Uploaded by Muaad Boaisha

الخلايا (1)

advertisement
‫جامعة الزاويـ ـ ــة‬
‫كلية الهندسة – الزاوية‬
‫ر‬
‫وااللكتونية‬
‫قسم الهندسة الكهربائية‬
‫عنوان البحث ‪ :‬أنواع الخاليا الشمسية ‪.‬‬
‫عل أبوعائشة ‪.‬‬
‫مقدم من قبل الطالب ‪ :‬معاذ ي‬
‫رقم القيد ‪15112054 :‬‬
‫ر‬
‫المريم ‪.‬‬
‫باشاف ‪ :‬أ‪ .‬رشيد‬
‫ي‬
‫‪1‬‬
‫ال ـخ ـالي ـا الـشـ ـمـسـيـة‬
‫هل تعلم أن طاقة الشمس التي توفرها األرض لمدة ساعة واحدة يمكن أن‬
‫تلبي احتياجات الطاقة العالمية لمدة عام واحد ؟ فال شك أن الشمس هي‬
‫مصدر طاقة قوي ‪ ،‬وعلى الرغم من أننا غير قادرين على جمع جزء‬
‫بسيط من هذه الطاقة ‪ ،‬إال أن استخدام هذه الطاقة عن طريق تركيب‬
‫كبيرا على هذا الكوكب ‪ ،‬ففي حين‬
‫األلواح الشمسية يمكن أن يحدث فرقًا‬
‫ً‬
‫تم انتقادها على نطاق واسع لكونها باهظة الثمن أو غير فعالة ‪ ،‬فقد أثبتت‬
‫ضا‬
‫األلواح الشمسية اآلن أنها مفيدة للغاية ليس فقط للبيئة ‪ ،‬ولكن أي ً‬
‫لالقتصاد الخاص ‪.‬‬
‫يطلق عليها في األيام األولى لصناعتها بطارية شمسية ولكن أصبح ذلك‬
‫يحول الطاقة الشمسية مباشرة إلى‬
‫يحمل معنى مختلف تماما اآلن‪. ،‬جهاز ِّ‬
‫طاقة كهربائية مستغال التأثير الضوئي الجهدي‪ ،‬وتتكون من طبقة سيليكون‬
‫يضاف لها بعض الشوائب لتعطيها بعض الخواص الكهربائية‪ ،‬فالطبقة‬
‫العليا المقابلة للشمس يضاف إليها عنصر الفسفور‪ ،‬لتعطيه خاصية ضخ‬
‫إلكترونات عند ارتطام الضويئات بها وتسمى هذه الطبقة بالطبقة ‪ N‬بينما‬
‫يضاف عنصر البورون للطبقة السفلى ويعطيه خاصية امتصاص‬
‫اإللكترونات وتسمى هذه الطبقة ‪ ،P‬فعند ارتطام ضويئات الشعاع الشمسي‬
‫‪2‬‬
‫بالطبقة العلوية تمنح اإللكترونات طاقة تعتمد على شدة اإلشعاع الشمسي‪،‬‬
‫وعند وجود موصل كهربائي بين الطبقتين تنتقل اإللكترونات من الطبقة‬
‫العليا إلى الطبقة السفلى وهكذا يتكون تيار وجهد كهربائيان‪ ،‬وتعتبر‬
‫الخاليا الشمسية مصدر هام لتزويد المركبات الفضائية واألقمار الصناعية‬
‫بما تحتاجة من طاقة كهربائية‪ ،‬وتعتبر من البدائل المساعدة لمصادر‬
‫الطاقة التقليدية من البترول والفحم والغاز ومشتقاته المحدودة في الطبيعة‬
‫والقابلة للنضوب بسبب االستنزاف الهائل لها‪ ،‬فالخاليا الشمسية تحول‬
‫طاقة األشعة الشمسية مباشرة إلى كهرباء وتتميز بإنتاج كهرباء دون أن‬
‫تؤدي لتلوث البيئة‪ ،‬وعمرها األفتراضي يصل إلى ‪ 30‬سنة‪ ،‬إن ارتفاع‬
‫كلفة انتاجها هو العائق الرئيس الستخدامها‪.‬‬
‫تستخدم التجمعات من الخاليا الشمسية (وحدات الطاقة الشمسية) اللتقاط‬
‫الطاقة من ضوء الشمس لتحويله إلى كهرباء‪ ،‬عندما يتم تجميع وحدات‬
‫متعددة معا ً (حيث تكون أولوية التركيب بنظام تعقب قطبي محمول) يتم‬
‫تركيب هذه الخاليا الضوئية كوحدة واحدة يتم توجيهها على سطح واحد‬
‫وتسمى بلوح الطاقة الشمسية (‪ ..).solar panel‬إن الطاقة الكهربائية‬
‫الناتجة من الوحدات الضوئية (‪ .)Solar power‬وتعتبر مثاأل على‬
‫استخدام الطاقة الشمسية (‪..)solar energy‬‬
‫وتعتبر طاقاتها شكال من الطاقة المتجددة والنظيفة‪ ،‬ألنه اليسفر عن‬
‫تشغيلها نفايات ملوثة وال ضوضاء وال إشعاعات وال حتي تحتاج لوقود‪.‬‬
‫لكن كلفتها االبتدائية مرتفعة مقارنة بمصادر الطاقة األخرى‪ .‬والخاليا‬
‫الشمسية تولِّد كهرباء مستمرة ومباشرة (كما هو في البطاريات السائلة‬
‫والجافة العادية)‪.‬‬
‫مميزات الخاليا الشمسية‪:‬‬
‫‪ -1‬مصدر للطاقة المتجددة ‪.‬‬
‫‪ -2‬الحد من استهالك الكهرباء وتقليل الفواتير‪.‬‬
‫‪ -3‬تحافظ على البيئة من التلوث‪.‬‬
‫‪ -4‬استخدامها في التطبيقات المتنوعة‪.‬‬
‫‪3‬‬
‫سلبيات الخاليا الشمسية‪:‬‬
‫‪ -1‬ارتفاع التكلفة‪.‬‬
‫‪ -2‬الطاقة الموسمية وتعتمد على الطقس‪.‬‬
‫‪ -3‬تخزين الطاقة الشمسية باهظ الثمن‪.‬‬
‫‪ -4‬تحتاج إلى مساحة كبيرة من الفضاء‪.‬‬
‫أنواع الخاليا الشمسية‪:‬‬
‫يوجد بعض األنواع من الخاليا الشمسية وهي ‪:‬‬
‫‪-1‬خاليا شمسية سيليكونية أحادية البلورة‪.‬‬
‫تم صنع هذه الخاليا في البداية من السيلكون أحادي البلورة‪ ،‬وهو السيلكون‬
‫النقي وعملية الصنع تتم من خالل السيلكون المصهور حيث يتم سحب‬
‫بلورة بذرية منه وكل هذا بهدف الحصول على سبيكة أسطوانية من بناء‬
‫بلوري واحد متصل في الخطوة التالية يقوموا بقص البلورات إلى رقائق‪،‬‬
‫ويتم تثقيل هذه الرقائق لبناء وصلة الموجب والسالب ‪.p-n Junction‬‬
‫ويتم طالئها بعد ذلك بطبقة مضادة لالنعكاس‪ ،‬وفي النهاية يقوموا بتجميعها‬
‫لتكوين الخاليا الشمسية هذه الخاليا تتميز بأنها ذات كفاءة عالية ألن عملية‬
‫صنعها تتم ببطء وتأخذ مدة طويلة لهذا فإن سعرها مرتفع مقارنة بالخاليا‬
‫األخرى‪.‬‬
‫‪-2‬خاليا شمسية سيليكونية متعددة البلورات‪.‬‬
‫يتم صنع هذه الخاليا من خالل سبائك من السيليكون وتكون مربعة الشكل‪.‬‬
‫وتكون عملية الصنع من خالل صهر السيلكون ومن ثم تبريده ثم صبه في‬
‫كتل مقسمة إلى ألواح رفيعة وينتج عن تبريد الخاليا وتصليبها خاليا‬
‫تحتوي على الكثير من البلورات ونالحظ أن سطع هذه الخاليا في قدرته‬
‫على امتصاص أشعة الشمس تكون أقل فعالية من قدرة سطح الخاليا‬
‫السيليكونية أحادية البلورة ولهذا فإن هذه الخاليا تنتج كمية أقل في الطاقة‬
‫‪4‬‬
‫الكهربائية مقارنة بالخاليا السيليكونية أحادية البلورة ولتعويض هذا يتم‬
‫صنع هذه الخاليا أكبر من الخاليا األخرى‪ ،‬وهذا يجعلها تحتاج إلى مساحة‬
‫أكبر ولكن رغم هذا تكون صناعة هذه الخاليا أسهل وأقل في السعر‪.‬‬
‫‪ -3‬الخاليا الشمسية الرقيقة‪.‬‬
‫هذه الخاليا تعمل على تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية وهذه من‬
‫خالل التأثير الكهروضوئي تتكون هذه الخاليا من طبقات من مادة لها قدرة‬
‫عالية على امتصاص الفوتونات الضوئية وتكون مثبتة فوق ركيزة مرنة‪.‬‬
‫هذه الخاليا تمت من خالل بالباحثين في قسم الطاقة في جامعة ديالوير في‬
‫الواليات المتحدة األمريكية‪ ،‬وهذا كان في السبعينيات كما تم تطوير هذه‬
‫الخاليا حتى وصلت إلى الشكل الموجود اليوم‪ ،‬ويميز هذه الخاليا أنها‬
‫منخفضة السعر وذات كفاءة عالية‪.‬‬
‫‪-4‬الخاليا الشمسية ذات الكفاءة العالية‪.‬‬
‫تم تطوير الخاليا الشمسية ألننا بحاجة إلى خاليا شمسية بكفاءة أعلى‪.‬‬
‫ولكن المشكلة في هذه األنواع أنها تحتاج إلى مواد نادرة االنتشار وكذلك‬
‫تكاليف صناعتها عالية ومن أنواع هذه الخاليا ما يلي‪:‬‬
‫خاليا زرنيخيد الغاليوم ‪ ،‬هذه الخاليا تتكون من مادة زرنيخيد الغاليوم‬
‫وهي مادة شبه موصلة وتصل كفاءتها إلى ‪ ،%30‬ألنها تتميز بخصائص‬
‫كهربائية رائعة‪ ،‬وهذه المادة تقاوم أيضا الحرارة‪.‬‬
‫‪-5‬الخاليا الشمسية متعددة الوصالت‪.‬‬
‫دائما يتم العمل على تطوير الخاليا الشمسية بشكل سريع‪ ،‬والخاليا‬
‫الشمسية متعددة الوصالت لديها القدرة على رفع كفاءة الخاليا الشمسية في‬
‫المستقبل‪.‬‬
‫وهذا ألنها لديها المقدرة على امتصاص أطوال موجية مختلفة من أشعة‬
‫الشمس باستخدام طبقاتها المتعددة‪ ،‬مما يجعل هذا النوع أكثر كفاءة من‬
‫الخاليا أحادية الوصلة‪.‬‬
‫‪5‬‬
‫‪-6‬الخاليا التكنولوجية ُ‬
‫المستجدة‪.‬‬
‫يمكننا في صنع الخاليا الشمسية استخدام الكثير من المواد وهذا لالستفادة‬
‫من أشعة الشمس التي تقوم بتوليد الطاقة وهذا يحدث في خاليا‬
‫بيروفسكايت الشمسية ‪ Perovskite solar cells‬حيث يتم استخدام المواد‬
‫العضوية‪.‬‬
‫هذه الخاليا ذات بناء بلوري محدد‪ ،‬وتحتوي على الكثير من المواد مثل‬
‫الكلور‪ ،‬والبروم‪ ،‬واليود‪ ،‬والرصاص وهذه المواد رخيصة نسبيا مقارنة‬
‫بكفاءتها العالية‪ ،‬وهذه المواد محدودة االستخدام ألن عمرها قصير‪.‬‬
‫‪-7‬الخاليا الشمسية العضوية‪.‬‬
‫وهي تتكون من طبقات مبلمرة رخيصة برغم من عدم انتشار هذه المواد‬
‫فهي موجودة بشكل محدود وهي أيضا ذات كفاءة عالية‪.‬‬
‫‪-8‬الخاليا الشمسية الصبغية‪.‬‬
‫يتم تصنيع هذه الخاليا من ثنائي أكسيد التيتانيوم‪ ،‬ويتم تغليفها بطبقة رقيقة‬
‫من ال ُمحسسات تقوم صناعة هذه الخاليا اعتمادا على تكنولوجيا النانو‪،‬‬
‫وهذه المواد مازالت تحت الفحص المخبري التجريبي رغم معرفة كفاءتها‬
‫العالية نظريا‪.‬‬
‫طريقة عمل الخاليا الشمسية ‪:‬‬
‫عندما تسقط األشعة الشمسية على الخلية تقوم الطبقة المضادة االنعكاس‬
‫بحجز الضوء الساقط عليها وتساعد على انتقاله إلى الطبقات السفلى‪.‬‬
‫عند تعرض الشريحة السالبة لإلشعاع الشمسي فهذا يؤدي إلى تنقل طاقة‬
‫الفوتون إلى اإللكترونات الموجودة في منطقة التعادل وهذا يجعلها قادرة‬
‫على االنتقال إلى منطقة التوصيل في الشريحة السالبة‪.‬‬
‫كما تقوم الفجوات الموجبة بالتنقل إلى الشريحة الموجبة‪ ،‬وينتج عن هذه‬
‫فرق الجهد بين الشريحتين‪.‬‬
‫‪6‬‬
‫يتم الوصل بين السطحين باستخدام موصل كهربي فيتم نقل التيار‬
‫الكهربائي في دائرة كهربية‪.‬‬
‫حيث يقوم اإللكترون في الدائرة الكهربية بالمرور من الوصلة السالبة إلى‬
‫الموجبة‪ ،‬وهكذا يتم تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربية‪.‬‬
‫عند فتح الدائرة الخارجية للخلية‪ ،‬يكون شدة التيار وقتها ‪ 0.07‬أمبير‬
‫ويكون فرق الجهد ‪ 0.6‬فولت وحسب العالقة القدرة الكهربية= التيار×‬
‫فرق الجهد‪ ،‬فهذا يعني أن القدرة الكهربية الناتجة تكون ‪ 0.04‬واط‪.‬‬
‫إذا أردنا تشغل مضخة قدرتها الكهربية ‪ 187‬واط‪ ،‬فإننا سوف نحتاج إلى‬
‫مئات من الخاليا الشمسية التي تكون متصلة مع بعضها على التوالي أو‬
‫التوازي‪.‬‬
‫المراجع‪:‬‬
‫‪1-https://smarttaqa.com/types-of-solar-cells‬‬
‫‪2-https://ar.wikipedia.org‬‬
‫‪3-https://www.rfwirelessworld.com‬‬
‫‪/Terminology/Advantages-and-Disadvantages-of‬‬‫‪Solar-Cell.html‬‬
‫‪7‬‬
Download