الألواح الشمسية أو الوحدات الشمسية هي أجهزة تلتقط الإشعاع الشمسي لاستخدامه. يشمل هذا المصطلح جامعات الطاقة الشمسية، التي تُستخدم في المقام الأول لتوليد الماء الساخن للاستخدام المنزلي من خلال الطاقة الحرارية الشمسية ، والوحدات الكهروضوئية، التي تُستخدم لتوليد الكهرباء من خلال الطاقة الكهروضوئية الشمسية.
وصف الألواح الشمسية
الوصف الواضح الذي تميل الألواح الشمسية إلى تقديمه هو:
1. الألواح الكهروضوئية
تتكون الألواح الشمسية من خلايا عديدة تحول الضوء إلى كهرباء . تُسمى هذه الخلايا أحيانًا بالخلايا الكهروضوئية. تعتمد هذه الخلايا على التأثير الكهروضوئي، حيث تُولّد طاقة الضوء شحنات موجبة وسالبة في دائرتين متكاملتين متجاورتين، تختلف في شدتها، مما يُنتج مجالًا كهربائيًا قادرًا على توليد تيار كهربائي. لفهم كيفية عمل الألواح الشمسية، من الضروري فهم هذه العملية. لمزيد من المعلومات، يُرجى الاطلاع على مقال " كيف تعمل الألواح الشمسية ".
تُستخدم عادةً مواد السيليكون الشفاف أو زرنيخيد الغاليوم في صناعة الخلايا الشمسية. تُصنع زجاجيات زرنيخيد الغاليوم بشكل أساسي لتطبيقات الخلايا الكهروضوئية، بينما تتوفر زجاجيات السيليكون على شكل سبائك منظمة أكثر اقتصادية، وتُستخدم بشكل رئيسي في صناعة الإلكترونيات الدقيقة. يتميز السيليكون متعدد البلورات بانخفاض قوة التحول، ولكنه أقل تكلفة.
عند تعرضها لأشعة الشمس المستمرة ، يمكن لخلية سيليكون ذات محور 6 سم أن تنتج جهدًا قياسيًا يبلغ حوالي 0,5 أمبير، أي ما يعادل 0,5 فولت. زرنيخيد الغاليوم أقوى من السيليكون، ولكنه أيضًا أغلى ثمنًا.
تركيب الألواح الشمسية
تُصنع دعامات تثبيت الألواح الشمسية عادةً من الألومنيوم مع براغي فولاذية متينة لضمان سهولة وسرعة التركيب ومتانة تدوم طويلاً. وتأتي هذه الدعامات بتكوينات قياسية تناسب المساحة والموقع والمسافة، وهي متوفرة بوضعين أفقي ورأسي (لكل منها ما يناسب تفضيلات المستخدم).
يتكون الهيكل عادةً من دعامات ألومنيوم، ومجرى تثبيت، ولوحة تقوية، وخيوط تثبيت (مثلثة الشكل)، ومسمار ألين (عادةً مع صامولة مناسبة لتثبيت اللوحة)، ومثبت على شكل حرف Z لتأمين الوحدة، وتتناسب امتداداته مع سُمك اللوحة الشمسية. لمزيد من المعلومات حول أنواع الألواح الشمسية، يمكنك الاطلاع هنا أو مراجعة الفروقات بين الألواح الكهروضوئية والألواح الحرارية الشمسية.
تشغيل الألواح الشمسية
إن فهم كيفية عمل الألواح الشمسية هو الخطوة الأولى لفهم الطاقة الشمسية بشكل كامل. في الفقرات السابقة، شرحنا ماهية اللوح الشمسي وكيفية تركيبه؛ أما الآن، فسأشرح بالتفصيل كيف يعمل بشكل صحيح عند استخدام الطاقة الشمسية.
الطاقة الشمسية لاستخدام الألواح الشمسية
قبل الشروع في البحث عن كيفية عمل الألواح الشمسية، والتي ربما تكون قد رأيتها في كثير من الأحيان على أسطح المباني أو المنازل المختلفة، من الضروري أن تعرف بطريقة معينة على ماذا تعتمد الطاقة الشمسية.
نفهم أيضاً أن الطاقة الشمسية هي تلك التي تنبعث من لب نجمنا ، أو ما يُعرف بالشمس . وتنشأ هذه الطاقة من الاندماج النووي والقوى الجاذبية الهائلة التي تتعرض لها. فالشمس، التي تتكون أساساً من الهيدروجين، تنصهر في ظروف معينة لتُنتج الهيليوم.
تُطلق هذه العملية كميات هائلة من الطاقة، تنبع من محاور النجوم وتنتقل عبر الكون لمليارات السنين. يمتص كوكبنا، المجاور للشمس، طاقتها بطرقٍ مختلفة. يعمل الغلاف الجوي والمغناطيسي على ترشيح جزء كبير من الإشعاع الشمسي الضار، بينما يسمحان للضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء بالمرور. لذلك، فإن ما نتلقاه في الغالب هو الضوء والطاقة. لمعرفة المزيد عن تأثير الطاقة الشمسية، تفضل بزيارة هذا الرابط.
المزايا التي تقدمها الألواح الشمسية بأنواعها المختلفة
توفر الألواح الشمسية العديد من المزايا التي تجعلها من أكثر الخيارات المدمجة للمستقبل. وتشمل هذه المزايا ما يلي:
1. تحول الأشعة الشمسية
إنّ الميزة الأبرز التي لا جدال فيها للألواح الشمسية هي قدرتها على تحويل ضوء الشمس إلى طاقة. فهي تعتمد، بالتالي، على مصدر طاقة متجدد بشكل جذري وغير محدود عمليًا. الطاقة الشمسية ليست في خطر النضوب ، لذا لا داعي للقلق بشأن نضوبها، على الأقل ليس لملايين السنين. مع ذلك، من الضروري أيضًا فهم فوائد هذه الطاقة.
2. الطاقة النظيفة
من ناحية أخرى، تُعدّ الطاقة الشمسية طريقة نظيفة تمامًا لتوليد الطاقة. فهي لا تتطلب عمليات كيميائية أو أي نوع من الوقود. بعبارة أخرى، لا تُطلق أي مواد ملوثة في الغلاف الجوي ، ولا تُساهم في تغير المناخ أو الإضرار بالبيئة. من الضروري مقارنة ذلك بمصادر الطاقة الأخرى، كما يتضح من حيث التلوث البيئي.
3. وداعا للنفايات
إن استخدام الألواح الشمسية من شأنه أن يحل مشكلة تراكم النفايات. فالوقود الأثري يستغرق سنوات ليتحلل، مما يؤدي إلى امتلاء مكبات النفايات وتلويث الهواء والماء والتربة. ناهيك عن تراكم النفايات الناتجة عن الطاقة النووية. باختيار هذا الخيار، يُمكننا أن نُدرك مدى أهمية التطورات التكنولوجية الخضراء في عصرنا الحالي.
4. نهاية الكوارث الطبيعية
من شأن الطاقة الشمسية أن تقضي على الكوارث الطبيعية كتلك التي وقعت في محطات الطاقة النووية مثل تشيرنوبيل وفوكوشيما، فضلاً عن أحداث متكررة أخرى كالتسربات النفطية التي تدمر الشواطئ والبيئات البحرية. ويمكن الاطلاع على الأثر البيئي للتقنيات الجديدة في هذه المقالة التي تتناول مشاريع بيئية مبتكرة.
5. أنها تساعد على الاكتفاء الذاتي
فعلى سبيل المثال، ستوفر الألواح الشمسية الكهرباء للمناطق المحرومة التي تفتقر حتى إلى خطوط الكهرباء الأساسية. علاوة على ذلك، فهي تتيح للمجتمعات فرصة تحسين ظروفها المعيشية وزيادة اكتفائها الذاتي.
6. يمكن نشر الألواح الشمسية على نطاق واسع
تُستخدم هذه التقنيات لتوليد الطاقة بكميات كبيرة، أو لتلبية الاحتياجات المنزلية الصغيرة، أو لتوفير مصدر طاقة احتياطي . كما يمكنها المساهمة في خفض استهلاك الطاقة العامة للإضاءة ، من خلال مصابيح الشوارع الشمسية على سبيل المثال. وتتعدد هذه الإمكانيات.
استنتاجات حول الألواح الشمسية
يعتمد تشغيل الألواح الشمسية على النتيجة الكهروضوئية، والتي تنشأ عندما يكون الإشعاع الشمسي مفقودًا على الدوائر المتكاملة المتصلة بكفاءة، مما يؤدي إلى توليد الكهرباء كما ذكرت بالفعل في الفقرات السابقة.
في اللحظة التي يصبح فيها الإشعاع الشمسي غير مؤكد، تنقل الجسيمات غير المتساوية المهيمنة في الضوء طاقتها إلى إلكترونات أشباه الموصلات التي يمكنها في تلك اللحظة كسر الحاجز القابل للتطبيق لوصلة PN، وبالتالي الخروج من أشباه الموصلات من خلال محيط خارجي.
تُضبط هذه الخلايا الكهروضوئية بطرقٍ عديدة لتحقيق الجهد والطاقة المطلوبين، وبالتالي تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة قابلة للاستخدام. في الواقع، نُعرّف الخلية الكهروضوئية بأنها أصغر وحدة من مادة أشباه الموصلات ذات وصلة PN قادرة على توليد الكهرباء . لمزيد من المعلومات حول التنمية المستدامة، يُمكنكم الاطلاع على تعريف الاستدامة البيئية.
من المهم في هذه المرحلة الإشارة إلى أن اللوحة الكهروضوئية تُعرَّف بأنها مجموعة من الخلايا مثبتة على ركيزة مناسبة ومغطاة بطبقات واقية تحميها من العوامل الجوية . وسيُمكّننا التعمق في هذه المفاهيم من معرفة المزيد عن كيفية استخدام هذه الموارد.
وأخيرًا، من المهم الإشارة إلى أن الطاقة الشمسية من خلال استخدام الألواح الشمسية يمكن إنشاؤها بطرق مختلفة والاستمتاع بتأثيرات متغيرة للغاية كما ذكر في الفصول السابقة.
