ماهي الخلية الكهروضوئية و انواعها
لا تحظى الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة بشعبية كبيرة مثل خيارات السيليكون البلورية التقليدية للتركيبات السكنية والتجارية، و تظل الألواح ذات الأغشية الرقيقة خلف ألواح السيليكون بكفاءة، ويعني ذلك أنها لن تكون قادرة على إنتاج ما يكفي من الكهرباء من خيارات الأغشية الرقيقة في معظم المنازل والشركات، ومع ذلك قامت بعض الشركات ببناء أعمال كاملة على صناعة الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة من أجل المرافق الكبيرة والمنشآت الشمسية للشركات بشكل أساسي.
بينما تكون الخلايا الشمسية العضوية مصنوعة من مواد قائمة على الكربون، ولذلك يشار إليها باسم “الخلايا الشمسية البلاستيكية” أو “الخلايا الشمسية البوليمرية”، وتتميز الخلايا الشمسية العضوية بالمرونة والمتانة ويمكن أن تكون شفافة.
مثل الخلايا الشمسية العضوية لا توفر البيروفسكايت بشكل كبير حتى الآن، ومع ذلك فإن تكاليف الإنتاج المنخفضة والكفاءات المحتملة العالية تجعلها خيارًا مثيرًا للاهتمام حيث تستمر صناعة الطاقة الشمسية في التوسع وتطوير خيارات أفضل وأفضل لإنتاج الطاقة الشمسية.
أحد العناصر المهمة في أشباه الموصلات الكهروضوئية هو مدى الأطوال الموجية للضوء التي يمكن للمادة امتصاصها وتحويلها إلى طاقة، يتكون الضوء من فوتونات تهتز على نطاق واسع من الأطوال الموجية، وكما يمكن لهذه الخلية أن تلتقط الأطوال الموجية التي تطابق النطاق القابل للامتصاص لأشباه الموصلات الشمسية والمعروفة باسم فجوة الحزمة.
وتتمثل الإستراتيجية التي ستساعد في تحسين كفاءة الخلايا الكهروضوئية في المستقبل في وضع طبقات متعددة من أشباه الموصلات معًا لصنع خلايا شمسية متعددة الوصلات، ويكون لكل طبقة من الخلايا الشمسية متعددة الوصلات فجوة نطاق مختلفة مما يعني أنها تمتص جزءًا مختلفًا من الطيف الشمسي مما يستفيد بشكل أفضل من ضوء الشمس من الخلية التقليدية أحادية الوصلة.
ما هي الخلية الكهروضوئية
الخلية الكهروضوئية عبارة عن صمام ثنائي متخصص من أشباه الموصلات ويقوم بتحويل الضوء المرئي إلى تيار مباشر، وتعد الخلايا الكهروضوئية جزء من أنظمة الطاقة الشمسية والكهربائية، وهي حيوية في إنتاج الكهرباء ومع ذلك لا يمكن للخلية الكهروضوئية بمفردها إنتاج طاقة متجددة كافية لمنزل بالكامل، لذلك نحتاج إلى توصيل عدة خلايا شمسية معًا لإنشاء لوحة شمسية وظيفية، ويجب تركيب مجموعة كاملة من الألواح الشمسية لإنتاج طاقة كافية لمنزل سكني.أنواع الخلايا الكهروضوئية
هناك نوعان رئيسيان من الخلايا الكهروضوئية المستخدمة اليوم: أحادية البلورية وخلايا متعددة البلورات، كما أن هناك طرق أخرى لجعل الخلايا الكهروضوئية على سبيل المثال خلايا الأغشية الرقيقة، خلايا العضوية، أو بيروفسكايت، فيما يلي نتعرف عليهم بالتفصيل:- خلايا السليكون الكهروضوئية (أحادية البلورة ومتعددة الكريستالات)
- الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة
لا تحظى الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة بشعبية كبيرة مثل خيارات السيليكون البلورية التقليدية للتركيبات السكنية والتجارية، و تظل الألواح ذات الأغشية الرقيقة خلف ألواح السيليكون بكفاءة، ويعني ذلك أنها لن تكون قادرة على إنتاج ما يكفي من الكهرباء من خيارات الأغشية الرقيقة في معظم المنازل والشركات، ومع ذلك قامت بعض الشركات ببناء أعمال كاملة على صناعة الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة من أجل المرافق الكبيرة والمنشآت الشمسية للشركات بشكل أساسي.
- الخلايا الكهروضوئية العضوية
بينما تكون الخلايا الشمسية العضوية مصنوعة من مواد قائمة على الكربون، ولذلك يشار إليها باسم “الخلايا الشمسية البلاستيكية” أو “الخلايا الشمسية البوليمرية”، وتتميز الخلايا الشمسية العضوية بالمرونة والمتانة ويمكن أن تكون شفافة.
- خلايا بيروفسكايت الكهروضوئية
مثل الخلايا الشمسية العضوية لا توفر البيروفسكايت بشكل كبير حتى الآن، ومع ذلك فإن تكاليف الإنتاج المنخفضة والكفاءات المحتملة العالية تجعلها خيارًا مثيرًا للاهتمام حيث تستمر صناعة الطاقة الشمسية في التوسع وتطوير خيارات أفضل وأفضل لإنتاج الطاقة الشمسية.
كيف تعمل الخلايا الكهروضوئية
تولد الخلايا الشمسية الكهروضوئية الكهرباء عن طريق امتصاص ضوء الشمس واستخدام تلك الطاقة الضوئية لتوليد تيار كهربائي، ويوجد العديد من الخلايا الكهروضوئية داخل لوحة شمسية واحدة ويجمع التيار الناتج عن كل الخلايا معًا ما يكفي من الكهرباء للمساعدة في إمداد منزلك بالطاقة، حيث تحتوي اللوحة القياسية المستخدمة في مجموعة سكنية على السطح على 60 خلية مرتبطة ببعضها البعض، وقد تستخدم التركيبات الشمسية التجارية ألواحًا أكبر تحتوي على 72 خلية ضوئية أو أكثر، وتعمل الخلايا الكهروضوئية الشمسية في ثلاث خطوات عامة:- يمتص الضوء ويفقد الإلكترونات
- تتدفق الإلكترونات السائبة مما يخلق تيارًا
- يتم التقاط التيار ونقله إلى أسلاك
كيفية عمل خلايا السيليكون الكهروضوئية
تمتص خلايا السيليكون الكهروضوئية من خلال التأثير الكهروضوئي الفوتونات وتولد الكهرباء المتدفقة، وتختلف هذه العملية اعتمادًا على نوع تقنية الطاقة الشمسية، وهناك بعض الخطوات الشائعة عبر جميع الخلايا الكهروضوئية الشمسية:- تمتص الخلية الكهروضوئية الضوء وتفقد الإلكترونات
- تبدأ الإلكترونات في التدفق مكونة تيارًا كهربائيًا
- يتم التقاط التيار الكهربائي ودمجه مع خلايا شمسية أخرى
كيفية زيادة كفاءة الخلايا الشمسية الكهروضوئية
كفاءة الخلية الكهروضوئية هي مقدار الطاقة الكهربائية التي تخرج من الخلية مقارنة بالطاقة من الضوء الساطع عليها، وهو يوضح مدى فعالية الخلية في تحويل الطاقة، وهناك مجموعة متنوعة من العوامل الداخلية والخارجية للخلايا الشمسية مثل شدة الضوء وطول الموجة التي تؤثر على كمية الكهرباء التي يمكن أن تنتجها الخلية الكهروضوئية.أحد العناصر المهمة في أشباه الموصلات الكهروضوئية هو مدى الأطوال الموجية للضوء التي يمكن للمادة امتصاصها وتحويلها إلى طاقة، يتكون الضوء من فوتونات تهتز على نطاق واسع من الأطوال الموجية، وكما يمكن لهذه الخلية أن تلتقط الأطوال الموجية التي تطابق النطاق القابل للامتصاص لأشباه الموصلات الشمسية والمعروفة باسم فجوة الحزمة.
وتتمثل الإستراتيجية التي ستساعد في تحسين كفاءة الخلايا الكهروضوئية في المستقبل في وضع طبقات متعددة من أشباه الموصلات معًا لصنع خلايا شمسية متعددة الوصلات، ويكون لكل طبقة من الخلايا الشمسية متعددة الوصلات فجوة نطاق مختلفة مما يعني أنها تمتص جزءًا مختلفًا من الطيف الشمسي مما يستفيد بشكل أفضل من ضوء الشمس من الخلية التقليدية أحادية الوصلة.