الألواح الشمسية

ما هي الألواح الشمسية؟

عندما نتحدث عن أكثر مصادر الطاقة وفرة في العالم فسرعان ما تتبادر الشمس إلى الذهن، يقدر عمر الشمس بأكثر من 4.5 مليار سنة إلى جانب 5 مليارات سنة أخرى من وقود الهيدروجين ليحترق خلال حياتها، هذا تعريف مثالي لمورد طاقة متجددة لن ينضب في أي وقت.
تعد الطاقة الشمسية مفيدة إلى حد كبير، حيث يمكن استخدامها دون إطلاق غازات الدفيئة أو المنتجات الثانوية الخطرة، يمكن استخدام طاقة الشمس مباشرة للتدفئة والتبريد والإضاءة ويمكن أيضًا تحويلها إلى كهرباء لتشغيل أي شيء بدءًا من المنازل والمباني التجارية والعمليات الصناعية، في الواقع يتوقع العلماء أن تكون طاقة الشمس أكبر مصدر للكهرباء بحلول عام 2050.
الألواح الشمسية: هي عبارة عن أجهزة مصممة خصيصًا تستفيد من طاقة الشمس وتحولها إلى كهرباء، وهي تتكون من وحدات أصغر تُعرف بالخلايا الشمسية أو الخلايا الكهروضوئية، الخلايا الشمسية هي المكونات الرئيسية المسؤولة عن تحويل طاقة الشمس إلى كهرباء.
غالبية الألواح الشمسية (80٪) مصنوعة من السيليكون البلوري، حيث تشمل الأمثلة على الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري: أحادي البلورية ومتعدد البلورات وسيليكون غير متبلور وهجينة، يتم وضعها عادةً على أسطح المنازل أو تثبيتها في أماكن مفتوحة لضمان أقصى وصول لأشعة الشمس.
نسبة (20٪) المتبقية من الألواح الشمسية يشمل بشكل أساسي الخلايا الشمسية المصنوعة من تيلورايد الكادميوم بما في ذلك كمية صغيرة ولكنها سريعة النمو من CIGS، يذهب الناس إلى الألواح الشمسية من الكادميوم تيلورايد؛ لأنها رخيصة الثمن إلى حد ما، حيث يمكن تصنيعها في صفائح مفردة كبيرة.
بعد التطوير يتم دائمًا إغلاق الألواح الشمسية تمامًا لعزلها عن الظروف المناخية القاسية، يتم لفها لاحقًا بزجاج غير عاكس لتثبيتها من التلف الخارجي ووضعها بعناية في إطار صلب، تم تصميم الإطار خصيصًا لمنع التشوه الناتج عن الطقس المتجمد والرياح القوية، يأتي الإطار أيضًا مع فتحة تصريف لتخفيف تراكم الماء على الألواح، حيث يمكن أن يؤدي تراكم المياه إلى تقليل الإنتاج بشكل كبير.

كيف تعمل الألواح الشمسية؟

في الخلية الشمسية يتم ضغط السيليكون البلوري بين الطبقات الموصلة، تقترن كل ذرة سيليكون بجيرانها بأربعة روابط قوية والتي تحافظ على الإلكترونات في مكانها مما يمنع التيار من التدفق، التفسير الأساسي هو أن السيليكون يستخدم طبقتين مميزتين من السيليكون؛ السيليكون من النوع N والذي يتكون من إلكترونات إضافية وسيليكون من النوع P والذي يتكون من مساحات إضافية للإلكترون تُعرف بالثقوب، تسمح المنطقة التي يلتقي فيها نوعان من السيليكون والتي تسمى تقاطع PN للإلكترونات بالتجول عبرها مما يخلق شحنة موجبة على جانب وشحنة سالبة على الجانب الآخر.
تحمل أشعة الشمس عددًا كبيرًا من الفوتونات وعندما يضرب فوتون واحد خلية السيليكون بطاقة كافية يمكنه أن يزيل إلكترونًا عن السندات تاركًا وراءه ثقبًا، يتمتع الإلكترون سالب الشحنة بالإضافة إلى موقع الثقب الموجب الشحنة بحرية التجول، ومع ذلك بسبب المجال الكهربائي عند تقاطع PN فإنهم سيذهبون في اتجاه واحد فقط.
يتم سحب الفتحة إلى الجانب P بينما يتم سحب الإلكترونات إلى الجانب N، ومن ثم يتم جمع الإلكترونات المتحركة باستخدام أصابع معدنية رفيعة تقع في الجزء العلوي من الخلية، من هناك يُسمح لهم بالتدفق عبر دائرة خارجية تؤدي وظائف كهربائية مثل تشغيل لمبة قبل أن تتدفق مرة أخرى عبر لوح من الألومنيوم الموجود في الخلف.

فوائد الألواح الشمسية:

تم تصميم الألواح الشمسية لتسخير طاقة الشمس وتحويلها إلى كهرباء لتزويد المنازل والشركات بالطاقة، تتحول الطاقة الشمسية بسرعة إلى مصدر طاقة منخفض التكلفة وصديق للبيئة وشائع، أظهرت الأبحاث التي أجريت مؤخرًا أن فواتير الكهرباء قد زادت في السنوات الأربع الماضية، إضافةً إلى تكلفة المعيشة، ومدي فهم لماذا يلجأ الكثير من الناس إلى استخدام الطاقة الشمسية، فيما يلي فوائد التحول إلى الألواح الشمسية كوسيلة لتوليد الكهرباء:

• الاستفادة من الائتمان الضريبي والتخفيضات: تقدم بعض البلدان مثل الولايات المتحدة للأفراد الذين يقومون بتثبيت ائتمانات وخصومات ضريبية على الألواح الشمسية، وهذا يعني أننا مستعدون لتلقي 30٪ من التكلفة الإجمالية للوحة الشمسية وتكلفة التركيب كائتمان ضريبي فيدرالي عندما يحين وقت تقديم الضرائب.
  لذلك عندما نقوم بتثبيت لوحة شمسية بقيمة 25 ألف دولار سنوفر 7500 دولار، يجب علينا ايضاً تتضمين الحسومات المحلية والولائية بالإضافة إلى ائتمانات الطاقة الشمسية المتجددة، ويمكننا خفض التكلفة الإجمالية بمقدار النصف. 
  
• استرجاع فواتير الخدمات من اليوم الأول: عندما نحسب فواتير الطاقة السنوية الخاصة بنا سنصدم إذا وجدنا أنها بآلاف الدولارات، في المتوسط يستهلك الفرد سنوياً طاقة بقيمة 3050 دولارًا، يمكن أن يؤدي استخدام الألواح الشمسية لتوليد الكهرباء إلى استعادة هذه التكاليف بشكل كبير، كما أنها توفر مدخرات طويلة الأجل، حيث يتم تسخير طاقة الشمس مجانًا.
  
• جيد للطبيعة الأم: طاقة الشمس نظيفة ونقية، يساعد تركيب الألواح الشمسية في منازلنا أو مقر عمنا أو مجمعاتنا الصناعية في مكافحة انبعاث غازات الدفيئة ويقلل من الاعتماد المفرط على الوقود الأحفوري، من المعروف أن الأشكال التقليدية للكهرباء يتم توليدها باستخدام الوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي، ينبعث من هذا الوقود الكثير من غازات الدفيئة عند حرقه لإنتاج الكهرباء، غازات الاحتباس الحراري هي رئيس أسباب تلوث الهواء وظاهرة الاحتباس الحراري.
  
• طاقة الشمس متجددة: مصادر الطاقة المتجددة لا تنتهي أبدًا مما يعني أنها ستستخدم حتى نهاية الوقت، الطاقة الشمسية هي مصدر للطاقة المتجددة لأن الشمس ستستمر في السطوع حتى نهاية حياتنا، ومن ناحية أخرى فإن الوقود الأحفوري غير متجدد، مما يعني أنه من المتوقع أن ينفد في الخمسين عامًا القادمة أو نحو ذلك.
  لذا فإن تركيب الألواح الشمسية يعني أننا سنستمتع بالكهرباء حتى ينتهي وقتنا على الأرض، التكلفة الوحيدة التي ستتكبدها هي الصيانة والتي قد تستغرق سنوات.
  
• محرك التنمية الاقتصادية: لقد أثبتت الطاقة الشمسية أنها مورد لا يصدق للتنمية الاقتصادية، على سبيل المثال في عام 2014 ولدت صناعة الطاقة الشمسية في الولايات المتحدة أكثر من 17000 وظيفة متجاوزة المعدل الاقتصادي الإجمالي بنسبة 20٪، في نفس العام شهدت الدولة إنشاء 6000 شركة للطاقة الشمسية في 50 ولاية، يساهم هذا التطور بحوالي 15 مليار دولار في الاقتصاد الأمريكي كل عام.
  
• يزيد من قيمة الممتلكات: يمكن أن يؤدي تركيب الألواح الشمسية في منازلنا إلى زيادة قيمة المنزل 3 أضعاف، مع تزايد عدد الأشخاص الذين يتطلعون إلى خفض فواتير الطاقة والعيش بأسلوب حياة صديق للبيئة أصبحت المنازل التي تحتوي على الألواح الشمسية مغناطيسًا هذه الأيام، هذا يعني أننا عندما ننوي بيع منازلنا في المستقبل سنحصل على عائد استثمار مذهل.
  
• يقضي على تكاليف الصيانة غير العادية: تتطلب الألواح الشمسية القليل من الصيانة، حيث يمكننا استخدامها لسنوات قبل أن تتطور إلى خلل، هذا لأنه تم تطويرها مع ضمانات بما في ذلك إحكام إغلاق السطح بشكل كامل للتخفيف من آثار الطقس، كما أنها مغلفة بالكامل بزجاج غير عاكس لمنع الأضرار الخارجية والظروف المناخية القاسية.
  
• يقينا من انقطاع التيار الكهربائي: سيؤدي تركيب الألواح الشمسية إلى حمايتنا من الانقطاعات المزعجة للطاقة المرتبطة بالأشكال التقليدية للكهرباء، عندما تنقطع الطاقة التقليدية ستبقينا الطاقة الشمسية مستمرة، حيث يمكنننا توفير الطاقة لاستخدامها لاحقًا.
  
• يقدم مجموعة واسعة من الاستخدامات: يمكن استخدام الطاقة المستخرجة من الشمس باستخدام الألواح الشمسية مباشرة لتدفئة المنازل وتوفير الماء الساخن للاستحمام والتنظيف وغيرها من الأعمال المنزلية، يمكن أيضًا تحويل الطاقة إلى كهرباء لإضاءة المنازل وأجهزة الطاقة والعمليات التجارية والصناعية.
  
• يقلل الاعتماد المفرط على الوقود الأحفوري الأجنبي: تعتمد معظم الدول النامية بشكل كبير على الوقود الأحفوري مثل النفط والغاز والفحم لتلبية احتياجاتها من الطاقة، عندما تندلع النزاعات أو تنخفض الإمدادات يحدث نقص وترتفع الأسعار بشكل كبير ويمكن أن يؤثر هذا على اقتصادات هذه البلدان، سيساعد تركيب المزيد من الألواح الشمسية في التخفيف من هذه المشكلة.