تحويل الطاقة الشمسية إلى كهربائية وكذلك تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية، كما سنوضح أنواع الخلايا الشمسية، وكذلك سنتحدث عن الطاقة الشمسية بديل الكهرباء، وكل هذا من خلال مقالنا هذا تابعونا.
تحويل الطاقة الشمسية إلى كهربائية
يمكن تحويل الطاقة الشمسية إلى كهربائية من خلال:
1- الخلايا الشمسية:
يمكن استخدام الخلايا الكهروضوئية (PV)، أو الخلايا الشمسية، من أجل توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية، حيث تقوم هذه الخلايا بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء مباشرةً، وغالباً ما تُستخدم الأنظمة الكهروضوئية في المواقع البعيدة التي لا تتصل بشبكات الكهرباء، كما وتستخدم في تشغيل الساعات، والآلات الحاسبة، وإشارات الطرق المضيئة، حيث تُصنع هذه الخلايا الشمسية من مواد تمتلك تأثيراً ضوئياً، فعندما تضرب أشعة الشمس الخلية الضوئية، فإن الفوتونات الخفيفة فيها تعمل على تحفيز الإلكترونات داخل الخلية، مما يحثها على البدء في التدفق، وإنتاج الكهرباء.
2- محطات الطاقة الشمسية:
يمكن توليد الكهرباء بشكل غير مباشر باستخدام الحرارة من الطاقة الشمسية في هذه المحطات، حيث يتم استخدام المجمعات الحرارية لتسخين سائل من أجل إنتاج البخار المُستخدم في مولد الطاقة، وتنتشر محطات الطاقة الشمسية في عدد من دول العالم.
تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية
يُمكن أن تتحول الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية من خلال عملية البناء الضوئي في النبات، حيث إن أوراق النبات تَمتص الأشعة الشمسية من أجل بناء السُّكريات البسيطة وتخزين الطاقة مما يساعد على نموها، إذ عندما يأكل الإنسان النبات يتم نقل الطاقة الكيميائية المُخزنة من النبات إلى جسمه، حيث يزوده بالطاقة للقيام بجميع عمليات حياته كالنمو، والحركة، والتنفس، والتحدث، وغيرها.
أنواع الخلايا الشمسية
1- خلايا شمسية سيليكونية أحادية البلورة:
صُنعت الخلايا الشمسية في البداية من السيليكون أحادي البلورية، ممّا يعني أنّها كانت مُصنّعة من السيليكون النقي، ومن الجدير بالذكر أنّ عملية تصنيعها تبدأ بسحب بلورة بذرية من كتلة من السيليكون المصهور بهدف الحصول على سبيكة أسطوانية في بناء بلوري واحد متصل، بعدها تُقصّ البلورات إلى رقائق، ومن ثمّ تُصقل لبناء وصلة الموجب والسالب التي تُسمّى (بالإنجليزية: p-n Junction)، ثمّ تُطلى فيما بعد بطبقة مضادة للانعكاس، وأخيراً تُجمّع لتكوّن الخلية الشمسية، ويُشار إلى أنّ هذه الخلايا تمتاز بكفاءة عالية لكنّ عملية تصنيعها بطيئة وطويلة، ممّا يجعلها ذات سعر مرتفع مقارنةً بالأنواع الأخرى.
2- خلايا شمسية سيليكونية متعددة البلورات:
تُصنّع خلايا السيليكون الشمسية متعددة البلورات من سبائك سيليكونية مُربّعة الشكل، وتتمّ عملية تصنيعها من خلال تبريد السيليكون المصهور وصبّه في كتل مُقسّمة إلى ألواح رفيعة، وينتُج عن تصلّبها خلايا تحتوي على العديد من البلورات، ومن الجدير بالذكر أنّ سطح هذه الخلايا يكون أقلّ فعاليةً في امتصاص أشعة الشمس مُقارنةً بسطح الخلايا السيليكونية أحادية البلورة، وبالتالي فإنّها تُنتج كميةً أقلّ من الطاقة الكهربائية، ولتعويض ذلك يكون حجمها أكبر من الخلايا الأخرى، ممّا يعني حاجتها لمساحة أكبر، لكنّ ذلك لا يُلغي أنّ عملية تصنيعها أسهل وسعرها أقلّ.
3- الخلايا الشمسية الرقيقة:
تُحوّل الخلايا الشمسية الرقيقة الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية من خلال التأثير الكهروضوئي، وتتكوّن من طبقات مادة لها قدرة عالية على امتصاص فوتونات الضوء مُثّبتةً فوق ركيزة مرنة، ومن الجدير بالذكر أنّها قُدّمت للعالم في السبعينيات من قِبل باحثين في قسم الطاقة في جامعة ديلاوير في الولايات المتحدة الأمريكية، ومن ثمّ تطوّرت هذه التكنولوجيا تِباعاً حتّى وصلت للشكل الموجود اليوم، والذي يُستخدم بشكل واسع بسبب انخفاض سعرها وكفاءتها الجيدة.
4- الخلايا الشمسية ذات الكفاءة العالية:
طُوِّرت الخلايا الشمسية بسبب الحاجة لخلايا شمسية ذات كفاءة أعلى، لكنّ تكاليف صناعتها والمواد اللازمة لذلك تسبّبت في جعل انتشارها محدوداً حتّى اللحظة، ومن أنواعها، خلايا زرنيخيد الغاليوم، وتُعد مادة زرنيخيد الغاليوم من المواد شبه الموصلة المشهورة في عالم الخلايا الشمسية، حيث يُمكن لكفاءتها أن تصل حتّى 30%، إذ تمتاز بخصائص كهربائية جيدة، بالإضافة إلى مقاومتها للحرارة.
والخلايا الشمسية متعددة الوصلات، ويتمّ تطوير الخلايا الشمسية بشكل متسارع، وتُعدّ الخلايا الشمسية مُتعدّدة الوصلات تكنولوجيا حديثة قد ترفع من كفاءة الخلايا الشمسية في المستقبل لِما تملكه من قدرة على امتصاص أطوال موجية مختلفة من الإشعاع الشمسي باستخدام طبقات متعددة، ممّا يجعلها أكثر كفاءة من الخلايا أحادية الوصلة.
5- الخلايا التكنولوجية المُستجدة:
يُمكن استخدام العديد من المواد للاستفادة من الإشعاع الشمسي في توليد الطاقة كما هو الحال عند استخدام المواد العضوية في خلايا بيروفسكايت الشمسية (بالإنجليزية: Perovskite solar cells) ذات البناء البلوري المُحدّد، كما تحتوي هذه الخلايا على العديد من المواد، مثل الكلور، والبروم، واليود، والرصاص، وهي رخيصة نسبياً وذات كفاءة عالية، لكنّها محدودة الاستخدام بسبب قصر عمرها، ويُشار إلى وجود أنواع أخرى من الخلايا، ومنها، الخلايا الشمسية العضوية، وتتكوّن من طبقات مبلمرة ذات كفاءة وانتشار محدودَين بالرغم من رخص ثمنها.
والخلايا الشمسية الصبغية، تُصنع من ثنائي أكسيد التيتانيوم، وتغلّف بطبقة رقيقة جداً من المُحسّسات، حيث تعتمد على تكنولوجيا النانو في التصنيع، ومن الجدير بالذكر أنّها لا تزال تحت الفحص المخبري التجريبي بالرغم من كفاءتها العالية نظرياً.
الطاقة الشمسية بديل الكهرباء
تعتبر الطاقة الشمسية رخيصة ونظيفة ومتوفرة حيث تشرق الشمس، وبالنسبة إلى حماية المناخ تعد الطاقة الشمسية وسيلة جيدة فهي تنتج بشكل رخيص بدون ثاني أوكسيد الكاربون، وحسب التوقعات فإن الطاقة الشمسية ستغطي أكثر من 30 في المائة من الاحتياج العالمي للكهرباء.
يتم إنتاج الطاقة الشمسية باستخدام تقنية الفولتوضوئية التي تمتص حرارة الشمس وتحولها إلى طاقة كهربائية، ويتم تجميع الطاقة ونقلها من أجل استخدامها كمصدر للتيار الكهربائي الذي يستخدم بدوره للأغراض الصناعية والمنزلية، وقد أصبح تخزينها في بطاريات كبيرة لتشغيل أبنية ومؤسسات أمراً مألوفاً.
