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