كيف يمكن استخدام الخلايا الشمسية في انتاج الكهرباء ؟

تنقسم الطاقة الشمسية الساقطة على الارض حسب القدرة على الاستفادة منها الى طاقة حرارية وطاقة ضوئية حيث يمكن الاستفادة من كل منهما بتقنيات متعددة فبينما يتم الاستفادة من الطاقة الحرارية في عمليات التجفيف وتسخين المياه فإن اشهر التقنيات التي يتم من خلالها استغلال الطاقة الضوئية هي الخلايا الكهروضوئية او الخلايا الفوتوفولتية التي تتكون من صفائح من اشباه الموصلات التي تنتج تيار كهربائي عند سقوط الضوء عليها .

تبلغ طاقة الاشعاع الشمسي الساقطة سنويا على سطح الارض اكثر من 6000 ضعف الطاقة التي يستهلكها كل العالم في السنة , ويقدر العلماء أن استغلال ربع ساعة من الاشعاع الشمسي الساقط على كل الكرة الارضية يمكن ان يكفي الارض لمدة سنة كاملة.

ظهرت الخلايا الشمسية بعد عام 1954 , وكانت اول خلية كهروضوئية تجارية من انتاج مختبرات بيل , لكن التكلفة العالية لم تسمح لها بالانتشار التجاري واقتصر استخدامها لفترة طويلة من الزمن على التطبيقات الصغيرة مثل العاب الاطفال وبعض الساعات, لكن مع تطور تصميمها وانخفاض اسعارها بدأت الخلايا الشمسية تدخل الى قطاع انتاج الكهرباء بقوة وخاصة مع التوجهات نحو مصادر الطاقة المتجددة والنظيفة, ومما زاد من انتشارها هو التنافس الكبير بين المنتجيين الاوروبين والصين وهو ما ادى الى انخفاض كبير في الاسعار في السنوات الاخيرة .

يعتقد الكثيرين ان الخلايا الكهروضوئية لا يمكن ان تعمل الا في الاجواء الحارة وهذا اعتقاد غير دقيق فالخلايا الشمسية بحاجة الى ضوء الشمس فقط وليس الى الحرارة بل ان الحرارة قد تكون سبب في خسارة بعض الطاقة الساقطة على تلك الخلايا بسبب زيادة معدلات الاشعاع.

تصنيف انظمة الخلايا الكهروضوئية

ويمكن تصنيف انظمة الخلايا الكهروضوئية وفق عدة معايير منها

نوع المادة المكونة للخلايا :

1- خلايا السيليكون وهي نوعين سليكون احادي التبلور او سيليكون متعدد التبلور وهذة الخلايا اكثر الانواع شيوعا وتستحوذ على اكثر من 80% من سوق الخلايا السمسية حاليا .
2- النحاس والانديوم كما في خلايا الطبقات الرقيقة وتأتي في المرتبة الثانية من حيث الاستخدام.
3- الليثيوم وبعض المواد العضوية ومعظم هذة المواد يتم تجريبها حاليا في عدة مختبرات حول العالم.

حركة النظام :

1- النظام الثابت : يستخدم في الحقول الشمسية الواسعة ويتم احتساب زاوية التثبيت من خلال بعد النظام عن خط الاستواء مع امكانية تغيير الزاوية مع الارض 10 درجات خلال فصل الشتاء
2- النظام المتحرك : ويعتمد على نظام الكتروني لتتبع حركة الشمس يسمى المتتبع الشمسي.

 اتصال النظام بالشبكة

اذ يمكن ان يكون النظام متصلاً بالشبكة ويسمى (ON grid) او يكون مستقل بذاته ويسمى (OFF grid) وفي هذة الحالة فأننا نحتاج الى بطاريات للتخزين وهذة تزيد تكلفة النظام من ناحية وتزيد من نفقات الصيانة له بإعتبار ان صلاحية معظم البطارية قصيرة نسبياً مقارنة بعمر النظام .

ولعل نوع المادة التي تصنع منها الخلية الشمسية من العوامل المهمة التي تؤثر في مدى فاعلية تلك الخلايا لكن على مستوى الاستخدام والتركيب فإن نوع المادة لايؤخذ غالبا في الاعتبار وذلك لأن اكثر انواع الخلايا شيوعا هي المصنوعة من السليكون وما زالت هي المفضلة لدى كثير من الشركات العاملة في هذة المجال , ففي العادة يتم التركيز على اختيار موقع التركيب واحتساب زاوية التركيب كان النظام ثابتاً وكذلك اجراءات ايصاله بالشبكة ان كان هناك امكانية لذلك.

نظام توليد الكهرباء بالخلايا الشمسية التقليدي

ويتكون نظام توليد الكهرباء بالخلايا الشمسية التقليدي غير المرتبط بالشبكة العامة من الاقسام التالية :

1- الالواح الشمسية : ويتكون من عدد كبير من الخلايا الشمسية المرتبة بحيث تعطي تيارا ثابتا , وتتكون الخلية السمسية من طبقتين من السيليكون الذي تتأثر ذراته بالاشعاع الضوئي فتتحرك الالكترونات الحرة في ذرة مكونة تيارا كهربائية يكمن تجميعه عن طريق ايصال كل خلية بسلكين .

2- منظم شحن البطاريات : ويعمل على حماية البطارية في حال ازدياد التيار المنتج من الالواح الشمسية عن الحد المسموح به وهذا يؤدي الى تسريع عملية الشحن وسرعة تلف البطاريات.

3- جهاز تحويل التيار ويلزم لتحويل التيار من تيار مباشر الى تيار متردد

4- البطاريات ويتم عادة اختيار بطاريات ذات نوعية ممتازة وكفاءة عالية لضمان استمرارية عملها اطول فترة ممكنة .

وفي حال تم اختيار ايصال نظام الخلايا بالشبكة يتم الاستغناء عن البطاريات فيما يضاف منظم للاتصال بالشبكة كذلك فإنه يجب ان تكون امكانات الشبكة الكهربائية العامة تسمح بإستقبال الطاقة على طول خط امتدادها.

الخلايا الشمسية هي اكثر انظمة الطاقة المتجددة نمواً في الوقت الحالي ويرجع ذلك الى التطور الكبير في عمليات تصنيعها والتنافس العالمي هذا فضلا عن كونها غير ضارة بالبيئة ولا تنتج اي نوع من النفايات عند الاستعمال وتصميم اللالواح جعل منها سهلة التركيب والاستعمال كذلك اماكنية بيع ما ينتجه النظام المنزلي لشركة تزويد الكهرباء زاد من اقبال الناس عليها في كثير من الدول.

مصدر الصورة : Copyright: sellingpix / 123RF Stock Photo