مبادئ ومكونات توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية

الطاقة الكهروضوئيةالتوليد عبارة عن تقنية تقوم بتحويل ضوء الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية بناءً على مبدأ التأثير الكهروضوئي.

يتكون النظام الكهروضوئي من المكونات الهامة التالية

1. الألواح الشمسية (الوحدات): هذا هو الجزء الأساسي من النظام الكهروضوئي، ويتكون عادة من مونومرات متعددة للخلايا الشمسية. تستخدم مونومرات الخلايا الشمسية التأثير الكهروضوئي لتحويل طاقة ضوء الشمس المستقبلة مباشرة إلى طاقة كهربائية.

خلايا السيليكون الشمسية البلورية: هذا هو النوع الأكثر شيوعًا من الخلايا الشمسية، ويتكون من رقاقة سيليكون بلورية مع خطوط شبكية معدنية على السطح العلوي وطبقة معدنية على السطح السفلي. عادةً ما يتم تغطية الجزء العلوي من الخلية بطبقة مضادة للانعكاس لتقليل فقدان انعكاس الضوء.

2. العاكس: يقوم بتحويل التيار المباشر (DC) الناتج عن الألواح الشمسية إلى تيار متردد (AC)، لأن المنازل والصناعات عادة ما تستخدم التيار المتردد. بالإضافة إلى ذلك، العاكس مسؤول أيضًا عن المزامنة مع شبكة الطاقة لضمان تناسق الجهد والطور.

3. جهاز التحكم: مسؤول عن إدارة خرج الطاقة للنظام الكهروضوئي، ومنع الشحن الزائد والإفراط في تفريغ البطارية، وضمان التشغيل الآمن والمستقر للنظام.

4. حزمة البطارية: في النظام الكهروضوئي المتصل بالشبكة، يتم استخدام حزمة البطارية لتخزين الطاقة الكهربائية الزائدة لاستخدامها عندما تكون الطاقة الشمسية غير كافية. في حالة عدم وجود اتصال بالشبكة، تكون البطاريات ضرورية لأنها يمكنها تخزين الكهرباء لاستخدامها في الليل أو في الأيام الملبدة بالغيوم.

5. نظام القوس: يستخدم لتثبيت الألواح الشمسية والتأكد من أن الألواح يمكنها استقبال ضوء الشمس بأفضل زاوية.

جوهر توليد الطاقة الشمسية هو في الواقع بسيط للغاية، وهو تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية. وتتحقق هذه العملية من خلال "التأثير الكهروضوئي".

مبادئ العمل الرئيسية:

1. امتصاص الفوتون: عندما تسطع أشعة الشمس على سطح الخلايا الشمسية (المصنوعة عادة من مواد شبه موصلة مثل السيليكون)، تمتص المواد شبه الموصلة الموجودة في الخلايا الفوتونات (جزيئات الطاقة الموجودة في ضوء الشمس).

2. توليد أزواج ثقب الإلكترون: تتسبب طاقة الفوتون الممتصة في انتقال الإلكترونات الموجودة في المادة شبه الموصلة من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل، وبالتالي توليد أزواج ثقب الإلكترون في البطارية. هذه الإلكترونات والثقوب هي حاملات شحنة ويمكنها توصيل الكهرباء.

3. المجال الكهربائي المدمج: في الخلايا الشمسية، يوجد عادةً وصلة PN، وهي عبارة عن واجهة مكونة من شبه موصل من النوع P وأشباه موصل من النوع N. عند تقاطع PN، يتم تشكيل مجال كهربائي مدمج بسبب انتشار وإعادة تركيب الإلكترونات والثقوب.

4. فصل المجال الكهربائي لحاملات الشحنة: تحت تأثير المجال الكهربائي المدمج، سيتم فصل أزواج ثقب الإلكترون المتولدة. سيتم دفع الإلكترونات إلى منطقة أشباه الموصلات من النوع N، بينما سيتم دفع الثقوب إلى منطقة أشباه الموصلات من النوع P.

5. تكوين فرق الجهد: نتيجة لفصل الإلكترونات والثقوب، يتشكل فرق جهد على جانبي البطارية، أي يتم توليد جهد ضوئي.

6. توليد التيار: عندما يتم توصيل قطبي البطارية من خلال دائرة خارجية، سوف تتدفق الإلكترونات من شبه الموصل من النوع N إلى شبه الموصل من النوع P عبر الدائرة لتكوين تيار.

7. التحويل إلى طاقة كهربائية قابلة للاستخدام: يمكن للإلكترونات المتدفقة عبر الجزء الخارجي تشغيل الحمل أو تخزينها في البطارية لاستخدامها لاحقًا.

باختصار، توليد الطاقة الكهروضوئية هو عملية تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية، وذلك باستخدام الخواص الإلكترونية للمواد شبه الموصلة لتوليد فرق الجهد والتيار تحت الضوء، وبالتالي تحقيق تحويل الطاقة. هذه التكنولوجيا لا تحتاج إلى وقود ولا تنتج أي تلوث. إنها طريقة نظيفة ومتجددة لتحويل الطاقة.

إذا كنت مهتمًا بالطاقة الشمسية أو تفكر في تركيب نظام طاقة شمسية، يمكنك الاتصال بنا.