الخلايا الكهرضوئية

المبدأ وطريقة العمل

تقوم الخلايا الكهرضوئية والمعروفة باسم الخلايا الشمسية بتحويل طاقة الإشعاع الشمسي إلى كهرباء. حيث تجمّع الخلايا الكهرضوئية في ما يسمى باللاقط الكهرضوئي. حيث تربط اللواقط مع بعضها البعض كهربائياً على التوازي والتسلسل لتشكل المصفوفة الكهرضوئية، ويمكن شرح مبدأ عمل الخلايا الكهرضوئية بشكل مبسط كالتالي: عندما تصدم الفوتونات الموجودة في الإشعاع الشمسي الالكترونات الموجودة في نصف الناقل تنقلها إلى سوية طاقية أعلى، حيث تنتقل هذه الالكترونات بدورها إلى دارة كهربائية لتولد الطاقة الكهربائية.

تنتج الخلايا الشمسية تياراً كهربائياً مستمراً يمكن أن يستخدم في مختلف تطبيقات الطاقة الكهربائية؛ وتصنّع الخلية الشمسية من طبقة رقيقة من المواد نصف الناقلة، حيث يستخدم السيلكون كمادة نصف ناقلة في أكثر من 95% من الخلايا المصنعة، ليست لأنها هي المادة المثالية من أنصاف النواقل ولكن لسهولة التعامل معها ورخص ثمنها نسبياً نتيجة وفرتها إضافة إلى الخبرة الطويلة في استخدامها في صناعة الرقائق الدقيقة.

الميزات

  • الخلايا الشمسية (الكهرضوئية) منبع مستدام للطاقة فهي ليست بحاجة لأي وقود للتشغيل.
  • عدم وجود أي إنبعاثات غازية ضارة عند توليد الطاقة الكهربائية بواسطتها.
  • امكانية استغلال هذه الخلايا في المناطق القاحلة والصحارى.
  • امكانية استخدامها في الكثير من دول العالم النامية التي تمتلك إشعاع شمسي جيد، حيث يتزايد الطلب على الكهرباء بسرعة.
  •  يمكن للوحات الكهرضوئية أن تصنع على شكل لواقط صغيرة تدمج مع الأبنية.
  • إمكانية مساهمة الطاقة الشمسية في تغطية الزيادة في الحمل عند وجود طلب إضافي على الطاقة الكهربائية في الصيف من أجل التكييف حيث أن الزيادة في أحمال التكييف تتزامن مع ساعات الإشعاع الشمسية الأعظمية.
  • إمكانية تأمين الكهرباء للمناطق المعزولة باستخدام الخلايا الشمسية حيث تكون تغذيتها بالطاقة الكهربائية من الشبكة غير مجدية من ناحية التكلفة.
  • تكاليف التشغيل والصيانة منخفضة للغاية في الأنظمة الكهرضوئية.
  • المحفزات المادية الجادة في اليابان ومن ثمّ في ألمانيا ولّدت زيادة ضخمة في الطلب، متبوعة بشكلٍ سريع بازدياد الإنتاج.

المساوئ

  • يحتاج تصنيع الخلايا الشمسية إلى السيليكون النقي المرتفع الكلفة.
  • تحتاج الخلايا الشمسية لمدة زمنية تقدر بسنتين لإنتاج الكهرباء اللازمة لتصنيعها؛ بينما تحتاج محطات التوليد الكهربائية الشمسية الحرارية خمسة شهور لإعادة القدرة المصروفة لإنشائها.
  • مازالت أسعار مبيع اللواقط الشمسية مرتفعة للدخول في المنافسة على توليد الكهرباء في معظم مناطق العالم.
  • يعتمد خرج النظام الكهرضوئي بشكل كبير على طول فترة السطوع الشمسي وكثافة الإشعاع الشمسي على مدار اليوم، وبالتالي فالخلايا الشمسية ليست منبع مستقر للطاقة الكهربائية لأنه لا يمكن التحكم بالتغيرات المناخية حيث أنه في الفترات الغائمة ستنخفض كمية الطاقة المولدة بشكل مؤكد.

أين تعمل في (سوريا ،الخارج)

يعتبر تزويد الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية بالطاقة الكهربائية التطبيق العملي الأول للخلايا الكهرضوئية؛ ولكن في الوقت الحالي فإن أغلب الأنظمة الكهرضوئية تربط بالشبكات الكهربائية، حيث تظهر الحاجة لاستخدام معرجات تحويل التيار الكهربائي المستمر إلى تيار متناوب؛ ويوجد هناك سوق آخر للخلايا الشمسية، ولكنه أصغر من السوق السابق يتعلق بتغذية المساكن المعزولة بالطاقة الكهربائية وتغذية هواتف الطوارئ على الطرق والاستشعار عن بعد والحماية المهبطية لأنابيب النفط و ضخ المياه باستخدام الطاقة الشمسية. كما ظهرت سوق كبيرة لتغذية المناطق الحضرية بالطاقة الشمسية بالاستعانة ببطاريات لتخزين الطاقة كحل للتغذية بالطاقة الكهربائية، حيث انتشرت هذه الحلول كنظام بديل في البلدان التي تعاني من نقص الطاقة الكهربائية مثل الهند وكأنظمة مكملة رافده في الأسواق المتقدمة.

أما عن المشاريع المنفذة في سوريا في هذا السياق فهي تقتصر على تغذية عدد من القرى المعزولة عن الشبكة بالطاقة الكهربائية بدعم من المنظمات الدولية، ومن هذه القرى (المشيرفة، أبو صرة ، زرزريتا وغيرها) كما بدأ مركز البحوث العلمية في حلب بتجميع اللواقط الكهرضوئية عام 1999 باستطاعة إنتاج أعظمية 250 كيلو واط سنوياً إضافة إلى صناعة بعض أجهزة التحكم اللازمة لهذه الأنظمة. علاوة على ذلك هنالك العديد من المشاريع في مجال ضخ المياه بالطاقة الشمسية وإنارة بعض اللوحات الإعلانية وإنارة الشوارع إلا أنها مازالت مشاريع على نطاق محدود ولم تنتشر في جميع مناطق القطر.

التطورات والتطلعات المستقبلية

من المؤكد أن الطاقة الكهرضوئية لن تكون منافسة من ناحية الكلفة للتطبيقات ذات الاستطاعات الكبيرة بدون وجود حوافز مالية، وبالتالي فإن ذلك يتوجب إجراء المزيد من الأبحاث لزيادة مردود الخلايا الشمسية وخفض أسعار المتر المربع الواحد منها.

تستخدم الطاقة الكهرضوئية من قبل الكثير من منتجي الطاقة الكهربائية للمساعدة في تغطية ذروة الأحمال بدلاً من بناء محطات جديدة، لأن التقنية الكهرضوئية سهلة في التصميم، و يمكن لهذه المحطات أن تتطور بسهولة سنة بعد سنة لتغطي أحمالا متزايدة. أما التطور المستقبلي لهذه التقنية فهو استخدام الخلايا الكهرضوئية المدمجة بالأبنية، الذي يعتبر من أكثر قطاعات الصناعات الكهرضوئية نمواً.

Fouad Takla Company ® جميع الحقوق محفوظة، شركة المهندس فؤاد نعيم تقلا