريقة عملها في الآتي:
- عند سقوط ضوء الشمس على الخلايا الشمسية فإن أسطح هذه الخلايا تمنع انعكاس الطاقة الضوئية مرة أخرى.
- ثم تقوم الخلية الشمسية بامتصاص كمية كبيرة من فوتونات الضوء الصادر من الشمس.
- تقوم الإلكترونيات بالتحرك في الخلايا الشمسية محدثة تغيرًا داخلها وتتجمع الإلكترونات في اتجاه الفجوة المناسبة لشحنتها.
- وبالتالي يمكن توليد فرق جهد بين الطرفين مما ينتج عنه تيار كهروضوئي.
- وعند الرغبة في الحصول على تيار كهربائي مناسب يتم توصيل الطرفين بموصل جيد.
- ولكن تعمل أغلب الخلايا الشمسية على تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهروضوئية.
- ويتم اختزانها في بطاريات كبيرة الحجم لإعادة استخدام هذه الكهرباء المختزنة مرة أخرى في أوقات الليل.
مما تتكون الخلية الشمسية؟
لتكوين نظام توليد طاقة شمسية عن طريق الخلايا الشمسية فيجب علينا معرفة ما هي مكونات الخلية الشمسية.
حيث تتكون من الآتي:
- يتم صنع الخلية الشمسية من مواد شبه موصلة تعطي شحنات سالبة بمادة السليكون.
- ويتم تصنيع الخلية الشمسية من عدة طبقات من نفس المادة.
- يغلب على الخلية الشمسية في صنعها مادة السيلكون، ويتم تقسيم الخلية إلى طبقتين وهما:
- النوع P: تمثل مادة السليكون والتي تكون فيها عدد الإلكترونيات هي الغالبية.
- النوع N: تمثل مادة السليكون التي يكون فيها عدد الفجوات (الثقوب) هي الغالبية.
- عازل بين الطبقتين بمادة عازلة.
- بطارية موصلة بالخلية الشمسية لتخزين الطاقة الكهروضوئية بها.
ما أنواع الخلايا الشمسية؟
تتنوع أنواع الخلايا الشمسية إلى العديد من الأنواع وهي:
- خلية أحادية التبلر: وهي التي تصنع بخامات ممتازة وتصل كفاءة هذه الخلايا إلى 17%.
- خلية متعددة التبلر: والتي يتم تصنيعها من رقائق السيلكون المعالج.
- وذلك لزيادة الخواص الكهربائية بها وتصل الكفاءة فيها إلى 16%.
- الخلية الفلمية، والتي يتم تصنيعها من السليكون في شكل طبقات رقيقة وكافأتها تصل إلى 6% وهي أقلهم في القدرة.
ويتم اختيار كل نوع من هذه الأنواع للاستخدام المخصص له، ووفقا للتكلفة المقام بها الخلية الشمسية.
كيف تطورت الخلايا الشمسية؟
مرت الخلايا الشمسية بالعديد بالتطويرات منذ بدء اختراعها إلى أن وصلت إلى شكلها الحالي وهي:
- بدأت الخلايا الشمسية عندما قام العالم بيكرل في عام 1839 بدراسة تأثير الضوء على المعادن.
- وما هي خصائص التيار الكهربائي الناتج عن الطاقة الضوئية.
- تطورت بعد ذلك الفكرة والنظرية إلى استخدام السيلينيوم في استقبال الطاقة الضوئية وتحويلها إلى شحنات كهربائية.
- تم دراسة الظواهر التي تحدث على مادة السيلكون في استقبال الطاقة الضوئية وتحويلها إلى كهروضوئية.
- تم ابتكار بعض الخلايا المكونة من الأفلام الرقيقة من كبريتيد الكاديوم وكبريتيد النحاس.
- واتسعت البحوث في التسعينات والثمانينات في مجال الخلايا الشمسية.
- وازداد التطور للوصول إلى قدرة الخلايا الشمسية على توليد مئات الكيلوواط من الطاقة الكهروضوئية.
- في نهاية المطاف تم الوصول إلى الخلايا الشمسية في الصورة الموجودة عليها حاليًا.
كيفية صناعة ألواح الطاقة الشمسية
يمكن صنع الخلايا الشمسية ببعض الخطوات البسيطة والتي تكون نتيجتها جيدة وهي:
- يتم تخطيط نظام الألواح الشمسية وأين سيتم وضعها.
- يتم تجهيز لوحي خشبي ومسطرة ومنشار ومهدات لحام حديد.
- بعد ذلك يتم وضع الخلايا الشمسية على لوح خشبي ورسم خطوط متباعدة بعناية.
- ويتم وضع أسلاك الألواح الشمسية وتوصيلها بعناية جيدة.
- يتم لحام الأسلاك بصورة متصلة ومتسلسلة بينها وبين بعض.
- يتم لحام الجزء السالب بالموجب في النهاية بعد التوصيل.
- بعد ذلك يتم الحصول على جهد كهربي بما يعادل 12 أو 24.
- يتم التوصيل بالتوازي مع الخلايا الشمسية الموضوعة على الألواح.
- يتم توصيل الكهرباء بمصدر أو بجهاز كهربي للتأكد من عملها جيدًا.
- يمكن استخدام هذه الطاقة لتشغيل وشحن البطاريات والأجهزة المختلفة.
أهمية ضوء الشمس للإنسان
يأتي ضوء الشمس بالكثير من الفوائد لجسم الإنسان وهي كالتالي:
- يساعد ضوء الشمس على تقليل ضغط الدم، حيث يوجد مركب بالجسم وهو أكسيد النيتريك.
- وهذا المركب عند تعرض الجلد للشمس فغنه يزيد في الأوعية الدموية مما يعمل معه على تقليل ضغط الدم.
- تحفيز فيتامين د والذي له فعالية كبيرة في تكوين العظام وصلابتها.
- حيث أن تعرض الجسم لضوء الشمس في أوقاتها الغير ضارة له فضل كبير في تكون فيتامين د3.
- ويساعد نظام الجسم على امتصاص الكالسيوم والحصول على معدات جيدة منه تعطي قوة للجسم وصلابة للعظام.
- التعرض لضوء الشمس بصورة منتظمة يعطي طاقة إيجابية كبيرة لجسم الإنسان.
- ويعمل على التخفيف من حالات الاكتئاب، وبالأخص في فصول الشتاء، وذلك عن طريق تحفيز مضادات الأكسدة في الجسم.
- كما يقوم ضوء الشمس بتخفيف التعرض لمرض الزهايمر.
- حيث أن الفحوصات الطبية أثبتت أن الأشخاص الذين لا يتعرضون لضوء الشمس لديهم قابلية للإصابة بمرض الزهايمر.
- أيضا يعالج ضوء الشمس العديد من الأمراض الجلدية ويعمل على إكساب الجلد مناعة كبيرة ضد الأمراض المختلفة.
- يعطي ضوء الشمس قدرة كبيرة في علاج وحماية الجهاز المناعي للجسم والبعد عن الأمراض التي قد تصيبه.
- يعمل ضوء الشمس على حماية الجسم من الأمراض السرطانية المختلفة، وذلك عند تعرض الجلد له.
أهمية ضوء الشمس للنباتات والحيوانات
لضوء الشمس أهمية كبيرة لكل من النباتات والحيوانات المختلفة وذلك في الآتي:
- يعتبر ضوء الشمس هو أساس لحياة النباتات، حيث أنها عن طريقه تقوم بعمل التمثيل الضوئي.
- والذي يعتبر هو حركة التنفس في النباتات وإنتاج الغذاء للنمو بصورة جيدة.
- وإذا لم يتوفر ضوء الشمس فإن النباتات تذبل ولا تنمو بصورة صحيحة وتكون ضعيفة وهزيلة.
- بالنسبة للحيوان يقوم ضوء الشمس بتحفيز أجسامهم لإنتاج فيتامين د بشكل طبيعي.
- والمساهمة في زيادة كفاءة امتصاص الكالسيوم والتقليل من خطر إصابة العظام بالكسور.
- كما يعمل على تنشيط جلود الحيوانات لتجديد فرائها والطيور لصحة الريش وطرد الحشرات المختلفة التي تعيش فيه.
اقرأ أيضا: الالواح الشمسية لتوليد الكهرباء
