استخدامات الطاقة الشمسية، تعتبر مصدر الشمس من أحد المصادر المهمة والتي تستغل في وقتنا الحاضرة لتوليد الطاقة الكهربائية وتسخين المياه.

حيث تتكون أشعة الشمس من عدة أشكال وهي الأشعة المرئية والأشعة تحت الحمراء وكمية قليلة من الأشعة فوق البنفسجية، وما يصلنا من أشعة الشمس نسبة قليلة لوجود عدة عوامل تعمل على امتصاصها كطبقة الغلاف الجوي والغيوم، وتساوي الطاقة الشمسية التي تتلقاها الأرض يومياً 200 ألف ضعف كمية الطاقة الكهربائية المنتجة على مستوى العالم.

تابعوا معنا هذا المقال ” مجالات استخدام الطاقة الشمسية ” للتعرف على استخدامات الطاقة الشمسية قديماً وفي وقتنا الحاضر ومزاياها.

استخدامات الطاقة الشمسية قديماً

كان الأنسان منذ القدم يستفيد من مصدر أشعة الشمس المباشرة في العديد من التطبيقات المختلفة كتدفئة المنازل وتجفيف المحاصيل الزراعية والطهي وتبخير المياه ولإشعال النار، بالإضافة إلى استخدامها في الأمور العسكرية، حيث قام أرخميدس الأسطول الحربي الروماني بتركيز أشعة الشمس على سفن الأعداء بواسطة عدد كبير من الدروع المعنية.

استخدامات الطاقة الشمسية في وقتنا الحالي

مع التقدم العلمي والتطور التكنولوجي الكبير الذي أصبحنا عليه الآن، تتوفر هناك طرق علمية جديدة لاستغلال الطاقة الشمسية في توليد الطاقة الكهربائية والحرارية، ورغم أن الطاقة الشمسية تصنف من أحد مصادر الطاقة المتجددة إلا أن مدى الاستفادة منها مرتبط بوجود أشعة الشمس.

استخدامات الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء

يمكن تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية بتسليط ضوء الشمس على الخلايا الشمسية (الكهروضوئية) لإنتاج طاقة كهربائية على هيئة تيار مستمر، وتعتمد الخلايا الشمسية (الكهروضوئية) في التحويل على مواد مصنعة من اشباه الموصلات كالسيليكون والجرمانيوم وغيرها.

وتستخدم مجال الطاقة الشمسية لإنتاج الطاقة الكهربائية في الكثير من الأماكن العامة والخاصة مثل المنازل السكنية والقطاع الصحي والتجاري والصناعي والزراعي وفي إنارة الطرقات العامة.

استخدامات الطاقة الشمسية في التوليد الحراري

يتم فيه تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية عن طريق ألواح شمسية معدنية على شكل مسطح مدهون بلون اسود لزيادة امتصاص الحرارة الصادر من أشعة الشمس، ويستخدم للتدفئة وتسخين المياه، ومن أشهر التطبيقات السخانات الشمسية التي تتواجد على أسطح المباني.

مميزات استخدام الطاقة الشمسية

• يعتمد بشكل كلي على أشعة الشمس لإنتاج الكهرباء والحرارة.
• تكاليف الصيانة منخفضة.
• تحتاج إلى مكونات تقنية بسيطة مقارنة مع تقنيات طاقة الرياح لتوليد الكهرباء.
• لا يعتمد على الوقود الاحفوري.
• طاقة مستدامة لا تنفد وغير مضر بالبيئة.
• تستخدم بشكل مجاني لتوليد الكهرباء والحرارة.
• هناك تطويرات مستقبلية لرفع كفاءة إنتاجية الكهرباء من الطاقة الشمسية.
• تستخدم الطاقة الشمسية في مجال السيارات الكهربائية للاستغناء عن مصادر الوقود.

سلبيات استخدام الطاقة الشمسية

• تكلفة تركيب مكونات نظام الطاقة الشمسية غالية الثمن.
• عملية تحويل الطاقة الشمسية لطاقة كهربائية وحرارية مكلفة.
• إن مدى الاستفادة من الطاقة الشمسية مرتبط بوجود أشعة الشمس.
• انخفاض كفاءة الألواح الشمسية يدل على عدم الاستغلال الجيد للطاقة الشمسية.
• تركيب الألواح الشمسية وألواح التدفئة تحتاج لمساحات واسعة.
• تقلب الأحوال الجوية على مدار السنة، يجعل مصدر الطاقة الشمسية غير مستقر للكثير.

مبدأ عمل الخلايا الشمسية، تعد الخلايا الشمسية من أحد عناصر منظومة الطاقة الشمسية المهمة والتي تعمل على استقبال ضوء الطاقة الشمسية وتحويلها إلى طاقة كهربائية على هيئة تيار مستمر.

حيث تحتوي أشعة الشمس على الكثير من الطاقة والفوتونات لتلبية احتياجات الكرة الأرضية من الطاقة المتجددة، ومع التقدم التكنولوجي وصناعة الخلايا الشمسية بدأت استغلال تحويل الطاقة الشمسية لطاقة كهربائية عن طريق ألواح شمسية والتي تحتوي على العديد من الخلايا الكهروضوئية.

تابعوا معنا هذا المقال لمعرفة تفاصيل أكثر حول مبدأ عمل الخلايا الشمسية وأنواعها.

ما هي الخلية الشمسية

هي الخلية التي تعمل على تحويل أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية على هيئة تيار مستمر معتمدة على بعض خواص الخلية المصمم عليه لتوليد الطاقة وتحريكها، وتسمى أيضاً بالخلية فوتوفولتيك وهو اسم مشتق من طبيعة عمل الخلية فكلمة فوتو Photo تعني ضوء وكلمة فولتيك Voltaic تعني كهرباء، فالمسمى العربي لها الكهروضوئية.

تصنع من أشباه الموصلات لتشكل عندها فرق الجهد عند تعرضها للضوء وبالتالي يتولد تيار كهربائي ترتبط معامل امتصاصها للضوء وعند توصيلها بحمل كهربائي كمصباح كهربائي مثلاً بين طرفيها يمر التيار الكهربائي عبر الموصلات لتشغيل المصباح.

مكونات الخلية الشمسية

تصنع الخلية الشمسية من مواد شبة موصلة تمثل بإعطاء شحنة سالبة لمادة السليكون بإضافة عنصر الفسفور (Phosphorus) وسمى بالسليكون السالب (N-type)، أو بإضافة البورون (Boron) وسمى بالسليكون الموجب (P-type).

حيث تتكون الخلية الشمسية من العديد من الطبقات وأهمها الطبقتين الرئيسيتين وهما:

P-type: تمثل مادة السليكون والتي تكون فيها عدد الإلكترونيات هي الغالبية.

N-type: تمثل مادة السليكون التي يكون فيها عدد الفجوات (الثقوب) هي الغالبية.

ويتم العزل بين الطبقتين بماد عازلة تسمى منطقة العبور، كما توضع على سطح الخلية الأمامية للوح طبقة شفافة لزيادة امتصاص الفوتونات الصادرة من ضوء الشمس، بالإضافة لذلك توضع طبقتين معدنيتين من الألمنيوم للجزء العلوي والسفلي لحماية الخلايا الشمسية.

مبدأ عمل الخلايا الشمسية

عند امتصاص كمية كافية من فوتونات الضوء الصادر من الشمس، تتحرك الإلكترونات من مادة السليكون محدثاً تغييراً في الطاقة الداخلية لها وعند اقترابها من منطقة العبور فإن الإلكترونات والفجوات (الثقوب) تتجه بشكل جماعي حسب شحنتها إلى الطرف المناسب للخلية ( P-typeو  N-type)، وبالتالي يتولد فرق جهد بين طرفيه فينتج عن ذلك تدفق تيار كهروضوئي تمثل قيمة حاصل ضرب الجهد في التيار (p=V x I).

أنواع الخلايا الشمسية

• خلية أحادية التبلر (Mono crystalline Silicon): تصنع بخامات ممتاز وتصل كفاءتها إلى 17%.
• خلية متعددة التبلر (Poly crystalline Silicon): تصنع من رقائق من السليكون وتعالج لزيادة خواصها الكهربائية، وتصل كفاءتها إلى 16%.
• خلية فلمية (Thin-film): تصمم فيها مادة السليكون على شكل طبقة رقيقة ولكن كفاءتها تصل إلى 6% وهي منخفضة مقارنة مع النوعين السابقين.

أنواع الألواح الشمسية

تعتبر الألواح الشمسية من إحدى أهم العناصر المستخدمة في أنظمة الطاقة الشمسية، تعمل على إنتاج الطاقة الكهربائية من خلال أشعة الشمس (الفوتونات) وإرسالها إلى منظم الشحن ومن ثم إلى الانفرتر والبطاريات والأحمال الكهربائية، يتوفر أنواع مختلفة من الألواح الشمسية حسب نوع المادة وكفاءتها وجودة التصنيع.

أنواع الألواح الشمسية بالتفصيل

يوجد الكثير من الشركات التي تعمل على تصنيع الألواح الشمسية، يتم تصنيف الألواح الشمسية إلى ثلاث أنواع، وهي:

1. خلايا أحادية البلورة (Monocrystalline silicon).
2. خلايا متعددة الكريستالات (Polycrystalline silicon).
3. الألواح الفلمية (Thin-film).

أولاً: الخلايا الأحادية (Monocrystalline silicon):

• هذا النوع لدية المظهر المميز الذي يدل على أعلى نقاء كريستالات السيليكون.
• يتمتع بأخذ أعلى معدلات الكفاءة، قد يصل إلى أكثر من 20%.
• عمرها الافتراضي 25 سنة أو أكثر حسب جودة الألواح.
• يتم صناعة الألواح سوداء اللون، حتى يتفاعل ضوء الشمس (الفوتونات) مع بلورة السيليكون النقي.
• في حين أن الألواح سوداء اللون، فإن الألواح الشمسية أحادية البلورة لها مجموعة متنوعة من الألوان ألواحها وإطاراتها الجانبية وظهرها.
• أداء جيد تحت ظروف الإشعاع الشمسي المنخفض قليلاً.

العيب في هذا النوع من الألواح هو التكلفة العالية مقارنة مع خلايا متعددة الكريستالات (Polycrystalline silicon).

ثانياً: الخلايا متعددة الكريستالات (Polycrystalline silicon):

• يمكنك التميز بسرعة بين هذه اللوحات لأن هذا النوع من الألواح الشمسية به مربعات لا يتم قطع زوايا، أي تكون عليها خطوط كثيرة، وغالباً لونها زرقاء.
• مصنوع من ذوبان السيليكون الخام، وهي أسرع وأرخص من ألواح أحادية البلورية (Monocrystalline silicon).
• عمرها الافتراضي 25 سنة أو أكثر حسب جودة الألواح.
• كفاءتها حوالي 16.5%، بسبب انخفاض نقاء السيليكون.
• عيبها هو أن المظهر، حيث أن ألواح Monocrystalline silicon لها شكل جمالي، ولكن لا يهم المشترين.
• تتطلب مساحة تركيب أعلى قليلاً من الألواح الشمسية أحادية البلورية Monocrystalline silicon

ثالثاً: الألواح الفلمية (Thin-film):

• أكبر عامل جمالي في هذا النوع، هو مدى رقة صنعها وشكلها الانسيابي القابل للثني على العكس من الأنواع السابقة.
• يجرى العديد من التطوير والأبحاث لجعلها مناسبة للاستخدام بشكل أفضل.
• يمكن استخدامها أثناء التنقل.
• التكلفة العالية مقارنة مع عمرها الافتراضي بالنسبة مع الأنواع الأخرى.
• فهي تحمل أقصر الضمانات لأن عمرها الافتراضي أقصر من أنواع الألواح الأخرى.

الفرق بين ألواح الــ Mono وألواح الــ Poly

لا يوجد فرق كبير بين النوعين، فعند القول أن ألواح الــ Mono تنتح 330W فيوجد أيضاً ألوح من نوع الــ Poly تنتج 330W، فمن ناحية الإنتاج لا يوجد فرق بين الأثنين.

من ناحية مقاسات النوعين والتوفير في المساحة بسيط جداً:

فنجد حالياً أن ألواح الــ Mono بقدرة 280W ومقاسها 165*99 وأقصى وات في الألواح الــ poly عند نفس المقاس = 265W.

الصفحات: صفحة 1, صفحة 2, صفحة 3, صفحة 4

شارك هذا المنشور

موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك تويتر ينكدين بريد الالكتروني ال WhatsApp

اترك تعليقاً إلغاء الرد

يجب أنت تكون مسجل الدخول لتضيف تعليقاً.

رجوع إلى المقالات

---

المشاركات ذات الصلة

ماذا يعني تصنيف Ex

ماذا يعني تصنيف Ex ماذا يعني تصنيف Ex يتم تصنيف المنتجات الخاصة بالبيئة المتفجرة (Ex / ATEX) بطريقة موحدة.هل تعلم ما... اقرأ أكثر

وقت فصل القاطع الكهربائي 1

وقت فصل القاطع الكهربائيوقت فصل القاطع الكهربائي، قد يظن البعض أن القاطع الكهربائي المستخدم في حماية الأجهزة المنزلية سوف يفصل فوراً بمجرد... اقرأ أكثر

إكسسوارات كهربائية

إكسسوارات كهربائية إن إكسسوارات كهربائية احد اهم الاشياء في الشقق والمنازل والفلل وغيرها من البنايات , حيث لا يمكن تخيل اي... اقرأ أكثر

الكهرباء و مصادر الطاقه

الكهرباء و مصادر الطاقه   الكهرباء بحث عن الكهرباء، تعتبر مصدر الكهرباء أحد أهم المصادر التي لا يمكننا الاستغناء عنها لأهميتها... اقرأ أكثر

خطوات تصميم النظام الشمسي 1

خطوات تصميم النظام الشمسيما هي أولى خطوات تصميم النظام الشمسي؟ قد يدخل البعض في حسابات تصميم النظام الشمسي دون النظر إلى بعض... اقرأ أكثر

كابلات وإكسسوارات

كابلات وإكسسوارات كابلات وإكسسوارات من الأشياء الضروري تواجدها في اي بناية كيفما كان نوعها فهي المسؤولة عن توصيل الكهرباء والعديد من... اقرأ أكثر

كشاف ليد مستطيل

كشاف ليد مستطيل كشاف ليد مستطيل ان الاضاءات بمختلف الانواع هي من الاشياء الضرورية جدا في حياتنا اليومية سواء تعلق الامر بالاماكن... اقرأ أكثر

شاسية ماجيك

شاسية ماجيك ان بناء وتجهيز المنازل و البنايات بمختلف انواعها واشكالها ليس بالامر السهل بل يحتاج الى الكثير من المعدات سواء... اقرأ أكثر

فليكسبل حراري

فليكسبل حراري لفة فليكسبل حراري هو عبارة عن انبوب حلزوني يستعمل بشكل كبير جدا في مختلف انواع البنايات ، اما عن هدفه... اقرأ أكثر

أنواع المقابس في العالم 2022

أنواع المقابس في العالم النوع Aأنواع المقابس في العالم يستخدم في: أمريكا الشمالية والوسطى ، اليابان القابس الكهربائي من النوع أ (أو قابس توصيل... اقرأ أكثر