ما هي الخلايا الشمسية
لطالما كانت مصادر الطاقة الأسباب الأساسية للحروب في عالمنا فامتلاكها يعني الاكتفاء الذاتي للدولة؛ و كل الدول لديها قلقٌ حيال نفاذ مصادر الطاقة التي لديها والتي هي بشكلٍ رئيسيٍّ البترول، لذلك أصبح التوجه هو الحفاظ على الثروة النفطية واستخدام مصادر الطاقة الطبيعية مثل طاقة الخلايا الشمسية وحركة الرياح والمياه.
فالشمس عبارةً عن مفاعلٍ نوويٍّ كبيرٍ يجب استثمار الطاقة الهائلة التي ترسل عبر أشعته يوميًّا، ويتم ذلك عبر استخدام خلايا شمسية تحول هذه الطاقة الضوئية إلى طاقةٍ كهربائيةٍ، ولكن ما هي الخلايا الشمسية؟.
ما هي الخلايا الشمسية
يطلق عليها أيضًا الخلايا الكهرضوئية نسبةً إلى عملها في تحويل الضوء إلى كهرباء، وهي عبارةٌ عن أشباه موصلاتٍ سيليكونيةٍ تقوم باستقبال أشعة الشمس وتحولها إلى طاقةٍ كهربائيةٍ.
يتم تجميعها في مجموعاتٍ كبيرةٍ يطلق عليها اسم الألواح الشمسية التي تكون بلونٍ أزرق داكنٍ أو أسود، و تزداد كمية الطاقة الكهربائية التي توفرها بازدياد عدد الخلايا الشمسية التي تتكون منها.
كيف تصنع الخلايا الشمسية
يتم تصنيع الخلايا الشمسية أحادية البلورة على عدة مراحلَ وهي:
- تنقية السيليكون: يتم ذلك بهدف الحصول على السيليكون النقي قدر الإمكان والذي تبلغ نسبة شوائبه 1 % كحدٍّ أقصى، وكلما قلت نسبة الشوائب كان ذلك أفضل بالنسبة لهذه الصناعة.
- صنع بلورات السليكون: تصنع الخلايا الشمسية من مكورات السيليكون، والطريقة الأكثر شيوعًا لتشكيل هذه المكورات هي طريقة Czochralski؛ حيث يتم بفضل هذه الطريقة إنتاج قوالب سليكون أسطوانية نقية تمامًا من الشوائب.
- صناعة رقائق السيليكون: يتم ذلك بتقطيع قوالب السيليكون السابقة إلى رقاقاتٍ بأشكالٍ مستطيلةٍ أو سداسية الأضلاع باستخدام منشارٍ دائريٍّ.
- التنشيط: أي إضافة المواد المنشطة إلى رقاقات السيليكون وغالبًا يتم استخدام معدن البورون لهذا الغرض.
- وضع الموصلات الكهربائية: وذلك لتوصيل الخلايا الشمسية ببعضها وبمخرج التيار الناتج، يجب أن تكون هذه الموصلات رقيقةً قدر الإمكان كي لا تحجب ولو جزءً صغيرًا من أشعة الشمس الواردة، وغالبًا يستخدم النحاس المطلي بالقصدير لهذا الغرض.
- طلاء المادة المضادة للانعكاس: يعكس السيليكون ما يقارب 35% من أشعة الشمس الواردة، بينما المطلوب هو امتصاص هذه الأشعة؛ لذلك يتم استخدام المواد المضادة للانعكاس لهذا الغرض.
- تغليف الخلية الشمسية: يمكن اعتبار الخلية الشمسية جاهزةً الآن كل ما تبقى هو تغليفها بالمطاط السيليكوني، ووضعها ضمن إطارٍ من الألمنيوم ذو غطاءٍ زجاجيٍّ.
أنواع الخلايا الشمسية
هناك العديد من الطرق لتصنيع الخلايا الشمسية وبناءً على ذلك توجد أنواعٌ مختلفةٌ من هذه الخلايا، تقوم جميعها بالوظيفة ذاتها وهي تحويل الضوء إلى كهرباء، ولكن تختلف بين بعضها في الكفاءة والتكلفة وبعض التفاصيل، وأهم أنواع هذه الخلايا:
- خلايا شمسية وحيدة البلورة: هذا النوع نقيٌّ بدرجةٍ كبيرةٍ، والأكثر كفاءةً بين أنواع الخلايا الشمسية، فهو ينتج من بلورةٍ واحدةٍ وبالتالي يكون ذا نموذجٍ جزيئيٍّ واحد، ويكون له مظهرٌ مميزٌ، تبلغ كفاءة هذا النوع حوالي 16%، إلَّا أنه مكلفٌ للغاية.
- خلايا شمسية متعددة البلورات: يتم تصنيع هذا النوع من الخلايا بصهر السيليكون وصبه في قوالبَ خاصة لإعطائه الشكل المطلوب، وهذه العملية سينتج عنها نموذجٌ عديد البلورات ذات اتجاهاتٍ وأشكالٍ مختلفةٍ، تبلغ كفاءته من 9% إلى 13%، وتكلفته متوسطة مما يجعله مناسبًا للاستخدام التجاري.
- خلايا شمسية غير متبلورة: تعتبر أقل الأنواع من حيث الكفاءة التي تتراوح بين 3% إلى 6% والتكلفة البسيطة، وذلك بسبب طريقة تصنيعها السهلة نسبيًّا؛ حيث يتم ترسيب السيليكون على أسطحٍ زجاجيةٍ أو بلاستيكيةٍ، ليتم تشكيل الخلايا الشمسية.
الاستخدامات
يشهد استخدام الطاقة الشمسية نموًّا سريعًا بشكلٍ كبيرٍ، حيث توجد العديد من المجالات التي تعتمد على الطاقة الشمسية بشكلٍ أساسيٍّ كاستخدامها في التدفئة المنزلية، تسخين المياه، شحن البطاريات وغير ذلك؛ حيث يتم التعامل بشكلٍ مع هذا المصدر النظيف للطاقة المتجددة، وتتجه الحكومات لبناء محطاتٍ كبيرةٍ لتوظيف الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء، وفي المستقبل ستصبح المصدر الرئيسي للطاقة بدون منافسٍ..