كيف تنتج الألواح الشمسية الكهرباء؟

بشكل عام قد تستخدم الألواح الشمسية الخلايا الكهروضوئية لإنتاج الكهرباء، وعلى عكس مصادر الطاقة غير التقليدية مثل: الوقود الأحفوري (الفحم والغاز والنفط الخام) تعد الطاقة الشمسية بإنها مصدر طاقة متجددة بلا حدود، وفي نهاية المطاف سيتم استنفاد الوقود الأحفوري، وهو مصدر للطاقة غير المتجددة، وهنا سوف يتعين على العالم أن يتجه فعلاً نحو مصادر الطاقة المتجددة مثل: الطاقة الشمسية، ومع تطور تقنيات الطاقة الشمسية الجديدة قد تتناقص تكاليف الألواح الشمسية بينما تزداد كفاءتها، وأيضاً إن الألواح الشمسية قادرة حقاً على تحويل ضوء الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية.

ما هي الألواح الشمسية؟

بكلمات بسيطة إن الألواح الشمسية هي: عبارة عن أجهزة يوجد داخلها العديد من الخلايا الشمسية (الخلايا الكهروضوئية)، وعادةً ما تُستخدم هذه الخلايا الشمسية لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، ويتم صنع هذه الخلايا الشمسية من السيليكون، كما أنه يوجد هناك ثلاثة أنواع من الألواح الشمسية وهم: الألواح الشمسية أحادية البلورية ومتعددة الكريستالات وألواح شمسية رقيقة، وإن كل نوع من هذه الخلايا الشمسية مصنوع بطريقة فريدة ولها مظهر جمالي مختلف، وأيضاً لا تحتوي هذه الألواح على أجزاء متحركة، مما قد يمنحها ميزة عدم التعطل، حيث أنها قد تعمل لمدة تتراوح من حوالي 20 إلى 25 عام أو أكثر.

كيف تنتج الألواح الشمسية الكهرباء؟

يتم إنتاج الكهرباء من الألواح الشمسية عن طريق الخلايا الكهروضوئية، حيث قد تقع هذه الخلايا الكهروضوئية بين طبقات من المواد شبه الموصلة، وعادةً ما قد تكون من السيليكون، وعندما تضرب فوتونات الشمس هذه الخلايا يتم إطلاق بعض الإلكترونات من خلال الخلايا الكهروضوئية، وقد تنتقل الإلكترونات نحو سطح الخلايا الكهروضوئية، مما قد يؤدي إلى عدم توازن الشحنة بين السطح الخلفي والأمامي للخلايا، وهذا بدوره قد يخلق جهداً محتملاً مشابهاً للأطراف المقابلة للبطاريات، وأخيراً إذا تم توصيل هذين السطحين عبر حمل خارجي فإنه يتم إنشاء الكهرباء.

ولضمان تعرض الألواح الشمسية لكميات كبيرة من الضوء فإنه من الأفضل تركيبها: على سطح يكون مواجه نحو الجنوب، على الرغم من أن الأسطح المواجهة للشرق والغرب مناسبة أيضاً، كما يجب أن تنحرف الألواح الشمسية بزاوية تتراوح بين حوالي 10 و50 درجة مع زاوية الجلوس المثلى بين 30 و40 درجة، وأيضاً فإنه يجب علينا التأكد من عدم وجود مبانٍ أو أشجار قريبة يمكن أن تترك الألواح في الظل.

وعادةً ما قد يتم تثبيت الألواح الشمسية على أسطح المنازل، إلى جانب انه يمكن تركيبها أيضاً على كل من الأرض أو حتى يمكننا تركيب البلاط الشمسي، وأن أنظمة البلاط الشمسي هي أقل فعالية من ناحية التكلفة، حيث أنها قد تكلف ضعف تكلفة نظام الألواح، وأخيراً عند تركيب الألواح الشمسية سيتم تركيب عاكس كذلك لتحويل الكهرباء المولدة من تيار مباشر (DC) إلى تيار متناوب (AC) والذي تستخدمه معظم الأجهزة المنزلية.

ما هي استخدامات الكهرباء المنتجة من الألواح الشمسية؟

إن الخلايا الشمسية هي أرخص وسيلة لتوليد الكهرباء، حيث أنها أرخص من الفحم ومحطات الطاقة النووية، وهذا هو السبب في أن الخلايا الشمسية يتم تركيبها في جميع أنحاء العالم أسرع بحوالي خمس مرات من محطات توليد الطاقة بالفحم و20 مرة من محطات الطاقة النووية، لذلك فإنه في العديد من دول العالم قد تكون جميع محطات الطاقة الجديدة تقريباً محطات طاقة شمسية، حيث يمكن استخدام كهرباء الطاقة الشمسية لتشغيل السيارات الكهربائية بدلاً من تلوث سيارات البنزين، كما يمكن أيضاً للكهرباء الشمسية تسخين المنازل وتبريده، بالإضافة إلى استخدامها في الصناعة بدلاً من الفحم والغاز الطبيعي.

وإحدى مزايا استخدام الألواح الشمسية لإنتاج الكهرباء هي أن المولدات الميكانيكية الضخمة ليست ضرورية لإنتاج الكهرباء، وعلى العكس من ذلك عند استخدام الوقود الأحفوري يوجد هناك حاجة إلى مولدات كبيرة، وإن أنظمة الألواح الشمسية سهلة التركيب أيضاً بسرعة (يمكن أن تختلف في الحجم)، والفائدة الرئيسية لاستخدام الألواح الشمسية لإنتاج الكهرباء هي: أن الطاقة يتم إنتاجها دون إطلاق انبعاثات الكربون في الغلاف الجوي.

ولكن أحد عيوب استخدام الألواح الشمسية لإنتاج الكهرباء هو: أن كمية أشعة ضوء الشمس التي تصل إلى الأرض تكون غير مستقرة (غير ثابتة)، حيث قد تعتمد كمية الطاقة التي يتم توصيلها إلى سطح الأرض من خلال ضوء الشمس على الوقت من السنة واليوم والظروف الجوية، كما يصعب تخزين الطاقة الشمسية، مما قد يمثل تحدياً آخر، وأيضاً عيب آخر هو أنه يجب بناء مساحات كبيرة جداً من الألواح الشمسية لتجميع كميات كبيرة من الطاقة.