الخلايا الشمسية

الخلايا الشمسية “PhotoVoltaic cellsهي خلايا يتم منخلالها تحويل أشعة الشمس مباشرة لكهرباء ، عن طريق استخدام تقنية الحالة الصلبة Thin Film Solar Cellsolid-state technology التي تستخدم فيها خلايا مصنوعة من مواد خاصةتسمى أشباه موصلات Semiconductorsأساسها مادةالسليكون .

 

عامة تكون الموادالمكونةلهذة الخلايا إما مادة بللورية سميكة كالسيليكونالبللوريCrystalline Siliconأو مادة غير بللورية رقيقة كمادة السيلكون اللابللوريAmorphous Silicon a-Si,تعتبر طاقة الخلايا الضوئية شكلا منالطاقة المتجددة والنظيفة , لأنه لايسفر عن تشغيلها نفايات ملوثة ولا ضوضاء ولاإشعاعات ولا حتي تحتاج لوقود غير اشعة الشمس . لكن كلفتهاالابتدائية مرتفعة مقارنة بمصادر الطاقة الأخرىكما انها تولد كهرباءمستمرة (كما هو الحال في البطاريات السائلة والجافة العادية).

كيف يعمل السيلكون كخلية شمسية

يمتلك السيلكون عض الخواص الكيميائية في تركيبه البلوري.  فذرة السيليكون تحتوي على 14 الكترون موزعة على ثلاث مستويات طاقة.  مستويين الطاقة الاول والثاني الاقرب للنواة يكونان ممتلأن تماماً بالالكترونات والمستوى الثالث أو المستوى الخارجي يحتوي على 4 الكتورنات فقط اي يكون نصفه ممتلئ والنصف الاخر فارغ حيث ان المدار يكتمل بـ 8 الكترونات.  وتسعى ذرة السيليكون لان تكمل النقص في عدد الالكترونات في المستوى الخارجي ولتفعل ذلك فإنها تشارك اربع الكترونات من ذرات سيليكون مجاورة وبهذا ترتبط ذرات السيليكون بعضها البعض في شكل تركيب بلوري وهذا التركيب البلوري له فائدة كبيرة في الخلية الشمسية .

Silicon Atom

Crystalline Structure Of Silicon Atoms

ان بلورة السيليكون النقية لا توصل التيار الكهربائي بكفاءة لانه لا يوجد الكترونات حرة لتنقل التيار الكهربائي حيث ان كل الالكترونات قد قيدت في التركيب البلوري. ولهذا ولكي يتم استخدام السيليكون في الخلية الشمسية فإننا بحاجة إلى إجراء تعديل بسيط في التركيب البلوري.

التعديل البسيط هذا هو عبارة عن اضافة ذرات عناصر اخرى (تسمى عملية تطعيم او اشابةdoping) وهذه الذرات الاضافية نسميها شوائبimpurities وهي ضرورية لعمل الخلية الشمسية.

يتم اضافة ذرات الفوسفور بنسبة بسيطة جداً تصل إلى 1:1,000,000 وذرة الفوسفور تحتوي على 5 الكترونات في مدارها الخارجي ولهذا عندما تدخل الشبكة البلورية بين ذرات السيليكون ستشارك بـ 4 الكترونات ويبقى الكترون حر.

n-type silicon with phosphorus introduced

وعندما يتم تزويد السليكون النقي بالطاقة ولتكن طاقة حرارية مثلاً فان بعض الالكترونات تتحرر وتترك مكانها شاغر نسميه فجوةاو ثقب “hole. يعمل هذا الثقب على السماح للالكترون في الجوار بالانتقال اليها تاركاً فجوة اخرى وهكذا تستمر حركة الالكترونات في اتجاه وحركة الفجوات في الاتجاه المعاكس وهذه الحركة هي تيار كهربائي.  ولكن في حالة ذرات السليكون المطعمة بذرات الفوسفور يصبح الامر مختلف من ناحية ان الطاقة اللازمة لبدأ تحريك الالكترونات اقل بكثير من حالة السليكون النقي.  وتسمى اشباه الموصلات التي تطعم بذرات تحتوي على الكترونات اضافية بالنوع N-type اي النوع السالب لانه اضاف الكترون سالب للتركيب البلوري للذرات.  ولهذا يعتبر السيليكون المطعم بالفوسفور موصل افضل من السيليكون النقي.

كما هو الحال عند تطعيم الخلايا الشمسية بذرات توفر الكترونات اضافية هناك نوع اخر من التطعيم حيث تزود الخلايا بذرات لها عدد اقل من الالكترونات وتسمى المواد الناتجة عن هذا التطعيم بالنوعP-typeاي النوع الموجب.

وفي الحقيقة العملية ان الخلية الشمسية تحتوي على كلا النوعين النوع الموجب والنوع السالب.  والامر الاهم هو ما يحدث عن توصيل النوعين معاً حيث تنتقل الالكترونات الحرة في النوع السالب إلى الفجوات في النوع الموجب.

Solar Pond Principles

تركيب الخلية الشمسية

تنتقل الالكترونات في الخلية الشمسية الى الفجوات وتتحد معها ,حيث تستمر هذه العملية إلى ان تتحد كل الالكترونات مع كل الفجوات ثم تتوقفعملية الانتقال لانه يتشكل لدينا حاجز(حقل كهربائي)عند منطقة الوصل مما يمنع الالكترونات من الحركة.

هذا المجال الكهربائي يعمل عمل الثنائياو الديود diodeحيث يسمح بمرور الالكترونات من الجزء الموجب إلى الجزء السالب ولكن ليس العكس.  وبهذا يكون لدينا في كل خلية شمسية مجال كهربائي يحدد اتجاه حركة الالكترونات.

عندما يسقط الضوء المكون من فوتونات على الخلية الشمسية فإنه يعمل على تحرير الكترون وفجوة بالقرب من الحاجز حيث المجال الكهربائي فيتم تمرير هذا الالكترون في اتجاه الجزء السالب تحت تأثير المجال في حين تنتقل الفجوة إلى الجزء الموجب تحت تأثير المجال. وعندما يتم توصيل طرفي الخلية (النوع السالب والنوع الموجب) بدارة خارجية فإن هذه الالكترونات سوف تتحرك لتعود إلى موضعها الاصلي وكذلك الفجوات وهذه الحركة هي التيار الكهربائي الذي نريده.

ويتم طلي الخلية الشمسية بمواد تمنع انعكاس الفوتونات الشمسية عند سقوطها على الخلية حيث ان السليكون يشكل طبقة لامعة تعكس الضوء وهذا ما لا نريده ان يحدث. فيتم وضع طبقة رقيقة جداً على سطح شرائح السليكون لتمنع انعكاس الضوء وبعدها يتم وضع شريحة زجاجية لحماية الخلية.  وعمليا يتم ربط ما يقارب 36 خلية الشمسية على التوالي والتوازي لنحصل على فرق الجهد والتيار الكهربائي المطلوب .توضع هذه الخلايا في اطار من الزجاج لحمايته مع وضع نقطتي توصيل موجبة على السطح الامامي وسالبة على السطح الخلفي.

Solar Cell

عن الكاتب

م.محمد نور زوكار

HomepageTwitterGoogle+
م.محمد نور زوكار
مهندس طاقة كهربائية اختصاص طاقات متجددة، تخرج سنة 2010 وحاليا يقوم باتمام دراسته للماجستير في هندسة الطاقات المتجددة. شارك في عدة مؤتمرات وورش عمل عن الطاقات المتجددة وتقنياتها كان أبرزها: مؤتمر عن كفاءة الطاقة والطاقات المتجددة ضمن اطار الأسبوع البيئي السوري اﻷلماني الخامس 2010. كما شارك بورشة عمل عن تركيب ألواح الخلايا الشمسية تم فيها تركيب محطة خلايا شمسية باستطاعة 9 كيلووات في المنطقة الصناعية "الشيخ نجار". صفحة الكاتب
2 Comments - Leave a comment
  1. محمد ال جبار says:

    اشكرك على طرح هذه المعلومات المفيده في تركيبة الخلايا الكهروضوئيه

  2. قداري محمد says:

    اشكرك اخي كامل الشكر عن هذه المعلومات القيمة

Leave a comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

تابعنا
FacebookGooglePlusLinkedInTwitterRSS
النشرة البريدية

اشترك بالنشرة البريدية للرسائل الإخبارية:

شارك
استفتاءات

كيف وجدت التصميم الجديد للموقع ؟

View Results

Loading ... Loading ...