بشكل عام تستخدم الألواح الشمسية الخلايا الكهروضوئية لإنتاج الكهرباء، والطاقة الشمسية على عكس الوقود الأحفوري، حيث تعتبر الطاقة الشمسية مصدر طاقة متجددة، وفي نهاية المطاف سيتم استنفاد الوقود الأحفوري وهو مصدر للطاقة غير المتجددة، وسيتعين على العالم أن يتجه نحو مصادر الطاقة المتجددة مثل: الطاقة الشمسية، ومع تطور تقنيات الطاقة الشمسية الجديدة تتناقص حقاً تكاليف الألواح الشمسية بينما تزداد كفاءتها، والألواح الشمسية قادرة على تحويل ضوء الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية.
ما هي الطاقة الشمسية؟
هي عبارة عن الطاقة التي يتم الحصول عليها من خلال أشعة الشمس، ويمكننا أن نستفيد من هذه الطاقة بمجموعة من الطرق من تسخين المياه والمنازل إلى توليد الطاقة الكهربائية، والطاقة الشمسية أيضاً هي نوع من الطاقة المشعة، وقد سميت بهذا الاسم نسبة إلى الجزيئات المهتزة “المشعة” من أشعة الشمس، كما تسمى الطاقة الشمسية أحياناً بالإشعاع الشمسي لهذا السبب.
كيف يتم توليد الطاقة الشمسية؟
لتوليد الطاقة الشمسية يجب أولاً جمع الفوتونات المشعة من الشمس إلى الأرض، ثم يتم تحويل هذه الفوتونات إلى تنسيق قابل للاستخدام، ومن ثم قد يتم تسليمها إلى جهاز إلكتروني أو شبكة كهربائية، وهنا تُستخدم مصفوفات الخلايا الكهروضوئية عادةً لتجميع هذه الطاقة من الشمس وتحويلها إلى كهرباء.
كما قد يتم استخدام جهاز العاكس لتحويل هذه الكهرباء من المصفوفة الكهروضوئية إلى تنسيق يمكن استخدامه لتشغيل العديد من الأجهزة، وأخيراً يمكن توفير الطاقة للشبكة الكهربائية أو حتى مباشرة إلى المنزل أو العمل أو أي موقع آخر للاستخدام الفوري، وأيضاً تتمتع بعض الأنظمة بالقدرة على تحريك مجموعة الخلايا بحيث تظل في أفضل وضع لجمع الطاقة الشمسية.
– ولفهم كيفية توليد الطاقة الشمسية أكثر يجب علينا معرفة مكونات نظام الطاقة الشمسية والمراحل التي تمر بها:
مكونات نظام الطاقة الشمسية
المصفوفات الكهروضوئية
إن المصفوفات الكهروضوئية (PV) هي عبارة عن مجموعات من الخلايا الكهروضوئية المتصلة ببعضها البعض لتزويد طاقة أكثر مما يمكن أن توفره خلية واحدة، حيث يتم تصنيع الخلايا الكهروضوئية من السيليكون المعالج خصيصاً، والذي يتم تصنيعه بحيث يكون للمادة طرف إيجابي وطرف سلبي مما يسمح لها بنقل الكهرباء، ومن ثم يتم توصيل الخلية بعدة خلايا أخرى وذلك باستخدام موصلات معدنية، وهذه المجموعة من الخلايا تكون متصلة بإطار للدعم، مما يجمع هذه الخلايا ببعضها البعض، وأخيراً يتم توصيل هذه الوحدات معاً لإنشاء مجموعة من الخلايا ذات مخرج كهربائي واحد يمكن توصيله ببقية النظام.
العواكس
الطاقة الشمسية التي تولدها المصفوفة الكهروضوئية هي كهرباء تيار مباشر (DC)، والتي لا يمكن استخدامها من قبل بعض الأجهزة الإلكترونية أو إعادتها إلى الشبكة الكهربائية؛ لأنها تستخدم طاقة التيار المتردد (AC)، وأيضاً لا تولد معظم المصفوفات الشمسية قدراً ثابتاً من الطاقة بسبب الاختلافات في كمية الضوء التي تضرب الخلايا الكهروضوئية.
ويقوم العاكس والمحول بتصحيح هذه المشكلات عن طريق تعديل كمية ونوع الطاقة الكهربائية التي يوفرها النظام، حيث يقوم العاكس بتحويل طاقة التيار المستمر إلى طاقة تيار متردد – يمكن استخدامها بواسطة الأنظمة الكهربائية الأخرى ويضمن أن مستوى الجهد الذي يوفره النظام ثابت.
أجهزة التحكم في المصفوفة الكهروضوئية
نظراً لأن كمية الطاقة التي يتم تولدها من الخلايا الكهروضوئية ترتبط ارتباطاً مباشراً بكمية ضوء الشمس التي تصيبها فإن الناتج من نظام الطاقة الشمسية يتأثر بموضع المصفوفة الكهروضوئية فيما يتعلق بالشمس، ولتعظيم كفاءة نظام التوليد هذا يمكن استخدام جهاز تعقب الطاقة الشمسية ووحدات التحكم في هذا النظام، حيث يتتبع جهاز تعقب الطاقة الشمسية موقع الشمس باستخدام مستشعرات الضوء، ويمكن لوحدات التحكم نقل هذه المصفوفات الكهروضوئية بناءً على الإخراج من جهاز تعقب الطاقة الشمسية، مما قد يضمن توليد أكبر قدر ممكن من الطاقة الشمسية.
توصيل الطاقة الشمسية:
بمجرد تحويل كمية الكهرباء المولدة من مجموعة المصفوفات الكهروضوئية (PV) إلى تنسيق قابل للاستخدام، فإنه يمكن استخدامها لتشغيل الأجهزة الكهربائية، ويمكن أيضاً تركيب نظام توليد الطاقة الشمسية، بحيث يتم توصيل الطاقة مباشرة إلى أي أجهزة كهربائية متصلة بها أو يمكن حتى توصيلها بالتوازي مع الشبكة الكهربائية.
ولكن يوجد هناك بعض العيوب لاستخدام الألواح الشمسية لإنتاج الكهرباء، ومن أهم هذه العيوب أن كمية ضوء الشمس التي قد تصل إلى سطح الأرض غير ثابتة، حيث تعتمد كمية الطاقة التي تصل إلى سطح الأرض من خلال الشمس على الوقت من السنة واليوم وحتى الظروف الجوية، كما يصعب تخزين الطاقة الشمسية، مما يمثل تحدياً آخر، وأيضاً يجب بناء مساحات كبيرة من الألواح الشمسية لتجميع أي كمية كبيرة من الطاقة، ويعتبر هذا تحدياً آخر.
