الخلية الشمسية هى جهاز يقوم بتجميع الضوء الشمسي وتحويله مباشرة الى طاقه كهربية . وتختلف الخلايا الشمسية عن الخلايا الضوئية فى ان الاولى تقوم بتجميع الضوء الشمسي بينما الضوئية تقوم بتجميع اى ضوء من اى مصدر . ولا توجد الخلايا الشمسية كوحدات مفردة وانما توجد فى تجمعات تسمى بـ modules والغرض من تلك التجمعات هو زيادة التيار والجهد المقننين واللذان يمكن الحصول عليهم من الخلية .
[COLOR=black][FONT=Times New Roman]ويرجع هذا الى ان الخلية الواحدة تكون قيمة التيار والجهد الناتجة منها صغيرة جدا لا تكفى وحدها لادارة ابسط الاحمال .ومن هنا تنطلق الابحاث العلمية المختلفة وغرضها جميعا كيفية زيادة كفاءة الخلايا الشمسية وفى نفس الوقت تقليل تكلفة التصنيع الخاصة بها .
تركيب الخلية الشمسية
تتكون الخلايا الشمسية من العديد من اشباه الموصلات . فاشباه الموصلات هي مواد ليست جيدة التوصيل للتيار الكهربي وايضا ليست رديئة وتصبح اشباه الموصلات موصله كهربيا اذا سقط عليها الضوء سواء شمسي او من مصدر اخر . ونجد ان نسبة تزيد عن 95% من الخلايا الشمسية المستخدمة على نطاق العالم هى مصنوعه من السيليكون .
خواص الخلايا الشمسية
قيمة الجهد الناتج من الخليه الشمسية يعتمد على نوع شبه الموصل المستخدم فنجد ان فى حالة استخدام السيليكون يكون الجهد الناتج فى حدود 0.5 فولت تقريبا وهى قيمة صغيرة بالفعل وهى معتمد ة بالدرجة الاولى على الاشعاع الضوئي المعروف باسم light radiation فى حين ان شده التيار الكهربي الناتج تعتمد على زيادة الاضاءة luminosity فعلى سبيل المثال نجد ان اعلى كثافة للتيار الكهربي هى 2 امبير و تم الحصول عليها عند ما كان الاشعاع 1000 وات / متر 2 .
مراحل تطور صناعه الخلايا الشمسية
مرت الخلايا الشمسية باطوار فى عمليه التصنيع وتسمي بالاجيال ويتم التصنيف الى 3 اجيال .
الجيل الاول :
كانت الخلايا الشمسية فى الجيل الاول من اهم خواصها اتساع المساحة وارتفاع الجودة وانها تتكون من وصله ثنائية وحيدة ونجد ان نظريا كفاءة ذلك الجيل 31%. ولكن عمليا نجد ان كفاءة جميع الخلايا الشمسية لاتزيد عن 16% !!!
الجيل الثانى :
هوعبارة عن خلايا عديدة التبلر هذا بالاضافه الى ان السيليكون يتم معالجته كيميائيا قبل الاستخدام بغرض زيادة قدرته على التوصيل وفي ذلك الجيل يتم تقليل الحرارة المتولدة بداخل الخلية والتى تؤدى الى تقليل الكفاءة بصورة واضحة وايضا تم استخدام مواد اخرى مخلقه من اجل تقليل كفاءة الانتاج المرتفعة جدا لتلك الخلايا .
احد هذه المواد هو الكادميوم توليريد CdTe
الجيل الثالث:
كان الغرض منه هو تحسين الاداء الكهربي المتواضع لتلك الخلايا واستخدمت فيه تكنولوجيا معروفة باسم thin-film technologies وغرضها هو تحسين الكفاءة وابقاء التكلفة منخفضة . وتتراوح كفاءة التحويل من 30-60% نظريا
الان مع اتساع تطبيقات النانو نكنولوجى بدت الامال واضحة امام العلماء وبالفعل تم الحصول على كفاءات ممتازة مقارنة مع كل ما سبق التوصل اليه من قبل.
تطويع الخلايا للاستخدام
يتم الاستفادة من الخلايا الشمسية بتجميعها او بمعنى ادق توفيرها فى تجمعات تسمى modules وتكون تلك التجمعات موصله معا توالى وتوازى ايضا .فالتوصيل بالتوالى الغرض منه زيادة الجهد الناتج بينما التوصيل بالتوازى الغرض منه زيادة التيار الكهربي .
[SIZE=4][URL=“http://www.energymasters.com/images/faq_pics/solar_panel_and_solar_cell.gif”][/size]](http://www.solarnavigator.net/images/solar_cells_panels_array_monocrystaline.jpg)
الطاقه الناتجة من الخلايا الشمسية تقاس بالوات او الكيلووات حتى تقوم بحساب الطاقه التى تحتاجها لتغذيه حمل ما او لتطبيق معين لابد من قياس الوات- ساعه او الكيلووات – ساعه او الكيلووات- ساعه فى اليوم وهى الاكثر استخداما .
ونجد ان القدرة المتوسطة average power تساوى 20% من القدرة العظمى peak power فنجد ان الكيلووات الواحد من الطاقه العظمى peak يعادل 4.8 كيلووات ساعه لليوم الواحد (24 ساعه *1 كيلووات *20% = 4.8 كيلووات ساعه لليوم ).
ولكى تتم الاستفادة من تلك الطاقه فيتم توصيلها مع الشبكة من خلال انفرتر وذلك فى حال استخدمها بمفردها وايضا يتم استخدام نظام بطاريات لتخزين الطاقه . ويجب ان تتمتع بانظمة تحكم عاليه تتضمن مصداقيه الفصل والتوصيل مع الشبكة بمعنى ان يتم تغذيه المنزل مثلا بالطاقه الشمسية في حالة انقطاع الكهرباء مباشرة اتوماتيكيا وهذه احد اهم تطبيقات الخلايا " التجمعات " المفردة .
كيف تعمل الخلية الشمسية
هنا بعدما سبق يتوجب علينا معرفه كيف تعمل الخلايا الشمسية
يتكون ضوء الشمس من فوتونات واى ضوء يتكون من فوتونات تلك الفوتونات هيه كميه من الطاقه حينما تسقط على شبه الموصل سواء من النوع N او النوع .P
تلك الطاقه اذا كانت اكبرمن الطاقه التى تقوم ببقاء الالكترون مرتبط بالذرة بمعنى آخر اذا كانت كافيه لتحريرالالكترون فانه ينفصل من مكانه تاركا فجوة تحمل شحنه موجبه فبالتالى تكون اكثر رغبه فى جذب الالكترون من الذرة المجاورة تاركا هذا الالكترون ايضا فجوة وهكذا تظل الفجوة تتحرك من مكان الى اخر وكذلك الالكترون وهذا ما تعنيه الكهربية حركة الالكترونات من مكان لاخر وبهذا تتولد الكهرباء
هل هذا ما يحدث ؟ هل كل الفوتونات قادرة على تحرير الالكترونات ؟
سنعرف الاجابة فى المشاركات القادمة ان شاء الله
[/font][/color]