الرئيسية > السؤال
السؤال
ما طريقة عمل الالواح الشمسية ؟
العلوم 24‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة عزة ماهر.
الإجابات
1 من 53
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة elmasreymahmoud.
2 من 53
لابد من أنك رأيت الآلات الحاسبة التي لها خلايا شمسية .... الحاسبات التي لا تحتاج إلى بطاريات وفي بعض الأحيان لا تحتاج إلى زر الإطفاء وتبدو لك بأنها ستعمل إلى الأبد طالما لديك الكمية الكافية من الضوء, وأيضاً لابد من أنك رأيت ألواح شمسية أكبر من ذلك .... مثلاً على إشارات الطريق الطارئة أو في الهواتف العامة أو في الطوافات أو حتى في المواقف لتشغيل الأضواء, على الرغم من أن هذه الألواح الكبيرة ليست شائعة مثل الآلات الحاسبة التي تعمل على النظام الشمسي ولكنها شائعة في الخارج وليس من الصعب جداً إكتشافها إذا عرفت أين تبحث عنها.

هناك صفوف من الخلايا الشمسية على الأقمار الصناعية على الأقمار الصناعية التي تستعمل لتشغيل الأنظمة الكهربائية, ولابد أنك سمعت أيضاً عن (الثورة الشمسية) في الـ20 سنة الماضية والفكرة أنه يوماً من الأيام سوف نستخدم الكهرباء مجاناً من الشمس (إن هذا وعد مغري).

تشرق الشمس في يوم مشمس وساطع 1000 واط تقريباً لكل متر مربع من سطح الكوكب وإذا استطعنا جمع كل هذه الطاقة فسنستطيع وقتها أن نزود منازلنا ومكاتبنا بالطاقة مجاناً.

تقوم الألواح بامتصاص الطاقة لتنتج الهيدروجين في Sunline Transit Agency.

سنقوم في هذه المقالة بفحص الخلايا الشمسية لكي نتعلم كيف تقوم هذه الخلايا بتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء مباشرةً في هذه العملية سوف نتعلم لماذا نقترب أكثر من إستخدام طاقة الشمس على أساس يومي ولماذا علينا القيام بالمزيد من البحوثات قبل أن تصبح العملية فعالة.


تحويل الفوتونات إلى إلكترونات

إن الخلايا الشمسية التي رأيتها في الآلات الحاسبة وفي الأقمار الصناعية هي خلايا جهد كهربائي ضوئي (فلطائية) أو وحدات (الوحدات هي ببساطة مجموعة من الخلايا أوصلت كهربائياً ورزمت في إطار واحد).
(Photovoltaic) (PV) الضوء الفلطائي (ضوء الجهد الكهربائي) كما تدل الكلمة
Photo= ضوء voltaic= كهرباء . تحول ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء, وقد أستخدمت مرة واحدة في الفضاء بشمل خاص ويستخدم الضوء الفلطائي في أقل طرق غريبة حتى أن بإمكانهم تزويد بيتك بالطاقة.


كيف تعمل هذه الأدوات؟

صنعت خلايا الضوء الفلطائي (ضوء الجهد الكهربائي) من مواد خاصة تسمى((Semiconductors أشباه موصلات مثل السيليكون حيث أن استخدامه أكثر شيوعاً الآن , عندما يضرب ضوء الشمس الخلية فإن جزء معين من الخلية وهي داخل المادة الشبه موصلة التي تقوم بإمتصاص الضوء هذا يعني أن طاقة الضوء الممتص تحولت إلى الشبه موصلات الـ((Semiconductors وتضرب الطاقة الإلكترونية الطليقة سامحة لهم بالتدفق بحرية.
إن خلايا (PV) تملك أيضاً حقلاً أو حقول كهربائية أكثر التي تقوم بإجبار الإلكترونات التي حررت بواسطة الضوء الممصوص بالتدفق بإتجاه معين, وتدفق الإلكترونات هذا هو التيار ويمكننا أن نسحب التيار للإستعمال الخارجي وذلك بوضع وصلات معدنية في قمة وأسفل خلايا الـPV)) مثلاً يستطيع التيار تشغيل آلة حاسبة وإن التيار مع الجهد الكهربائي للخلية (الذي نتج من الحقل أو من الحقول الكهربائية) يقومان بتحديد قوة (أو قدرة الواط) التي بمكن أن تنتجها الخلية الشمسية, هذه هي العملية الأساسية ولكن هناك عمليات أخرى غيرها.
لنلقي نظرة أعمق إلى مثال من خلية (PV): خلية السيليكون البللورية الوحيدة


السيليكون

إن السيليكون لديه بعض الخواص الكيماوية الخاصة خصوصاً في شكله البللوري, لدى ذرة السيليكون 14 إلكتروناً مرتبة في ثلاثة طبقات مختلفة, وأول طبقتين واللتين هما الأقرب إلى المركز ممتلئتين تماماً, وإن الطبقة الخارجية فقط هي الطبقة النصف ممتلئة ولديها أربعة إلكترونات فستقوم ذرة السيليكون بالبحث دائماً عن الطرق لتملأ طبقتها الأخيرة (التي تود الحصول على ثمانية إلكترونات) ولتفعل ذاك ستشترك بأربعة إلكترونات مع ذرة السيليكون التي تقع بالقرب منها فتبدو كل ذرة تمسك بيد الذرة التي تقع إلى جانبها فكل ذرة لديها أربعة أيدي تشاركهم معه أربعة من جيران لها وهذا الذي يشكل التركيب البللوري وهذا التركيب يرتد إلى الخارج ليصبح هاماً لخلية الـ(PV) لقد وصفنا الآن السيليكون البللوري الصافي.
إن السيليكون البللوري الصافي ناقل ضعيف للكهرباء لأنه لا يوجد ولا واحدة من إلكتروناتها حر الحركة مثل الإلكترونات التي لديها ناقل جيد كالنحاس وبدلاًمن ذلك فإن الإلكترونات جميعها محبوسة في التركيب البللوري ولكن السيليكون في الخلية الشمسية معدل بعض الشيء لذلك سيعمل مثل الخلية الشمسية



السيليكون في الخلايا الشمسية:

إن الخلية الشمسية فيها سيليكون مع الشوائب إختلط معها ذرات أخرى وذلك يغير عمل الأشياء فيها قليلاً ونحن نعتبر الشوائب عادة كشيء مكروه ولكن في هذه الحالة لن تعمل بدون هذه الشوائب وفي الحقيقة توضع هذه الشوائب عمداً.

سنعتبر بأننا مزجنا ذرة السيليكون مع الفوسفور ربما ذرة فوسفور واحدة لكل مليون ذرة سيليكون, الفوسفور لديه خمسة إلكترونات في الطبقة الخارجية وليس أربعة وهو يلتصق بذرات جاره السيليكون ولكن الفوسفور إلكتروناً واحداً ليس لديه أحد يمسك بيده وهو لا يشكل جزء من الرابطة ولكن هناك بروتون إيجابي في النواة الفوسفورية التي تبقي الذرة في محلها.

عندما تضاف الطاقة إلى السيليكون الصافي مثلاً عند تشكيل الحرارة ستتسبب بإفلات بضعة إلكترونات من روابطهم وبترك ذراتهم وفي كلتا الحالتين تقوم الإلكترونات بترك فجوات ورائها وبالتالي تتجول الإلكترونات بشكل عشوائي حول الشبكة باحثة عن فتحة أخرى لتهبط فيها وتدعى هذه الإلكترونات بالناقلات الحرة وتستطيع أن تحمل تياراً كهربائياً وهناك البعض منهم في السيليكون الصافي ولكنهم على أي حال ليسوا مفيدون جداً ولكن السيليكون الملوث الذي مزج معه ذرات فوسفور فهو قصة مختلفة, وإن إلكترونات الفوسفور الحرة الإضافية لم تربط برابطة لأن الإلكترونات التي تجاورها لم ترصها وكنتيجة لذلك فإن أغلب هذه الإلكترونات تفلت ونحن لدينا الكثير من النواقل الحرة أكثر من التي نريدها في السيليكون الصافي.

إن عملية إضافة الشوائب عمداً تسمى التخدير وعند التخدير مع الفوسفور فإن السيليكون الناتج يسمى (N-Type) N = Negative سلبي بسبب إنتشار الإلكترونات الحرة, وإن السيليكون المخدرالسلبي (N-Type) ناقل افضل بكثير من من السيليكون الصافي وفي الحقيقة الجزء السلبي الوحيد(N-Type) من الخلية الشمسية وخدرت الأجزاء الأخرى بالبورون التي لديها ثلاثة إلكترونات سيليكون فقط في الطبقة الخارجية بدلاً من أربعة لتصبح (P-Type) P = Positive إيجابي وبدلاً من أن يكون لديه إلكترونات حرة فإن لديه فراغات حرة وهي فراغات خالية من الإلكترونات لذلك فهي تحمل الشحنة النقيضة (الإيجابية) وهم يتحركون هنا وهناك مثلما تفعل الإلكترونات, لذا إلى أين أوصلنا كل هذا؟

السيليكون السلبي(N-Type) + الإيجابي(P-Type):

يبدأ الجزء المثير عندما تقوم بوضع السيليكون ذو الشحنة السلبية N-Type) ) مع السيليكون ذو الشحنة الإيجابية (P-Type) وتذكر بأن كل خلية (PV) تحتوي على الأقل حقل كهربائي واحد وبدون الحقل الكهربائي فإن الخلية لن تعمل ويتشكل هذا الحقل عندما يتصل السيليكون ذو الشحنة السلبية مع السيليكون ذو الشحنة الإيجابية.

إن الإلكترونات الحرة في الجهة السلبية تبحث عن فجوات لكي تهبط فيها وعندما ترى الفجوات في الجهة الإيجابية تسع لكي تهبط فيها, كان السيليكون قبل ذلك محايد كهربائياً والإلكترونات الزائدة توازنت مع البروتونات في الفوسفور والإلكترونات المفقودة (الفجوات) التي تتوازن مع البروتونات المفقودة في البورون, وعندما تختلط الفجوات مع الإلكتونات في إتصال الشحنات السالبة مع الشحنات الموجبة في السيليكون فإن الحياد يعطل, إذاً هل ملأت كل الإلكترونات الحرة كل الفجوات الفارغة؟؟؟ لا. ولكن إذا فعلت ذلك فإن كل الترتيب القائم في الإتصال لن يكون مفيداً, على أي حال فهي تختلط وتشكل حاجزاً وتجعل مرور الإلكترونات من الجانب السلبي إلى الجانب الإيجابي صعباً جداً وفي آخر الأمر فإن التوازن سيصل وسيصبح لدينا حقل كهربائي يفصل الجانبين.


إن الحقل الكهربائي يتصرف مثل الدايود سامحاً (أوحتى دافعاً) للإلكترونات بالتدفق من الجهة الإيجابية إلى الجهة السلبية وليس إلى الجهة الأخرى وهذه العملية مثل التلة حيث تستطيع الإلكترونات أن تذهب لآخر التلة (إلى الجهة السلبية) ولكنها لا تستطيع التسلق إلى التلة (إلى الجهة الإيجابية) لذلك أصبح لدينا حقل كهربائي يتصرف مثل الدايود حيث تستطيع الإلكترونات التحرك بإتجاه واحد فقط.
والآن دعونا نرى ماذا يحدث عندما يضرب الضوء الخلية.

عندما يضرب الضوء الخلية:

عندما يضرب ضوء على شكل فوتونات الخلية تقوم طاقته بتحرير أزواج من الفجوات الإلكترونية و سيقوم كل فوتون مع طاقته الكافية بشكل طبيعي بتحرير إلكترون واحدة بالضبط والذي سيؤدي إلى إقامة فجوات أيضاً وإذا حدث هذا بالقرب الكافي من حقل الإلكترونات أو إذا حدث أن تجولت الإلكترونات الحرة والفتحات الفارغة باتجاه مدار تأثيرها سيقوم الحقل بإرسال الإلكترون إلى الجهة السلبية والفتحات إلى الجهة الإيجابية وسيتسبب ذلك أيضاً بتمزيق الحياد الكهربائي, وإذا قمنا بتزويد طريق تدفق خارجي ستتدفق الإلكترونات من خلال الطريق إلى جهتها الأصلية (الجهة الإيجابية) لتتخذ الفجوات التي قام بإرسالها الحقل الكهربائي إلى هناك لتقوم بعملها على طول الطريق.

إن تدفق الإلكترونات يزودنا بتيار الحقل الكهربائي للخلية ويتسبب بالجهد الكهربائي (الفلطية) وبالنتيجة نحصل على الطاقة التي انتجت من كلا التيار والجهد الكهربائي
(الفلطية).


ماهو قدر طاقة ضوء الشمس التي تمتصها خليةالـ(pv)؟
لسوء الحظ إن أكبر كمية تستطيع الخلية إمتصاصها هي حوالي 25% وعلى الأرجح 15% أو أقل . لماذا هذا القدر القليل؟

فقدان الطاقة


لماذا لا تمتص الخلية أكثر15% من طاقة ضوء الشمس ؟

إن الضوء المرئي هو فقط جزء من المجال الكهرومغناطيسي وإن الطيف الكهرومغناطيسي ليس أحادي اللون إنما يتكون يتكون من أطوال موجية مختلفة ولذلك فإن الطاقة تكون على مستويات فتقوم النسبية الخاصة بعمل دراسة جيدة للطيف الكهرومغناطيسي ويمكن أن يجزء الضوء إلى أطوال موحبة مختلفة ونستطيع أن نراهم على شكل قوس قزح طالما أن الضوء الذي يضرب الخلية لديه مدى واسع من طاقة الفوتونات ويظهر بأن البعض منهم ليس لديهم طاقة كافية لتشكيل فتحات إلكترونية مزدوجة وسيعبرون ببساطة عبر الخلية كأنهم شفافون ولكن لازالت الفوتونات المتبقية لديها الكثير من الطاقة فقط كمية معينة من الطاقة قيست في فولطات الإلكترونات (ev) وحددت بمادة الخلية بحوالي (1.1 فولط إلكتروني Ev-- للسيليكون البللوري) تتطلب لخسارة الإلكترونات وإننا ندعو هذا ربط فجوة طاقة المادة, إذا كان لدى الفوتونات طاقة أكثر من الكمية المطلوبة فإن الطاقة الزائدة ستفقد( مالم يكون يكون لدى الفوتونات طاقة ضعف الكمية المطلوبة ويمكن أن يحدث أكثر من زوج واحد من فتحة الإلكترون ولكن تأثيرها لن يكون بهذه الأهمية) وهذين التأثيرين يقومان بتفسير خسارة حوالي 70% من طاقة الإشعاع الذي يحدث في الخلية, لماذا لا نستطيع أن نختار مادة ذات ربط فجوة منخفض وبذلك نستطيع إستخدام أكثر من فوتون؟

ولكن لسوء الحظ إن ربط الفجوة يحدد قوة الجهد الكهربائي للحقل المغنطيسي وإذا كانت منخفضة جداً ماذا سنختلق عندها مع تيار زائد (بإمتصاص فوتونات أكثر) وسنفقد التيار بإمتلاك جهد كهربائي قليل وإن الجهد الكهربائي (القوة الفولطية) تؤقت تياراً, إن ربط الفجوة المثالي يوازن هذان التأثيران بحوالي (1.4 Ev) لخلية صنعت من مادة وحيدة ولدينا أيضاً خسائر أخرى يجب على الإلكترونات أن تتدفق من جهة واحدة إلى جهة أخرى في الخلية من خلال دائرة خارجية, نستطيع تغطية القاع بالمعدن لكي نسمح بالإتصال الجيد ولكن إذا غطينا القمة بالكامل عندها لن تستطيع الفوتونات العبور بالموصل المعتم وعندها نخسر كل التيار (في بعض الخلايا تستخدم الموصلات الشفافة على السقف العلوي وليس على الخلية كلها)

إذا وضعنا الموصلات فقط على جوانب الخلية عندها يجب على الإلكترونات أن تجتاز مسافة طويلة جداً حتى تصل إلى الموصلات وتذكر بأن السيليكون شبه موصل وهو ليس ناقل جيد للتيار كالمعدن ومقاومته الداخلية(سلسلة المقاومة) عالية جداً والمقاومة العالية تعني خسائر عالية ولتقليل الخسائر غطيت الخلية بشبكة إتصال معدنية التي تقوم بتقصير المسافة التي تجتازها الإلكترونات عندما تغطي جزء بسيط من سطح الخلية ورغم ذلك فإن بعض الفوتونات مسدودة بالشبكة التي لايمكن أن تكون صغيرة جداً وإلا ستكون مقاومتها الخاصة عالية جداً.

إنهاء الخلية


إن هنالك بعض الخطوات قبل إستخدام الخلية, إن السيليكون مادة مشعة جداً وهذا يعني بأنها عا**ة جداً والفوتونات العا**ة لا يمكن إستخدامها في الخلية لذلك استعمل في قمة الخلية طلاء غير عا** لتحويل خسائر الإنعكاس لأقل من 5 % , أما الخطوط الاخيرة فهي صفيحة غطائية زجاجية تقوم بحماية الخلية من العناصر.

إن وحدات الـ(pv) مكونة من خلايا موصلة (36 خلية عادة) بسلاسل متوازية للوصول إلى مستويات جيدة من الجهد الكهربائي (الفولطية) والتيار, ووضعوا في إطار متين يكتمل مع الغطاء الزجاجي والأطراف الموجبة والسالبة في الخلف.

إن مادة السيليكون المفردة ليست المادة الوحيدة التي تستخدم في خلايا الـ(pv) يستخدم السيليكون متعدد البللورات أيضاً في محاولة قطع خسائر الصناعة وبالرغم من أن نتائج الخلايا ليست فعالة كالسيليكون الكريستالي المفرد,
إن السيليكون الغير متبلور الذي ليس لديه تركيب بللوري يستخدم أيضاً في محاولة تخفيض تكاليف الإنتاج, استخدمت مواد أخرى مثل زرنيخد الغاليوم وانديوم نحاسي وتلوريد الغاليوم وبما أنها مواد لديها ربط فجوات مختلفة فإن التوافق سيتشكل بأطوال موجبة مختلفة أو ستكون الفوتونات ذات قوى مختلفة, وقد طورت طريقة واحدة فعالة لإستخدام طبقتين أو أكثر من المواد المختلفة مع فجوات ذات ربط مختلف, إن المادة ذات أعلى ربط فجوة تكون على السطح وتمتص فوتونات غنية بالطاقة بينما تسمح للفوتونات ذات الطاقة الأقل لأن تمتص من قبل المادة أقل قدرة على ربط الفجوة التي تقع في الأسفل وتسمى مثل هذه الخلايا بالخلايا متعددة الإتصالات ويمكن أن يكون لديها أكثر من حقل كهربائي

تزويد المنزل بالطاقة


لدينا الآن وحدة الـ(pv) فماذا يمكن أن نفعل بها؟

ماذا يجب عليك أن تفعل لتزويد منزلك بالطاقة عن طريق الطاقة الشمسية؟

على الرغم من أنها ليست ببساطة وضع وحدات فوق السطح ولكنها ليست بهذه الصعوبة أيضاً.
أولاً ليس كل سطح لديه الجهة الصحيحة أو زاوية إنحناء للإستفادة من طاقة الشمس, يجب أن توجه أنظمة (pv) غير تتبعية في نصف الكرة الأرضية الشمالي إلى الناحية الجنوبية الصحيحة ويجب أن يمالوا إلى زاوية تتساوى مع خط عرض المنطقة لتمتص الكمية القصوى من الطاقة طوال العام, إن التوجيه المختلف أو المعدل المختلف يمكن أن يستخدموا إذا أردت أن تزيد من إنتاج الطاقة في الصباح أو في العصر أو في الصيف أو في الشتاء, وبالطبع لا يجب أن تظلل الوحدات بالأشجار أو بالأبنية القريبة وهذا لا شأن له بوقت اليوم أو وقت السنة وفي وحدات (pv) حتى إذا كانت خلية واحدة من الـ(36) خلية مظللة فسيخفض ذلك إنتاج الكهرباء لأكثر من النصف.

إذا كان لديك بيت غير مظلل وسقفه يتجه جنوباً فيجب أن تقرر حجم النظام الذي ستحتاجه وإنه يعتمد أيضاً على الحقائق التي تقول بأن إنتاج كهربائك يعتمد على الطقس الذي يكون عادة غير متوقع وبأن الكهرباء لديك ستتفاوت أيضاً إن هذه الموانع من السهل جداً توضيحها حيث تعطي البيانات الأرصادية المعدل الشهري لمستويات ضوء الشمس لمناطق جغرافية مختلفة, ويؤخذ أيضاً بعين الإعتبار هطول المطر والأيام الغائمة بالإضافة إلى الرطوبة وعوامل دقيقة أخرى, لذلك يجب عليك أن تخطط من أجل أسوأ شهر لتحصل على كهرباء كافية طول السنة ومع تلك البيانات وبمعرفة معدل متطلبات بيتك (فواتيرك الشهرية ستعلمك بشكل ملائم عن كمية الطاقة التي تستهلكها كل شهر) بهذه الطرق البسيطة ستستطيع تقرير وحدةالـ(pv) التي ستحتاجها, ويجب أيضاً أن تقرر نوع نظام الجهد الكهربائي (الفولطية) التي يمكن أن تحددها بتقرير كمية الوحدات لتربطها بسلاسل.


العقبات:


ربما هناك مشكلتين يجب أن تجد لهما الحل, أولاً: ماذا سنفعل إذا لم تشرق الشمس؟ بالتأكيد لا أحد سيقبل بأن تكون لديه كهرباء فقط أثناء النهار وأيضاً في الأيام الصافية, في هذه الحالة نحن نحتاج إلى بطاريات مخزنة للكهرباء ولسوء الحظ فإن البطاريات تزيد الكثير من التكلفة والصيانة إلى نظام الـ(pv) ولكن على أي حال هي ضرورية إذا كنت تريد أن تكون مستقلاً بشكل كامل وهناك طريقة أيضاً حول المشكلة وهي بوصل بيتك إلى شبكة المؤسسة حيث ستقوم بشراء الطاقة عندما تحتاجها و تبيعها لهم عندما تنتج طاقة أكثر من ما تحتاج وبهذه الطريقة تكون المؤسسة مثل نظام تخزين عملي غير محدود ويجب أيضاً على المؤسسة أن تكون موافقة على ذلك, وفي أغلب الأحيان ستقوم المؤسسة بشراء الطاقة منك بسعر أقل بكثير من سعر بيعهم الخاص وأيضاً ستحتاج إلى أجهزة خاصة لتتأكد من أن الطاقة التي تبيعها للمؤسسة تتزامن مع طاقتهم وبأنها تشترك معها في نفس الشكل الموجي الجيبي ونفس التردد.

يجب على المؤسسة أن تتأكد بأن نظام الـ(pv) خاصتك لن يدخل الكهرباء بشكل خطوط عند انقطاع التيار الكهربائي فتعتقد بأن الأسلاك خالية من الكهرباء وهذا يسمى (العزل).
إذا قررت إستخدام البطاريات يجب أن تبقي البطاريات دائماً وإذا أردت استبدالها ستكون العملية بعد بضعة سنوات.

إن وحدات الـ(pv) يجب أن تبقى لـ(20) سنة أو أكثر والبطاريات في نظام الـ(pv) يمكن أن تكون خطيرة جداً بسبب الطاقة التي تخزنها, وبسبب محلول الكهرباء الحمضي الذي تحتويه لذلك ستحتاج إلى إحاطة غير معدنية ومعرضة للهواء بشكل جيد.

--------------------------------------------------------------------------------

البطاريات ذات المدار العميق:

ما هو نوع البطاريات الذي يستعمل في أنظمة الـ(PV) ؟.
بالرغم من أن هناك أنواع مختلفة من البطاريات تستخدم عادةً ولكن هناك ميزة واحدة يجب أن تكون مشتركة بينهم كلهم وهي البطاريات ذات المدار العميق وهي ليست كبطارية السيارة التي تتميز بأنها ذات مدار سطحي, إن البطاريات ذات المدار العميق تستطيع أن تفرغ أكثر من طاقتها المخزونة وأيضاً لديها حياة طويلة أما بطارية السيارة تطلق تياراً كبيراً في وقت قصير ـ لكي تشغل السيارة ـ وثم تعيد الشحن فوراًعندما تسير السيارة.

إن بطاريات الـ(PV) يجب عليها أن تطلق تياراً أصغر في فترة أطول بشكل عام (مثلاً طوال الليل) بينما تقوم بالشحن خلال النهار, وإن بطاريات المدار الطويل الأكثر إستخداماً هي بطاريات حمض الرصاص وأيضاً بطاريات كاديوم ***ل, وبطاريات كاديوم ***ل أغلى ولكنها تبقى لمدة أطول ويمكن أن تفرغ طاقة بدون أذى وحتى بطاريات حمض الرصاص ذات المدار العميق لا تستطيع إفراغ 100% من الطاقة بدون إختصار حياة البطارية وبشكل عام إن أنظمة الـ(PV) صممت لإفراغ التيار عن طريق بطاريات حمض الرصاص وليس أكثرمن 40 أو 50 %.

يتطلب إستخدام البطاريات تركيب عنصر أساسي آخر يدعى المتحكم بالشحن, وستعيش البطاريات أكثر إذا تلقت العناية وذلك بعدم الإفراط بشحن البطارية أو عدم إفراغها كثيراً, وهنا يأتي عمل المتحكم بالشحن, عندما تشحن البطاريات بالكامل فإن المتحكم بالشحن لا يدع التيار في وحدات الـ(PV) يستمر بالتدفق إلى البطاريات وأيضاً عندما تفرغ البطاريات إلى مستوى قد حدد مسبقاً تحت سيطرة قياس الجهد الكهربائي (الفولطية) للبطارية فمغظم المتحكمين بالشحن لن يسمحوا بإفراغ المزيد من التيار من البطاريات حتى تشحن البطارية مرة أخرى, فجهاز التحكم بالشحن ضروري لضمان حياة البطارية الطويل.

قلب التيار المباشر إلى تيار متناوب:


إن المشكلة الأخرى هي إذا أردت إستخدام الكهرباء المولدة من وحدات الـ(PV) التي استخرجت من البطاريات وهو تيار مباشر بينما الكهرباء التي تؤمنها المؤسسة (والنوع الذي يستخدم في كل أدوات المنزل) هو تيار متناوب فأنت في هذه الحالة تحتاج إلى عا**ة وهي أدات تقوم بقلب التيار المباشر إلى تيار متناوب وإن أكثر العا**ات سيسمحون لك باسيطرة أوتوماتيكياً على كيفية عمل نظامك.

إن بعض وحدات الـ(PV) تسمى بوحدات التيار المتناوب لأنه قد بني عا** لدى كل وحدة وهذا يزيل الحاجة إلى عا**ة مركزية كبيرة ويبسط عملية توزيع الأسلاك.


يجب أن تتبع التعليمات الكهربائية في الأجهزة المتزايدة وتوزيع الأسلاك وصناديق التوصيل ومعدات الأرضية والحماية في التيار وعدم اتصال التيار المباشر والتيار المتناوب وملحقات أخرى, وهي توصي إلى حد كبير بأن التركيب يجب أن ينفذ من قبل كهربائي ذو رخصة وأن يكون لديه خبرة في أنظمة الـ(PV), وعندما يركب النظام فإن متطابات الصيانة في نظام الـ(PV) قليلة جداً (خاصة إذا لم تستخدم أية بطارية) وستقوم بتزويدك بالكهرباء بشكل نظيف وبهدوء لمدة 20سنة أو أكثر.
ـ إذا كان الجهد الكهربائي (الفلطائية) الضوئي مصدر رائع للطاقة المجانية فلماذا لا يجري كل العالم باتجاه الطاقة الشمسية؟.

إن بعض الناس لديهم مفهوم ضعيف عن الطاقة الشمسية( صحيح أن ضوء الشمس مجاني ولكن الكهرباء التي ولدت بأنظمة الـ(PV) ليست كذلك) وكما رأيت من شرحنا حول نظام الـ(PV)البيتي فإنك تحتاج إلى القليل من الأدوات.

إن تركيب نظام الـ(PV) سيكلف حالياً 9 دولارات لكل واط بالغ الذروة, ولنعطيك فكرة عن قدر الكلفة في نظام البيت لنأخذ بعين الإعتبار البيت الشمسي وهو بيت سكني نموذجي في ريلاي ـ كارولينا الشمالية مع نظام الـ(PV) المركب من قبل مركز كالورينا الشمالية الشمسي North Carolina Solar Center) ) وذلك لإظهار تقنية نظام الطاقة الشمسية, بيت صغير جداً وقدر نظام الشمس فيه بـ 3.6 كيلو واط من نظام الـ(PV) ويغطي حوالي نصف كمية الكهرباء الكلية التي يحتاجها (هذا النظام ليس لديه بطاريات وهو موصول بشبكة) وبالرغم من أنه يكلف 9 دولارات لكل واط فإن هذا النظام المركب يكلف حوالي 32000 دولار, وهذا النظام لا يستطيع التنافس مع المؤسسات وكلما زادت البحوثات فإن الكلفة تنزل وإن الباحثون واثقون بأن كلفة نظام الـ(PV) سيكون فعال في المناطق الحضرية بالإضافة إلى المناطق البعيدة.

ويكمن جزء من المشكلة في أن التصنيع يحتاج لأن ينجز في مناطق واسعة لتخفيض الكلف قدر المستطاع وعلى أي حال هذه المطالب لن تلبى حتى تنزل الأسعار إلى المستويات التنافسية وإن فعالية الوحدة والطلب يرتفعان بشكل ثابت والأسعار تهبط, ويصبح العالم مدركاً بشكل متزايد للمخاوف البيئية التي ارتبطت بالمصادر الكهربائية التقليدية مما يجعل للخلايا الفلطائية الضوئية مستقبل لامع

شكرا
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة elmasreymahmoud.
3 من 53
تمتص الطاقة الشمسية ثم تخزنها للاستفادة منها في وقت الحاجة
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة آحمد التميمي (Ahmed Mohammed).
4 من 53
لا اعرف بالضبط لكن (المهم انه مفيد و يوفر التلوث و الماال) ,.
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة المشرشف.
5 من 53
سـبـحـآن الله وبـحمـده~~~سـبـحــآن الله الـعـظـيمـ
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة ليل اسمر (Mujėrđ HỆKĂyĥ).
6 من 53
اشهد ان لا اله الا الله وان محمدا رسول الله
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة d12.
7 من 53
من الطبيعي عزيزي القارئ انك تعاملت مع الخلايا الشمسية من خلال استخدامك للالة حاسبة مزودة بخلية شمسية كمصدر للطاقة الكهربية تعمل بدون بطارية وتستمر في العمل دون توقف طالما توفرت كمية كافية من الضوء.  كما ان هناك الواح شمسية كبيرة تستخدم في تطبيقات متعددة ومنها على سبيل المثال في الاقمار الصناعية حيث تعتبر المصدر الرئيسي للطاقة الكهربية.
إن الاعتماد على الطاقة الشمسية كمصدر للطاقة الكهربية هو الحل الامثل للحصول على طاقة مجانية وغير ضارة للبئية.  إن كمية الطاقة التي تصل إلى الارض من الشمس في يوم مشرق تقدر بـ 1000 وات لكل متر مربع وبالتالي لو تم تزويد اسطح منازلنا بمجموعة من الالواح الشمسية المتراصة يمكن ان نحصل على طاقة كهربية مجانية كافية لمتطلبات الحياة اليومية.

ومن الجدير ذكره ان أسبانيا بدأت في مارس 2007 بتطبيق قانون جديد يلزم من يقدم على بناء عقار أو تجديد مبنى بإنشاء وحدة لتحويل الطاقة الشمسية على سطحه. يأتي ذلك في إطار جهود الحكومة الأسبانية للحد من الطلب المتزايد على الطاقة، والحد من التلوث الناتج عنها.  وطبقا لتقديرات حكومية، فإن لوحا للخلايا الشمسية بمساحة مترين مربعين موضوع على سطح أحد المنازل يمكن أن يوفر ما بين 30 إلى 70 % من الطاقة اللازمة لتسخين المياه على حسب موقع المبنى وكمية المياه المستخدمة.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

ألواح من الخلايا الشمسية

في هذه المقالة من كيف تعمل الاشياء سوف نقوم بشرح فكرة عمل الخلايا الشمسية وكيف تقوم بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.  كما سوف نعرف اخر المستجدات والتطورات التي تسهل علينا من استخدام الخلايا الشمسية كمصدر للطاقة وما هي اهم العقبات التي تواجه العلماء الان.
خلايا الفوتوفولتيك: تحويل الفوتون إلى الكترون

الخلايا الشمسية المستخدمة في الالات الحاسبة وفي الاقمار الصناعية هي عبارة عن خلايا فوتوفولتيك photovoltaic cells وهي عبارة عن مجموعة من الخلايا الكهربية موصلة مع بعضها البعض في اطار واحد على شكل لوحة.  وكلمة فوتوفولتيك هو اسم مشتق من طبيعة عمل الخلية فكلمة فوتو photo تعني ضوء وكلمة فولتيك voltaic تعني كهرباء، وهذا يعني تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.  في البداية كانت خلايا الفوتوفولتيك تستخدم في الاقمار الصناعية ومحطات الفضاء للحصول على الكهرباء من اشعة الشمس مباشرة والان بدأت تدخل في العديد الأجهزة الالكترونية وفي السيارات قريباً سوف نستخدمها كمصدر للطاقة الكهربية في منازلناً.  والسؤال الان كيف تعمل خلية الفوتوفولتيك؟

تصنع خلية الفوتوفولتيك من المواد اشباه الموصلات semiconductors مثل السيليكون وكل خلية فوتوفولتيك مكونة من بلورة واحدة من السيلكون وتشكل مجموعة كبيرة من خلايا الفوتوفولتيك الخلية الشمسية.  وببساطة عندما تسقط اشعة الضوء على الخلية فإن جزء من الضوء يتم امتصاصه من قبل ذرات السيليكون، اي ان طاقة الضوء قد امتصت من قبل مادة الخلية.  تعمل هذه الطاقة على اثارة الالكترونات الغير مرتبطة في المادة وتجعلها تتحرك بحرية داخل المادة.  وعندما تتعرض هذه الالكترونات الحرة لمجال كهربي فإنها سوف تتحرك كلها في اتجاه واحد وهذا يعني تيار كهربي وعند ربط طرفي خلية الفوتوفولتيك بنقطتي توصيل على السطح العلوي والسطح السفلي للخلية نحصل على تيار كهربي طالما استمر سقوط الضوء على خلية الفوتوفولتيك. وهذا التيار الكهربي هو الذي يشغل الالة الحاسبة وبمعلومية قيمة التيار الكهربي المار في الدائرة وفرق الجهد الكهربي المتولد على طرفي خلية الفوتوفولتيك يمكن ان نحصل على قيمة الطاقة الكهربية (الطاقة الكهربية (وات) = التيار الكهربي (امبير) x فرق الجهد الكهربي (فولت)) التي يمكن ان تولدها الخلية الشمسية.

هذا الشرح المبسط في الحقيقة يخفي تفاصيل اكثر واعمق ولكن كان بهدف اعلامك عزيزي القارئ المبدأ الرئيسي لفكرة عمل الخلية الشمسية، والان سوف نقوم بتفصيل الموضوع اكثر من خلال تكبير خلية الفوتوفولتيك والتي هي كما ذكرنا خلية من بلورة واحدة من السليكون.

كيف يعمل السيلكون كخلية شمسية

يمتلك السيلكون بعض الخواص الكيميائية في تركيبه البلوري.  فذرة السيليكون تحتوي على 14 الكترون موزعة على ثلاث مستويات طاقة.  مستويين الطاقة الاول والثاني الاقرب للنواة يكونان ممتلأن تماماً بالالكترونات والمستوى الثالث أو المستوى الخارجي يحتوي على 4 الكتورنات فقط اي يكون نصفه ممتلئ والنصف الاخر فارغ حيث ان المدار يكتمل بـ 8 الكترونات.  وتسعى ذرة السيليكون لان تكمل النقص في عدد الالكترونات في المستوى الخارجي ولتفعل ذلك فإنها تشارك اربع الكترونات من ذرات سيليكون مجاورة وبهذا ترتبط ذرات السيليكون بعضها البعض في شكل تركيب بلوري وهذا التركيب البلوري له فائدة كبيرة في خلية الفوتوفولتيك كما سنوضح ذلك في الشرح.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

ذرات السليكون مرتبطة مع بعضعها البعض مشكلة تركيب بلوري منتظم لايوجد فيه الكترونات حرة

لقد قمنا بوصف بلورة سيليكون نقية وللعلم بلورة السيليكون النقية لا توصل التيار الكهربي بكفاءة لانه لا يوجد الكترونات حرة لتنقل التيار الكهربي حيث ان كل الالكترونات قد قيدت في التركيب البلوري. ولهذا ولكي يتم استخدام السيليكون في الخلية الشمسية فإننا بحاجة إلى إجراء تعديل بسيط في التركيب البلوري.  

التعديل البسيط هذا هو عبارة عن اضافة ذرات عناصر اخرى (تسمى عملية تطعيم doping) وهذه الذرات الاضافية نسميها شوائب impurities وهي ضرورية لعمل الخلية الشمسية بغض النظر عن اسمها شوائب وقد يفهمها البعض انها ذرات غير مرغوب فيها وسوف نكتشف ذلك من خلال الشرح.

يتم اضافة (تطعيم) ذرات الفوسفور بنسبة بسيطة جداً تصل إلى 1:1,000,000 وذرة الفوسفور تحتوي على 5 الكترونات في مدارها الخارجي ولهذا عندما تدخل الشبكة البلورية بين ذرات السيليكون ستشارك بـ 4 الكترونات ويبقى الكترون حر.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

تطعيم ذرات السيليكون بذرات فوسفور

الان تتضح فكرة عمل الشوائب في ذرات السليكون فلو تم تزويد السليكون النقي بالطاقة ولتكن طاقة حرارية مثلاً لوجدنا ان بعض الالكترونات تتحرر وتترك مكانها شاغر نسميه فجوة hole.  تعمل هذه الوجوة على السماح لالكترون في الجوار بالانتقال اليها تاركاً فجوة اخرى وهكذا تستمر حركة الالكترونات في اتجاه وحركة الفجوات في الاتجاه المعاكس وهذه الحركة هي تيار كهربي.  ولكن في حالة ذرات السليكون المطعمة بذرات الفوسفور يصبح الامر مختلف من ناحية ان الطاقة اللازمة لبدأ تحريك الالكترونات اقل بكثير من حالة السليكون النقي.  وتسمى اشباه الموصلات التي تطعم بذرات تحتوي على الكترونات اضافية بالنوع N-type اي النوع السالب لانه اضاف الكترون للتركيب البلوري للذرات.  ولهذا يعتبر السيليكون المطعم بالفوسفور موصل افضل من السيليكون النقي.

كما انه يوجد تطعيم بذرات توفر الكترونات اضافية هناك تطعيم آخر بذرات لها عدد اقل من الالكترونات وتسمى المواد الناتجة عن هذا التطعيم بالنوع P-type اي النوع الموجب.  

وفي الحقيقة الخلية الشمسية تحتوي على كلا النوعين النوع الموجب والنوع السالب.  والامر الاهم هو ما يحدث عن توصيل النوعين معاً حيث تنتقل الالكترونات الحرة في النوع السالب إلى الفجوات في النوع الموجب.

 

تذكر عزيزي القارئ ان الالكترونات المتحررة من الخلية الفوتوفولتيك تحتاج الى مجال كهربي ليحركها، ولعلك تساءلت من اين يأتي هذا المجال الكهربي؟

 

تركيب الخلية الشمسية

كما ذكرنا منذ قليل ان الالكترونات تنتقل الى الفجوات وتتحد معها ولكن لا تستمر عملية الانتقال هذه إلى ان تتحد كل الالكترونات مع كل الفجوات وتتوقف العملية لان ما يحدث هو ان بعد ان تنتقل المجموعة الأولى من الالكترونات وتتحد مع الفجوات يشكل حاجز عند المنطقة التي تصل النوع الموجب عن النوع السالب ويمنع هذا الحاجز المزيد من الالكترونات الاخرى في النوع السالب الاتحاد مع فجوات في النوع الموجب ويتكون عن المنطقة بين النوعين مجال كهربي.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->    

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

المجال الكهربي المتولد في كل خلية فوتوفولتيك

هذا المجال الكهربي يعمل عمل الديود diode حيث يسمح بمرور الالكتورنات من الجزء الموجب إلى الجزء السالب ولكن ليس العكس.  وبهذا يكون لدينا في كل خلية فوتوفولتيك مجال كهربي يحدد اتجاه حركة الالكترونات.

عندما يسقط الضوء المكون من فوتونات عند طاقة معينة على الخلية الفوتوفولتيك فإنه يعمل على تحرير الكترون وفجوة بالقرب من الحاجز حيث المجال الكهربي فيتم تمرير هذا الالكترون في اتجاه الجزء السالب تحت تأثير المجال في حين تنتقل الفجوة إلى الجزء الموجب تحت تأثير المجال. وعندما يتم توصيل طرفي الخلية (النوع السالب طرف والنوع الموجب طرف) بدائرة خارجية فإن هذه الالكترونات سوف تتحرك لتعود إلى موضعها الاصلي وكذلك الفجوات وهذه الحركة هي التيار الكهربي الذي نريده.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->

فكرة عمل الخلية فوتوفولتيك عند سقوط فوتون الضوء على الخلية تتحرر الكترونات وفجوات تنتقل الالكترونات تحت تأثير قوة المجال الكهربي في الخلية إلى الجزء السالب وتنتقل الفجوات إلى الجزء الموجب ولكن تعود مرة أخرى الى موضعها الاساسي عند توصيلها بدائرة خارجية.

ملاحظة: يتم طلي الخلية الشمسية بمواد تمنع انعكاس الفوتونات الضوئية عند سقوطها على الخلية لان السليكون يشكل طبقة لامعة تعكس الضوء وهذا ما لا نريده ان يحدث.

يتم توضع طبقة رقيقة جداً على سطح شريح السليكون لتمنع انعكاس الضوء وبعدها يتم وضع شريحة زجاجية لحماية الخلية.  وعمليا يتم دمج ما يقارب 36 خلية فوتوفولتيك على التوالي والتوازي لنحصل على مستوى فرق الجهد والتيار الكهربي المطلوب وتوضع هذه الخلايا في اطار من الزجاج لحمايته مع وضع نقطتي توصيل موجبة على السطح الامامي وسالبة على السطح الخلفي.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

تركيب خلية شمسية من خلايا الفوتوفولتيك
كم مقدار الطاقة الشمسية التي تمتصها الخلية الشمسية؟ وكيف يمكن ان نحسن مقدار امتصاص الطاقة الشمسية لنحصل على فرق جهد اكبر هذا ما سنقوم بشرحه في الجزء الثاني باذن الله.
لمزيد من المعلومات استعن بالرابط التالية:
http://www.mtpc.org/cleanenergy/solar/science.htm‏
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة اياد السعيد (اياد السعيد).
8 من 53
لا اله الا الله محمد رسول الله
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة khalid-xxx.
9 من 53
اشهد ان لا اله الا الله وان محمدا رسول الله
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة على زيدأن (على زيدان).
10 من 53
تمتص الطاقة الشمسية ثم تخزنها للاستفادة منها في وقت الحاجة
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة حسن 2010 (حـسـون الألمـعي).
11 من 53
لابد من أنك رأيت الآلات الحاسبة التي لها خلايا شمسية .... الحاسبات التي لا تحتاج إلى بطاريات وفي بعض الأحيان لا تحتاج إلى زر الإطفاء وتبدو لك بأنها ستعمل إلى الأبد طالما لديك الكمية الكافية من الضوء, وأيضاً لابد من أنك رأيت ألواح شمسية أكبر من ذلك .... مثلاً على إشارات الطريق الطارئة أو في الهواتف العامة أو في الطوافات أو حتى في المواقف لتشغيل الأضواء, على الرغم من أن هذه الألواح الكبيرة ليست شائعة مثل الآلات الحاسبة التي تعمل على النظام الشمسي ولكنها شائعة في الخارج وليس من الصعب جداً إكتشافها إذا عرفت أين تبحث عنها.

هناك صفوف من الخلايا الشمسية على الأقمار الصناعية على الأقمار الصناعية التي تستعمل لتشغيل الأنظمة الكهربائية, ولابد أنك سمعت أيضاً عن (الثورة الشمسية) في الـ20 سنة الماضية والفكرة أنه يوماً من الأيام سوف نستخدم الكهرباء مجاناً من الشمس (إن هذا وعد مغري).

تشرق الشمس في يوم مشمس وساطع 1000 واط تقريباً لكل متر مربع من سطح الكوكب وإذا استطعنا جمع كل هذه الطاقة فسنستطيع وقتها أن نزود منازلنا ومكاتبنا بالطاقة مجاناً.

تقوم الألواح بامتصاص الطاقة لتنتج الهيدروجين في Sunline Transit Agency.

سنقوم في هذه المقالة بفحص الخلايا الشمسية لكي نتعلم كيف تقوم هذه الخلايا بتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء مباشرةً في هذه العملية سوف نتعلم لماذا نقترب أكثر من إستخدام طاقة الشمس على أساس يومي ولماذا علينا القيام بالمزيد من البحوثات قبل أن تصبح العملية فعالة.


تحويل الفوتونات إلى إلكترونات

إن الخلايا الشمسية التي رأيتها في الآلات الحاسبة وفي الأقمار الصناعية هي خلايا جهد كهربائي ضوئي (فلطائية) أو وحدات (الوحدات هي ببساطة مجموعة من الخلايا أوصلت كهربائياً ورزمت في إطار واحد).
(Photovoltaic) (PV) الضوء الفلطائي (ضوء الجهد الكهربائي) كما تدل الكلمة
Photo= ضوء voltaic= كهرباء . تحول ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء, وقد أستخدمت مرة واحدة في الفضاء بشمل خاص ويستخدم الضوء الفلطائي في أقل طرق غريبة حتى أن بإمكانهم تزويد بيتك بالطاقة.


كيف تعمل هذه الأدوات؟

صنعت خلايا الضوء الفلطائي (ضوء الجهد الكهربائي) من مواد خاصة تسمى((Semiconductors أشباه موصلات مثل السيليكون حيث أن استخدامه أكثر شيوعاً الآن , عندما يضرب ضوء الشمس الخلية فإن جزء معين من الخلية وهي داخل المادة الشبه موصلة التي تقوم بإمتصاص الضوء هذا يعني أن طاقة الضوء الممتص تحولت إلى الشبه موصلات الـ((Semiconductors وتضرب الطاقة الإلكترونية الطليقة سامحة لهم بالتدفق بحرية.
إن خلايا (PV) تملك أيضاً حقلاً أو حقول كهربائية أكثر التي تقوم بإجبار الإلكترونات التي حررت بواسطة الضوء الممصوص بالتدفق بإتجاه معين, وتدفق الإلكترونات هذا هو التيار ويمكننا أن نسحب التيار للإستعمال الخارجي وذلك بوضع وصلات معدنية في قمة وأسفل خلايا الـPV)) مثلاً يستطيع التيار تشغيل آلة حاسبة وإن التيار مع الجهد الكهربائي للخلية (الذي نتج من الحقل أو من الحقول الكهربائية) يقومان بتحديد قوة (أو قدرة الواط) التي بمكن أن تنتجها الخلية الشمسية, هذه هي العملية الأساسية ولكن هناك عمليات أخرى غيرها.
لنلقي نظرة أعمق إلى مثال من خلية (PV): خلية السيليكون البللورية الوحيدة


السيليكون

إن السيليكون لديه بعض الخواص الكيماوية الخاصة خصوصاً في شكله البللوري, لدى ذرة السيليكون 14 إلكتروناً مرتبة في ثلاثة طبقات مختلفة, وأول طبقتين واللتين هما الأقرب إلى المركز ممتلئتين تماماً, وإن الطبقة الخارجية فقط هي الطبقة النصف ممتلئة ولديها أربعة إلكترونات فستقوم ذرة السيليكون بالبحث دائماً عن الطرق لتملأ طبقتها الأخيرة (التي تود الحصول على ثمانية إلكترونات) ولتفعل ذاك ستشترك بأربعة إلكترونات مع ذرة السيليكون التي تقع بالقرب منها فتبدو كل ذرة تمسك بيد الذرة التي تقع إلى جانبها فكل ذرة لديها أربعة أيدي تشاركهم معه أربعة من جيران لها وهذا الذي يشكل التركيب البللوري وهذا التركيب يرتد إلى الخارج ليصبح هاماً لخلية الـ(PV) لقد وصفنا الآن السيليكون البللوري الصافي.
إن السيليكون البللوري الصافي ناقل ضعيف للكهرباء لأنه لا يوجد ولا واحدة من إلكتروناتها حر الحركة مثل الإلكترونات التي لديها ناقل جيد كالنحاس وبدلاًمن ذلك فإن الإلكترونات جميعها محبوسة في التركيب البللوري ولكن السيليكون في الخلية الشمسية معدل بعض الشيء لذلك سيعمل مثل الخلية الشمسية



السيليكون في الخلايا الشمسية:

إن الخلية الشمسية فيها سيليكون مع الشوائب إختلط معها ذرات أخرى وذلك يغير عمل الأشياء فيها قليلاً ونحن نعتبر الشوائب عادة كشيء مكروه ولكن في هذه الحالة لن تعمل بدون هذه الشوائب وفي الحقيقة توضع هذه الشوائب عمداً.

سنعتبر بأننا مزجنا ذرة السيليكون مع الفوسفور ربما ذرة فوسفور واحدة لكل مليون ذرة سيليكون, الفوسفور لديه خمسة إلكترونات في الطبقة الخارجية وليس أربعة وهو يلتصق بذرات جاره السيليكون ولكن الفوسفور إلكتروناً واحداً ليس لديه أحد يمسك بيده وهو لا يشكل جزء من الرابطة ولكن هناك بروتون إيجابي في النواة الفوسفورية التي تبقي الذرة في محلها.

عندما تضاف الطاقة إلى السيليكون الصافي مثلاً عند تشكيل الحرارة ستتسبب بإفلات بضعة إلكترونات من روابطهم وبترك ذراتهم وفي كلتا الحالتين تقوم الإلكترونات بترك فجوات ورائها وبالتالي تتجول الإلكترونات بشكل عشوائي حول الشبكة باحثة عن فتحة أخرى لتهبط فيها وتدعى هذه الإلكترونات بالناقلات الحرة وتستطيع أن تحمل تياراً كهربائياً وهناك البعض منهم في السيليكون الصافي ولكنهم على أي حال ليسوا مفيدون جداً ولكن السيليكون الملوث الذي مزج معه ذرات فوسفور فهو قصة مختلفة, وإن إلكترونات الفوسفور الحرة الإضافية لم تربط برابطة لأن الإلكترونات التي تجاورها لم ترصها وكنتيجة لذلك فإن أغلب هذه الإلكترونات تفلت ونحن لدينا الكثير من النواقل الحرة أكثر من التي نريدها في السيليكون الصافي.

إن عملية إضافة الشوائب عمداً تسمى التخدير وعند التخدير مع الفوسفور فإن السيليكون الناتج يسمى (N-Type) N = Negative سلبي بسبب إنتشار الإلكترونات الحرة, وإن السيليكون المخدرالسلبي (N-Type) ناقل افضل بكثير من من السيليكون الصافي وفي الحقيقة الجزء السلبي الوحيد(N-Type) من الخلية الشمسية وخدرت الأجزاء الأخرى بالبورون التي لديها ثلاثة إلكترونات سيليكون فقط في الطبقة الخارجية بدلاً من أربعة لتصبح (P-Type) P = Positive إيجابي وبدلاً من أن يكون لديه إلكترونات حرة فإن لديه فراغات حرة وهي فراغات خالية من الإلكترونات لذلك فهي تحمل الشحنة النقيضة (الإيجابية) وهم يتحركون هنا وهناك مثلما تفعل الإلكترونات, لذا إلى أين أوصلنا كل هذا؟

السيليكون السلبي(N-Type) + الإيجابي(P-Type):

يبدأ الجزء المثير عندما تقوم بوضع السيليكون ذو الشحنة السلبية N-Type) ) مع السيليكون ذو الشحنة الإيجابية (P-Type) وتذكر بأن كل خلية (PV) تحتوي على الأقل حقل كهربائي واحد وبدون الحقل الكهربائي فإن الخلية لن تعمل ويتشكل هذا الحقل عندما يتصل السيليكون ذو الشحنة السلبية مع السيليكون ذو الشحنة الإيجابية.

إن الإلكترونات الحرة في الجهة السلبية تبحث عن فجوات لكي تهبط فيها وعندما ترى الفجوات في الجهة الإيجابية تسع لكي تهبط فيها, كان السيليكون قبل ذلك محايد كهربائياً والإلكترونات الزائدة توازنت مع البروتونات في الفوسفور والإلكترونات المفقودة (الفجوات) التي تتوازن مع البروتونات المفقودة في البورون, وعندما تختلط الفجوات مع الإلكتونات في إتصال الشحنات السالبة مع الشحنات الموجبة في السيليكون فإن الحياد يعطل, إذاً هل ملأت كل الإلكترونات الحرة كل الفجوات الفارغة؟؟؟ لا. ولكن إذا فعلت ذلك فإن كل الترتيب القائم في الإتصال لن يكون مفيداً, على أي حال فهي تختلط وتشكل حاجزاً وتجعل مرور الإلكترونات من الجانب السلبي إلى الجانب الإيجابي صعباً جداً وفي آخر الأمر فإن التوازن سيصل وسيصبح لدينا حقل كهربائي يفصل الجانبين.


إن الحقل الكهربائي يتصرف مثل الدايود سامحاً (أوحتى دافعاً) للإلكترونات بالتدفق من الجهة الإيجابية إلى الجهة السلبية وليس إلى الجهة الأخرى وهذه العملية مثل التلة حيث تستطيع الإلكترونات أن تذهب لآخر التلة (إلى الجهة السلبية) ولكنها لا تستطيع التسلق إلى التلة (إلى الجهة الإيجابية) لذلك أصبح لدينا حقل كهربائي يتصرف مثل الدايود حيث تستطيع الإلكترونات التحرك بإتجاه واحد فقط.
والآن دعونا نرى ماذا يحدث عندما يضرب الضوء الخلية.

عندما يضرب الضوء الخلية:

عندما يضرب ضوء على شكل فوتونات الخلية تقوم طاقته بتحرير أزواج من الفجوات الإلكترونية و سيقوم كل فوتون مع طاقته الكافية بشكل طبيعي بتحرير إلكترون واحدة بالضبط والذي سيؤدي إلى إقامة فجوات أيضاً وإذا حدث هذا بالقرب الكافي من حقل الإلكترونات أو إذا حدث أن تجولت الإلكترونات الحرة والفتحات الفارغة باتجاه مدار تأثيرها سيقوم الحقل بإرسال الإلكترون إلى الجهة السلبية والفتحات إلى الجهة الإيجابية وسيتسبب ذلك أيضاً بتمزيق الحياد الكهربائي, وإذا قمنا بتزويد طريق تدفق خارجي ستتدفق الإلكترونات من خلال الطريق إلى جهتها الأصلية (الجهة الإيجابية) لتتخذ الفجوات التي قام بإرسالها الحقل الكهربائي إلى هناك لتقوم بعملها على طول الطريق.

إن تدفق الإلكترونات يزودنا بتيار الحقل الكهربائي للخلية ويتسبب بالجهد الكهربائي (الفلطية) وبالنتيجة نحصل على الطاقة التي انتجت من كلا التيار والجهد الكهربائي
(الفلطية).


ماهو قدر طاقة ضوء الشمس التي تمتصها خليةالـ(pv)؟
لسوء الحظ إن أكبر كمية تستطيع الخلية إمتصاصها هي حوالي 25% وعلى الأرجح 15% أو أقل . لماذا هذا القدر القليل؟

فقدان الطاقة


لماذا لا تمتص الخلية أكثر15% من طاقة ضوء الشمس ؟

إن الضوء المرئي هو فقط جزء من المجال الكهرومغناطيسي وإن الطيف الكهرومغناطيسي ليس أحادي اللون إنما يتكون يتكون من أطوال موجية مختلفة ولذلك فإن الطاقة تكون على مستويات فتقوم النسبية الخاصة بعمل دراسة جيدة للطيف الكهرومغناطيسي ويمكن أن يجزء الضوء إلى أطوال موحبة مختلفة ونستطيع أن نراهم على شكل قوس قزح طالما أن الضوء الذي يضرب الخلية لديه مدى واسع من طاقة الفوتونات ويظهر بأن البعض منهم ليس لديهم طاقة كافية لتشكيل فتحات إلكترونية مزدوجة وسيعبرون ببساطة عبر الخلية كأنهم شفافون ولكن لازالت الفوتونات المتبقية لديها الكثير من الطاقة فقط كمية معينة من الطاقة قيست في فولطات الإلكترونات (ev) وحددت بمادة الخلية بحوالي (1.1 فولط إلكتروني Ev-- للسيليكون البللوري) تتطلب لخسارة الإلكترونات وإننا ندعو هذا ربط فجوة طاقة المادة, إذا كان لدى الفوتونات طاقة أكثر من الكمية المطلوبة فإن الطاقة الزائدة ستفقد( مالم يكون يكون لدى الفوتونات طاقة ضعف الكمية المطلوبة ويمكن أن يحدث أكثر من زوج واحد من فتحة الإلكترون ولكن تأثيرها لن يكون بهذه الأهمية) وهذين التأثيرين يقومان بتفسير خسارة حوالي 70% من طاقة الإشعاع الذي يحدث في الخلية, لماذا لا نستطيع أن نختار مادة ذات ربط فجوة منخفض وبذلك نستطيع إستخدام أكثر من فوتون؟

ولكن لسوء الحظ إن ربط الفجوة يحدد قوة الجهد الكهربائي للحقل المغنطيسي وإذا كانت منخفضة جداً ماذا سنختلق عندها مع تيار زائد (بإمتصاص فوتونات أكثر) وسنفقد التيار بإمتلاك جهد كهربائي قليل وإن الجهد الكهربائي (القوة الفولطية) تؤقت تياراً, إن ربط الفجوة المثالي يوازن هذان التأثيران بحوالي (1.4 Ev) لخلية صنعت من مادة وحيدة ولدينا أيضاً خسائر أخرى يجب على الإلكترونات أن تتدفق من جهة واحدة إلى جهة أخرى في الخلية من خلال دائرة خارجية, نستطيع تغطية القاع بالمعدن لكي نسمح بالإتصال الجيد ولكن إذا غطينا القمة بالكامل عندها لن تستطيع الفوتونات العبور بالموصل المعتم وعندها نخسر كل التيار (في بعض الخلايا تستخدم الموصلات الشفافة على السقف العلوي وليس على الخلية كلها)

إذا وضعنا الموصلات فقط على جوانب الخلية عندها يجب على الإلكترونات أن تجتاز مسافة طويلة جداً حتى تصل إلى الموصلات وتذكر بأن السيليكون شبه موصل وهو ليس ناقل جيد للتيار كالمعدن ومقاومته الداخلية(سلسلة المقاومة) عالية جداً والمقاومة العالية تعني خسائر عالية ولتقليل الخسائر غطيت الخلية بشبكة إتصال معدنية التي تقوم بتقصير المسافة التي تجتازها الإلكترونات عندما تغطي جزء بسيط من سطح الخلية ورغم ذلك فإن بعض الفوتونات مسدودة بالشبكة التي لايمكن أن تكون صغيرة جداً وإلا ستكون مقاومتها الخاصة عالية جداً.

إنهاء الخلية


إن هنالك بعض الخطوات قبل إستخدام الخلية, إن السيليكون مادة مشعة جداً وهذا يعني بأنها عا**ة جداً والفوتونات العا**ة لا يمكن إستخدامها في الخلية لذلك استعمل في قمة الخلية طلاء غير عا** لتحويل خسائر الإنعكاس لأقل من 5 % , أما الخطوط الاخيرة فهي صفيحة غطائية زجاجية تقوم بحماية الخلية من العناصر.

إن وحدات الـ(pv) مكونة من خلايا موصلة (36 خلية عادة) بسلاسل متوازية للوصول إلى مستويات جيدة من الجهد الكهربائي (الفولطية) والتيار, ووضعوا في إطار متين يكتمل مع الغطاء الزجاجي والأطراف الموجبة والسالبة في الخلف.

إن مادة السيليكون المفردة ليست المادة الوحيدة التي تستخدم في خلايا الـ(pv) يستخدم السيليكون متعدد البللورات أيضاً في محاولة قطع خسائر الصناعة وبالرغم من أن نتائج الخلايا ليست فعالة كالسيليكون الكريستالي المفرد,
إن السيليكون الغير متبلور الذي ليس لديه تركيب بللوري يستخدم أيضاً في محاولة تخفيض تكاليف الإنتاج, استخدمت مواد أخرى مثل زرنيخد الغاليوم وانديوم نحاسي وتلوريد الغاليوم وبما أنها مواد لديها ربط فجوات مختلفة فإن التوافق سيتشكل بأطوال موجبة مختلفة أو ستكون الفوتونات ذات قوى مختلفة, وقد طورت طريقة واحدة فعالة لإستخدام طبقتين أو أكثر من المواد المختلفة مع فجوات ذات ربط مختلف, إن المادة ذات أعلى ربط فجوة تكون على السطح وتمتص فوتونات غنية بالطاقة بينما تسمح للفوتونات ذات الطاقة الأقل لأن تمتص من قبل المادة أقل قدرة على ربط الفجوة التي تقع في الأسفل وتسمى مثل هذه الخلايا بالخلايا متعددة الإتصالات ويمكن أن يكون لديها أكثر من حقل كهربائي

تزويد المنزل بالطاقة


لدينا الآن وحدة الـ(pv) فماذا يمكن أن نفعل بها؟

ماذا يجب عليك أن تفعل لتزويد منزلك بالطاقة عن طريق الطاقة الشمسية؟

على الرغم من أنها ليست ببساطة وضع وحدات فوق السطح ولكنها ليست بهذه الصعوبة أيضاً.
أولاً ليس كل سطح لديه الجهة الصحيحة أو زاوية إنحناء للإستفادة من طاقة الشمس, يجب أن توجه أنظمة (pv) غير تتبعية في نصف الكرة الأرضية الشمالي إلى الناحية الجنوبية الصحيحة ويجب أن يمالوا إلى زاوية تتساوى مع خط عرض المنطقة لتمتص الكمية القصوى من الطاقة طوال العام, إن التوجيه المختلف أو المعدل المختلف يمكن أن يستخدموا إذا أردت أن تزيد من إنتاج الطاقة في الصباح أو في العصر أو في الصيف أو في الشتاء, وبالطبع لا يجب أن تظلل الوحدات بالأشجار أو بالأبنية القريبة وهذا لا شأن له بوقت اليوم أو وقت السنة وفي وحدات (pv) حتى إذا كانت خلية واحدة من الـ(36) خلية مظللة فسيخفض ذلك إنتاج الكهرباء لأكثر من النصف.

إذا كان لديك بيت غير مظلل وسقفه يتجه جنوباً فيجب أن تقرر حجم النظام الذي ستحتاجه وإنه يعتمد أيضاً على الحقائق التي تقول بأن إنتاج كهربائك يعتمد على الطقس الذي يكون عادة غير متوقع وبأن الكهرباء لديك ستتفاوت أيضاً إن هذه الموانع من السهل جداً توضيحها حيث تعطي البيانات الأرصادية المعدل الشهري لمستويات ضوء الشمس لمناطق جغرافية مختلفة, ويؤخذ أيضاً بعين الإعتبار هطول المطر والأيام الغائمة بالإضافة إلى الرطوبة وعوامل دقيقة أخرى, لذلك يجب عليك أن تخطط من أجل أسوأ شهر لتحصل على كهرباء كافية طول السنة ومع تلك البيانات وبمعرفة معدل متطلبات بيتك (فواتيرك الشهرية ستعلمك بشكل ملائم عن كمية الطاقة التي تستهلكها كل شهر) بهذه الطرق البسيطة ستستطيع تقرير وحدةالـ(pv) التي ستحتاجها, ويجب أيضاً أن تقرر نوع نظام الجهد الكهربائي (الفولطية) التي يمكن أن تحددها بتقرير كمية الوحدات لتربطها بسلاسل.


العقبات:


ربما هناك مشكلتين يجب أن تجد لهما الحل, أولاً: ماذا سنفعل إذا لم تشرق الشمس؟ بالتأكيد لا أحد سيقبل بأن تكون لديه كهرباء فقط أثناء النهار وأيضاً في الأيام الصافية, في هذه الحالة نحن نحتاج إلى بطاريات مخزنة للكهرباء ولسوء الحظ فإن البطاريات تزيد الكثير من التكلفة والصيانة إلى نظام الـ(pv) ولكن على أي حال هي ضرورية إذا كنت تريد أن تكون مستقلاً بشكل كامل وهناك طريقة أيضاً حول المشكلة وهي بوصل بيتك إلى شبكة المؤسسة حيث ستقوم بشراء الطاقة عندما تحتاجها و تبيعها لهم عندما تنتج طاقة أكثر من ما تحتاج وبهذه الطريقة تكون المؤسسة مثل نظام تخزين عملي غير محدود ويجب أيضاً على المؤسسة أن تكون موافقة على ذلك, وفي أغلب الأحيان ستقوم المؤسسة بشراء الطاقة منك بسعر أقل بكثير من سعر بيعهم الخاص وأيضاً ستحتاج إلى أجهزة خاصة لتتأكد من أن الطاقة التي تبيعها للمؤسسة تتزامن مع طاقتهم وبأنها تشترك معها في نفس الشكل الموجي الجيبي ونفس التردد.

يجب على المؤسسة أن تتأكد بأن نظام الـ(pv) خاصتك لن يدخل الكهرباء بشكل خطوط عند انقطاع التيار الكهربائي فتعتقد بأن الأسلاك خالية من الكهرباء وهذا يسمى (العزل).
إذا قررت إستخدام البطاريات يجب أن تبقي البطاريات دائماً وإذا أردت استبدالها ستكون العملية بعد بضعة سنوات.

إن وحدات الـ(pv) يجب أن تبقى لـ(20) سنة أو أكثر والبطاريات في نظام الـ(pv) يمكن أن تكون خطيرة جداً بسبب الطاقة التي تخزنها, وبسبب محلول الكهرباء الحمضي الذي تحتويه لذلك ستحتاج إلى إحاطة غير معدنية ومعرضة للهواء بشكل جيد.

--------------------------------------------------------------------------------

البطاريات ذات المدار العميق:

ما هو نوع البطاريات الذي يستعمل في أنظمة الـ(PV) ؟.
بالرغم من أن هناك أنواع مختلفة من البطاريات تستخدم عادةً ولكن هناك ميزة واحدة يجب أن تكون مشتركة بينهم كلهم وهي البطاريات ذات المدار العميق وهي ليست كبطارية السيارة التي تتميز بأنها ذات مدار سطحي, إن البطاريات ذات المدار العميق تستطيع أن تفرغ أكثر من طاقتها المخزونة وأيضاً لديها حياة طويلة أما بطارية السيارة تطلق تياراً كبيراً في وقت قصير ـ لكي تشغل السيارة ـ وثم تعيد الشحن فوراًعندما تسير السيارة.

إن بطاريات الـ(PV) يجب عليها أن تطلق تياراً أصغر في فترة أطول بشكل عام (مثلاً طوال الليل) بينما تقوم بالشحن خلال النهار, وإن بطاريات المدار الطويل الأكثر إستخداماً هي بطاريات حمض الرصاص وأيضاً بطاريات كاديوم ***ل, وبطاريات كاديوم ***ل أغلى ولكنها تبقى لمدة أطول ويمكن أن تفرغ طاقة بدون أذى وحتى بطاريات حمض الرصاص ذات المدار العميق لا تستطيع إفراغ 100% من الطاقة بدون إختصار حياة البطارية وبشكل عام إن أنظمة الـ(PV) صممت لإفراغ التيار عن طريق بطاريات حمض الرصاص وليس أكثرمن 40 أو 50 %.

يتطلب إستخدام البطاريات تركيب عنصر أساسي آخر يدعى المتحكم بالشحن, وستعيش البطاريات أكثر إذا تلقت العناية وذلك بعدم الإفراط بشحن البطارية أو عدم إفراغها كثيراً, وهنا يأتي عمل المتحكم بالشحن, عندما تشحن البطاريات بالكامل فإن المتحكم بالشحن لا يدع التيار في وحدات الـ(PV) يستمر بالتدفق إلى البطاريات وأيضاً عندما تفرغ البطاريات إلى مستوى قد حدد مسبقاً تحت سيطرة قياس الجهد الكهربائي (الفولطية) للبطارية فمغظم المتحكمين بالشحن لن يسمحوا بإفراغ المزيد من التيار من البطاريات حتى تشحن البطارية مرة أخرى, فجهاز التحكم بالشحن ضروري لضمان حياة البطارية الطويل.

قلب التيار المباشر إلى تيار متناوب:


إن المشكلة الأخرى هي إذا أردت إستخدام الكهرباء المولدة من وحدات الـ(PV) التي استخرجت من البطاريات وهو تيار مباشر بينما الكهرباء التي تؤمنها المؤسسة (والنوع الذي يستخدم في كل أدوات المنزل) هو تيار متناوب فأنت في هذه الحالة تحتاج إلى عا**ة وهي أدات تقوم بقلب التيار المباشر إلى تيار متناوب وإن أكثر العا**ات سيسمحون لك باسيطرة أوتوماتيكياً على كيفية عمل نظامك.

إن بعض وحدات الـ(PV) تسمى بوحدات التيار المتناوب لأنه قد بني عا** لدى كل وحدة وهذا يزيل الحاجة إلى عا**ة مركزية كبيرة ويبسط عملية توزيع الأسلاك.


يجب أن تتبع التعليمات الكهربائية في الأجهزة المتزايدة وتوزيع الأسلاك وصناديق التوصيل ومعدات الأرضية والحماية في التيار وعدم اتصال التيار المباشر والتيار المتناوب وملحقات أخرى, وهي توصي إلى حد كبير بأن التركيب يجب أن ينفذ من قبل كهربائي ذو رخصة وأن يكون لديه خبرة في أنظمة الـ(PV), وعندما يركب النظام فإن متطابات الصيانة في نظام الـ(PV) قليلة جداً (خاصة إذا لم تستخدم أية بطارية) وستقوم بتزويدك بالكهرباء بشكل نظيف وبهدوء لمدة 20سنة أو أكثر.
ـ إذا كان الجهد الكهربائي (الفلطائية) الضوئي مصدر رائع للطاقة المجانية فلماذا لا يجري كل العالم باتجاه الطاقة الشمسية؟.

إن بعض الناس لديهم مفهوم ضعيف عن الطاقة الشمسية( صحيح أن ضوء الشمس مجاني ولكن الكهرباء التي ولدت بأنظمة الـ(PV) ليست كذلك) وكما رأيت من شرحنا حول نظام الـ(PV)البيتي فإنك تحتاج إلى القليل من الأدوات.

إن تركيب نظام الـ(PV) سيكلف حالياً 9 دولارات لكل واط بالغ الذروة, ولنعطيك فكرة عن قدر الكلفة في نظام البيت لنأخذ بعين الإعتبار البيت الشمسي وهو بيت سكني نموذجي في ريلاي ـ كارولينا الشمالية مع نظام الـ(PV) المركب من قبل مركز كالورينا الشمالية الشمسي North Carolina Solar Center) ) وذلك لإظهار تقنية نظام الطاقة الشمسية, بيت صغير جداً وقدر نظام الشمس فيه بـ 3.6 كيلو واط من نظام الـ(PV) ويغطي حوالي نصف كمية الكهرباء الكلية التي يحتاجها (هذا النظام ليس لديه بطاريات وهو موصول بشبكة) وبالرغم من أنه يكلف 9 دولارات لكل واط فإن هذا النظام المركب يكلف حوالي 32000 دولار, وهذا النظام لا يستطيع التنافس مع المؤسسات وكلما زادت البحوثات فإن الكلفة تنزل وإن الباحثون واثقون بأن كلفة نظام الـ(PV) سيكون فعال في المناطق الحضرية بالإضافة إلى المناطق البعيدة.

ويكمن جزء من المشكلة في أن التصنيع يحتاج لأن ينجز في مناطق واسعة لتخفيض الكلف قدر المستطاع وعلى أي حال هذه المطالب لن تلبى حتى تنزل الأسعار إلى المستويات التنافسية وإن فعالية الوحدة والطلب يرتفعان بشكل ثابت والأسعار تهبط, ويصبح العالم مدركاً بشكل متزايد للمخاوف البيئية التي ارتبطت بالمصادر الكهربائية التقليدية مما يجعل للخلايا الفلطائية الضوئية مستقبل لامع
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة اسئلة (Mohamed Ashraf).
12 من 53
تمتص الطاقة الشمسية ثم تخزنها للاستفادة منها في وقت الحاجة
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة الشبل . (حمدان الحكمي).
13 من 53
امتصاص الاشعه  >>تحويلها الى طاقه  كهربائيه
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة do0ode☼الهمداني.
14 من 53
الخلية الشمسية هي أداة لتحويل الطاقة الشمسِية إلى كهربائية. الخلايا الشمسية العالية الكفاءة المصنعة من السيلكون تتطلّب

مصانع ضخمة، درجات حرارة عالية والكثير من المالِ.

في هذا المشروع سنسعى لصنع خلية شمسية بإمكانيات جداً بسيطة و متوفرة. خليتنا الشمسية ستصنع من أكسيد النحاسوز

بدلاً من السيلكون. حيث يعد أكسيد النحاسوز من أول المواد التي عُرفت لعرض التأثيرِ الكهروضوئيِ.

لصنع الخلية الشمسية تحتاج المواد التالية:

صفيحة من النحاس أبعادها تقريباً 7سم × 15سم.

أسلاك توصيل (تمساح).

ميكروأميتر يمكن أَن يقرأَ التياراتَ بين( 0 -100 ) ميكروامبير.

سخان كهربائي( hotplate ) .

أي قنينة بلاستيكية واضحة وكبيرة بحيث يمكن قطع قمتها بسهولة. ( مثل تلك الخاصة بالمياه المعدنية سعة 2 لتر)

ملعقتا طعام من ملح المائدة.

ماء حنفية.

ورق صنفرة.

مقص معدني لقطع لوح الصفيحة النحاسية.

طريقة العمل و الملاحظات:

السخان الكهربائي المستخدم له الشكل التالي:



اقطع قطعة نحاسية مناسبة لمساحة السخان الكهربائي,ثم اغسل يديك جيداً للتأكد من عدم وجود أي كريمات أو ما شابهها

و كذلك اغسل الصفيحة النحاسية بالصابون أَو المطهّرِ للتخلص من أي دهن. استعمل ورق الصقل (ورق الصنفرة) لتنظيف

الصفائح النحاسية كليَّاً، وبالتالي تتأكد من إزالة أيّ كبريتيد أَو تآكل خفيف.

الآن، ضع الصفيحة النحاسية المُنَظَّفة والمُجَفَّفة على السخان.



عندما يسخن النحاس ، سترى أنماط الأكسدةِ الجميلةِ تبدأُ بالتَشكيل. (اللون البرتقالي، الأرجواني، والاحمر سيغطّي النحاس).



كلما ازداد التوهج تزداد درجة حرارة النحاس ،و تَختفي الألوان تدريجياً حيث تستبدل الألوان السابقة بطلاء أسود من الأكسيدِ النحاسي.



بعد نِصْف ساعةِ ، أطفئ السخان و اترك النحاسَ الحارَ على السخان ليبرد ببطئ. (تجنب تبريده بسرعة، حتى لاَ يبْقى

الأكسيد الأسود متَمسّكَاً بالنحاسِ).

عندما يبرد النحاس ، (هذا يَأْخذُ حوالي 20 دقيقةَ), ينكمش هو و الأكسيد النحاسيُ الأسود أيضاً و لَكنَّ بنسب مختلفةِ، مما

يؤدي إلى سهولة التخلص من رقاقةَ الأكسيدِ النحاسيةِ السوداءِ ." أي حك خفيف بيديك تحت الماء الجاري سيزيل أغلب القطعِ

الصغيرة". ( لا تستخدم القوة في إزالة كل البقعِ السوداءِ بالحَكّ الصعبِ أَو باستخدام سلك النحاس الناعمِ فقد يؤدي ذلك لأن

تُتلفُ طبقة أكسيد النحاسوز الحمراء الحسّاسة و التي نَحتاجهاُ لعملِ الخليةِ الشمسيِة).



اقطع صفيحة ثانية جديدة (لها نفس مساحة الأولى).

أحنِ كلتا القطعتان بلطف، بحيث يلائمون القنينةِ البلاستيكيةِ بدون لمس أحدهما الآخر. (اجعل وجه طلاء أكسيدِ النحاسوز

الذي كان فوق المشعلِ خارج القنينة).

أربط سلكي التوصيل(التمساح)، واحد إلى الصفيحة النحاسيِة الجديدة، وواحد إلى أكسيدِ النحاسوز. أوصل الصفيحةِ

النحاسيِة النظيفِة بالطرف الموجب للميكرواميترِ, أوصل صفيحة أكسيد النحاسوز بالطرف السالب للميكرواميتر.

ذوب ملعقتان من ملح الطعام في ماء حار. ثمّ صْبُّ الماء المالحَ بعناية إلى القنينة. يجِب أَن لا يغطي الماء المالح الصفائح

بالكامل,( اترك حوالي بوصة من الصفيحة فوق الماء).

النتيجة:
ستكون قراءة التيار في الظل حوالي 20 ميكرواميتر اما تحت الشمس فهي 70 ميكرواميتر.

يمكن اختبار تاثير تركيز المحلول الملحي على التيار الناتج.

المصدر : http://www.hazemsakeek.com/vb/showthread.php?7131-%DF%ED%DD-%CA%D5%E4%DA-%CE%E1%ED%E5-%D4%E3%D3%ED%E5‏
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة جاي في السريع (The Master).
15 من 53
اللوح أو السخان الشمسي هو عبارة عن صندوق معدني له غطاء من الزجاج العادي أو البلاستيك الشفاف وبداخله لوح ماص للحرارة ملون وغامق. وغالبا باللون الأسود ،لامتصاص حرارة أشعة الشمس.وبداخله سربنتينة(أنابيب) يمر بها الماء لتسخينه، أو الهواء المراد تسخينه للتدفئة. واللوح الماص من معدن نحاس أو ألمونيوم أو من سبيكة منهما. لأنهما لهما قدرة كبيرة علي توصيل الحرارة وبسرعة وكفاءة عالية. والنحاس مقاوم للتآكل رغم أنه أكثر تكلفة. والصندوق معزول لمنع تسرب الحرارة منه.والماء الساخن يخزن في خزانات عازلة للحرارة بداخلها. وقد يكون من الزجاج أو الفيبر جلاس للاحتفاظ بحرارة الماء ولاسيما للاستعمال أثناء الليل.
والسخانات الشمسية (المعروفة أيضا باسم الألواح الشمسية) هي وسيلة لتحويل أشعه الشمس إلى حرارة وتخزينها لاستخدامها فيما بعد. والألواح الشمسية تختلف كلياً عن الألواح الضوئية التي تستخدم من أجل إنتاج الكهرباء.
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة البلال بلالي (فتح من الله ونصر قريب).
16 من 53
تمتص الطاقة الشمسية ثم تخزنها للاستفادة منها في وقت الحاجة
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة aghead98.
17 من 53
امتصاص الاشعه  >>تحويلها الى طاقه  كهربائيه
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة ابو الحلو (محمد عواد).
18 من 53
امتصاص أكبر قدر من الطاقه الشمسيه
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة منكم.
19 من 53
من الطبيعي عزيزي القارئ انك تعاملت مع الخلايا الشمسية من خلال استخدامك للالة حاسبة مزودة بخلية شمسية كمصدر للطاقة الكهربية تعمل بدون بطارية وتستمر في العمل دون توقف طالما توفرت كمية كافية من الضوء.  كما ان هناك الواح شمسية كبيرة تستخدم في تطبيقات متعددة ومنها على سبيل المثال في الاقمار الصناعية حيث تعتبر المصدر الرئيسي للطاقة الكهربية.
إن الاعتماد على الطاقة الشمسية كمصدر للطاقة الكهربية هو الحل الامثل للحصول على طاقة مجانية وغير ضارة للبئية.  إن كمية الطاقة التي تصل إلى الارض من الشمس في يوم مشرق تقدر بـ 1000 وات لكل متر مربع وبالتالي لو تم تزويد اسطح منازلنا بمجموعة من الالواح الشمسية المتراصة يمكن ان نحصل على طاقة كهربية مجانية كافية لمتطلبات الحياة اليومية.

ومن الجدير ذكره ان أسبانيا بدأت في مارس 2007 بتطبيق قانون جديد يلزم من يقدم على بناء عقار أو تجديد مبنى بإنشاء وحدة لتحويل الطاقة الشمسية على سطحه. يأتي ذلك في إطار جهود الحكومة الأسبانية للحد من الطلب المتزايد على الطاقة، والحد من التلوث الناتج عنها.  وطبقا لتقديرات حكومية، فإن لوحا للخلايا الشمسية بمساحة مترين مربعين موضوع على سطح أحد المنازل يمكن أن يوفر ما بين 30 إلى 70 % من الطاقة اللازمة لتسخين المياه على حسب موقع المبنى وكمية المياه المستخدمة.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

ألواح من الخلايا الشمسية

في هذه المقالة من كيف تعمل الاشياء سوف نقوم بشرح فكرة عمل الخلايا الشمسية وكيف تقوم بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.  كما سوف نعرف اخر المستجدات والتطورات التي تسهل علينا من استخدام الخلايا الشمسية كمصدر للطاقة وما هي اهم العقبات التي تواجه العلماء الان.
خلايا الفوتوفولتيك: تحويل الفوتون إلى الكترون

الخلايا الشمسية المستخدمة في الالات الحاسبة وفي الاقمار الصناعية هي عبارة عن خلايا فوتوفولتيك photovoltaic cells وهي عبارة عن مجموعة من الخلايا الكهربية موصلة مع بعضها البعض في اطار واحد على شكل لوحة.  وكلمة فوتوفولتيك هو اسم مشتق من طبيعة عمل الخلية فكلمة فوتو photo تعني ضوء وكلمة فولتيك voltaic تعني كهرباء، وهذا يعني تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.  في البداية كانت خلايا الفوتوفولتيك تستخدم في الاقمار الصناعية ومحطات الفضاء للحصول على الكهرباء من اشعة الشمس مباشرة والان بدأت تدخل في العديد الأجهزة الالكترونية وفي السيارات قريباً سوف نستخدمها كمصدر للطاقة الكهربية في منازلناً.  والسؤال الان كيف تعمل خلية الفوتوفولتيك؟

تصنع خلية الفوتوفولتيك من المواد اشباه الموصلات semiconductors مثل السيليكون وكل خلية فوتوفولتيك مكونة من بلورة واحدة من السيلكون وتشكل مجموعة كبيرة من خلايا الفوتوفولتيك الخلية الشمسية.  وببساطة عندما تسقط اشعة الضوء على الخلية فإن جزء من الضوء يتم امتصاصه من قبل ذرات السيليكون، اي ان طاقة الضوء قد امتصت من قبل مادة الخلية.  تعمل هذه الطاقة على اثارة الالكترونات الغير مرتبطة في المادة وتجعلها تتحرك بحرية داخل المادة.  وعندما تتعرض هذه الالكترونات الحرة لمجال كهربي فإنها سوف تتحرك كلها في اتجاه واحد وهذا يعني تيار كهربي وعند ربط طرفي خلية الفوتوفولتيك بنقطتي توصيل على السطح العلوي والسطح السفلي للخلية نحصل على تيار كهربي طالما استمر سقوط الضوء على خلية الفوتوفولتيك. وهذا التيار الكهربي هو الذي يشغل الالة الحاسبة وبمعلومية قيمة التيار الكهربي المار في الدائرة وفرق الجهد الكهربي المتولد على طرفي خلية الفوتوفولتيك يمكن ان نحصل على قيمة الطاقة الكهربية (الطاقة الكهربية (وات) = التيار الكهربي (امبير) x فرق الجهد الكهربي (فولت)) التي يمكن ان تولدها الخلية الشمسية.

هذا الشرح المبسط في الحقيقة يخفي تفاصيل اكثر واعمق ولكن كان بهدف اعلامك عزيزي القارئ المبدأ الرئيسي لفكرة عمل الخلية الشمسية، والان سوف نقوم بتفصيل الموضوع اكثر من خلال تكبير خلية الفوتوفولتيك والتي هي كما ذكرنا خلية من بلورة واحدة من السليكون.

كيف يعمل السيلكون كخلية شمسية

يمتلك السيلكون بعض الخواص الكيميائية في تركيبه البلوري.  فذرة السيليكون تحتوي على 14 الكترون موزعة على ثلاث مستويات طاقة.  مستويين الطاقة الاول والثاني الاقرب للنواة يكونان ممتلأن تماماً بالالكترونات والمستوى الثالث أو المستوى الخارجي يحتوي على 4 الكتورنات فقط اي يكون نصفه ممتلئ والنصف الاخر فارغ حيث ان المدار يكتمل بـ 8 الكترونات.  وتسعى ذرة السيليكون لان تكمل النقص في عدد الالكترونات في المستوى الخارجي ولتفعل ذلك فإنها تشارك اربع الكترونات من ذرات سيليكون مجاورة وبهذا ترتبط ذرات السيليكون بعضها البعض في شكل تركيب بلوري وهذا التركيب البلوري له فائدة كبيرة في خلية الفوتوفولتيك كما سنوضح ذلك في الشرح.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

ذرات السليكون مرتبطة مع بعضعها البعض مشكلة تركيب بلوري منتظم لايوجد فيه الكترونات حرة

لقد قمنا بوصف بلورة سيليكون نقية وللعلم بلورة السيليكون النقية لا توصل التيار الكهربي بكفاءة لانه لا يوجد الكترونات حرة لتنقل التيار الكهربي حيث ان كل الالكترونات قد قيدت في التركيب البلوري. ولهذا ولكي يتم استخدام السيليكون في الخلية الشمسية فإننا بحاجة إلى إجراء تعديل بسيط في التركيب البلوري.  

التعديل البسيط هذا هو عبارة عن اضافة ذرات عناصر اخرى (تسمى عملية تطعيم doping) وهذه الذرات الاضافية نسميها شوائب impurities وهي ضرورية لعمل الخلية الشمسية بغض النظر عن اسمها شوائب وقد يفهمها البعض انها ذرات غير مرغوب فيها وسوف نكتشف ذلك من خلال الشرح.

يتم اضافة (تطعيم) ذرات الفوسفور بنسبة بسيطة جداً تصل إلى 1:1,000,000 وذرة الفوسفور تحتوي على 5 الكترونات في مدارها الخارجي ولهذا عندما تدخل الشبكة البلورية بين ذرات السيليكون ستشارك بـ 4 الكترونات ويبقى الكترون حر.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

تطعيم ذرات السيليكون بذرات فوسفور

الان تتضح فكرة عمل الشوائب في ذرات السليكون فلو تم تزويد السليكون النقي بالطاقة ولتكن طاقة حرارية مثلاً لوجدنا ان بعض الالكترونات تتحرر وتترك مكانها شاغر نسميه فجوة hole.  تعمل هذه الوجوة على السماح لالكترون في الجوار بالانتقال اليها تاركاً فجوة اخرى وهكذا تستمر حركة الالكترونات في اتجاه وحركة الفجوات في الاتجاه المعاكس وهذه الحركة هي تيار كهربي.  ولكن في حالة ذرات السليكون المطعمة بذرات الفوسفور يصبح الامر مختلف من ناحية ان الطاقة اللازمة لبدأ تحريك الالكترونات اقل بكثير من حالة السليكون النقي.  وتسمى اشباه الموصلات التي تطعم بذرات تحتوي على الكترونات اضافية بالنوع N-type اي النوع السالب لانه اضاف الكترون للتركيب البلوري للذرات.  ولهذا يعتبر السيليكون المطعم بالفوسفور موصل افضل من السيليكون النقي.

كما انه يوجد تطعيم بذرات توفر الكترونات اضافية هناك تطعيم آخر بذرات لها عدد اقل من الالكترونات وتسمى المواد الناتجة عن هذا التطعيم بالنوع P-type اي النوع الموجب.  

وفي الحقيقة الخلية الشمسية تحتوي على كلا النوعين النوع الموجب والنوع السالب.  والامر الاهم هو ما يحدث عن توصيل النوعين معاً حيث تنتقل الالكترونات الحرة في النوع السالب إلى الفجوات في النوع الموجب.



تذكر عزيزي القارئ ان الالكترونات المتحررة من الخلية الفوتوفولتيك تحتاج الى مجال كهربي ليحركها، ولعلك تساءلت من اين يأتي هذا المجال الكهربي؟



تركيب الخلية الشمسية

كما ذكرنا منذ قليل ان الالكترونات تنتقل الى الفجوات وتتحد معها ولكن لا تستمر عملية الانتقال هذه إلى ان تتحد كل الالكترونات مع كل الفجوات وتتوقف العملية لان ما يحدث هو ان بعد ان تنتقل المجموعة الأولى من الالكترونات وتتحد مع الفجوات يشكل حاجز عند المنطقة التي تصل النوع الموجب عن النوع السالب ويمنع هذا الحاجز المزيد من الالكترونات الاخرى في النوع السالب الاتحاد مع فجوات في النوع الموجب ويتكون عن المنطقة بين النوعين مجال كهربي.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->    

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

المجال الكهربي المتولد في كل خلية فوتوفولتيك

هذا المجال الكهربي يعمل عمل الديود diode حيث يسمح بمرور الالكتورنات من الجزء الموجب إلى الجزء السالب ولكن ليس العكس.  وبهذا يكون لدينا في كل خلية فوتوفولتيك مجال كهربي يحدد اتجاه حركة الالكترونات.

عندما يسقط الضوء المكون من فوتونات عند طاقة معينة على الخلية الفوتوفولتيك فإنه يعمل على تحرير الكترون وفجوة بالقرب من الحاجز حيث المجال الكهربي فيتم تمرير هذا الالكترون في اتجاه الجزء السالب تحت تأثير المجال في حين تنتقل الفجوة إلى الجزء الموجب تحت تأثير المجال. وعندما يتم توصيل طرفي الخلية (النوع السالب طرف والنوع الموجب طرف) بدائرة خارجية فإن هذه الالكترونات سوف تتحرك لتعود إلى موضعها الاصلي وكذلك الفجوات وهذه الحركة هي التيار الكهربي الذي نريده.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

فكرة عمل الخلية فوتوفولتيك عند سقوط فوتون الضوء على الخلية تتحرر الكترونات وفجوات تنتقل الالكترونات تحت تأثير قوة المجال الكهربي في الخلية إلى الجزء السالب وتنتقل الفجوات إلى الجزء الموجب ولكن تعود مرة أخرى الى موضعها الاساسي عند توصيلها بدائرة خارجية.

ملاحظة: يتم طلي الخلية الشمسية بمواد تمنع انعكاس الفوتونات الضوئية عند سقوطها على الخلية لان السليكون يشكل طبقة لامعة تعكس الضوء وهذا ما لا نريده ان يحدث.

يتم توضع طبقة رقيقة جداً على سطح شريح السليكون لتمنع انعكاس الضوء وبعدها يتم وضع شريحة زجاجية لحماية الخلية.  وعمليا يتم دمج ما يقارب 36 خلية فوتوفولتيك على التوالي والتوازي لنحصل على مستوى فرق الجهد والتيار الكهربي المطلوب وتوضع هذه الخلايا في اطار من الزجاج لحمايته مع وضع نقطتي توصيل موجبة على السطح الامامي وسالبة على السطح الخلفي.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

تركيب خلية شمسية من خلايا الفوتوفولتيك
كم مقدار الطاقة الشمسية التي تمتصها الخلية الشمسية؟ وكيف يمكن ان نحسن مقدار امتصاص الطاقة الشمسية لنحصل على فرق جهد اكبر هذا ما سنقوم بشرحه في الجزء الثاني باذن الله.
لمزيد من المعلومات استعن بالرابط التالية:
http://www.mtpc.org/cleanenergy/solar/science.htm‏
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة ابوالسلم.
20 من 53
امتصاص أكبر قدر من الاشعة الشمسيه
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة خالد الحربي 22.
21 من 53
سبحان الله وبحمده سبحان الله العضيم
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة هوايتي الشعر.
22 من 53
كلمتان خفيفتان على اللسان ثقيلتان فى الميزان حبيبتان الى الرحمن
سبحانك الله وبحمدك سبحانك الله العضيم
غرس الجنة
سبخان الله والحمد لله ولا اله الا الله والله اكبر
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة حسامكو.
23 من 53
تشرق الشمس في يوم مشمس وساطع 1000 واط تقريباً لكل متر مربع من سطح الكوكب وإذا استطعنا جمع كل هذه الطاقة فسنستطيع وقتها أن نزود منازلنا ومكاتبنا بالطاقة مجاناً.

تقوم الألواح بامتصاص الطاقة لتنتج الهيدروجين في Sunline Transit Agency.

سنقوم في هذه المقالة بفحص الخلايا الشمسية لكي نتعلم كيف تقوم هذه الخلايا بتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء مباشرةً في هذه العملية سوف نتعلم لماذا نقترب أكثر من إستخدام طاقة الشمس على أساس يومي ولماذا علينا القيام بالمزيد من البحوثات قبل أن تصبح العملية فعالة.


تحويل الفوتونات إلى إلكترونات

إن الخلايا الشمسية التي رأيتها في الآلات الحاسبة وفي الأقمار الصناعية هي خلايا جهد كهربائي ضوئي (فلطائية) أو وحدات (الوحدات هي ببساطة مجموعة من الخلايا أوصلت كهربائياً ورزمت في إطار واحد).
(Photovoltaic) (PV) الضوء الفلطائي (ضوء الجهد الكهربائي) كما تدل الكلمة
Photo= ضوء voltaic= كهرباء . تحول ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء, وقد أستخدمت مرة واحدة في الفضاء بشمل خاص ويستخدم الضوء الفلطائي في أقل طرق غريبة حتى أن بإمكانهم تزويد بيتك بالطاقة.


كيف تعمل هذه الأدوات؟

صنعت خلايا الضوء الفلطائي (ضوء الجهد الكهربائي) من مواد خاصة تسمى((Semiconductors أشباه موصلات مثل السيليكون حيث أن استخدامه أكثر شيوعاً الآن , عندما يضرب ضوء الشمس الخلية فإن جزء معين من الخلية وهي داخل المادة الشبه موصلة التي تقوم بإمتصاص الضوء هذا يعني أن طاقة الضوء الممتص تحولت إلى الشبه موصلات الـ((Semiconductors وتضرب الطاقة الإلكترونية الطليقة سامحة لهم بالتدفق بحرية.
إن خلايا (PV) تملك أيضاً حقلاً أو حقول كهربائية أكثر التي تقوم بإجبار الإلكترونات التي حررت بواسطة الضوء الممصوص بالتدفق بإتجاه معين, وتدفق الإلكترونات هذا هو التيار ويمكننا أن نسحب التيار للإستعمال الخارجي وذلك بوضع وصلات معدنية في قمة وأسفل خلايا الـPV)) مثلاً يستطيع التيار تشغيل آلة حاسبة وإن التيار مع الجهد الكهربائي للخلية (الذي نتج من الحقل أو من الحقول الكهربائية) يقومان بتحديد قوة (أو قدرة الواط) التي بمكن أن تنتجها الخلية الشمسية, هذه هي العملية الأساسية ولكن هناك عمليات أخرى غيرها.
لنلقي نظرة أعمق إلى مثال من خلية (PV): خلية السيليكون البللورية الوحيدة


السيليكون

إن السيليكون لديه بعض الخواص الكيماوية الخاصة خصوصاً في شكله البللوري, لدى ذرة السيليكون 14 إلكتروناً مرتبة في ثلاثة طبقات مختلفة, وأول طبقتين واللتين هما الأقرب إلى المركز ممتلئتين تماماً, وإن الطبقة الخارجية فقط هي الطبقة النصف ممتلئة ولديها أربعة إلكترونات فستقوم ذرة السيليكون بالبحث دائماً عن الطرق لتملأ طبقتها الأخيرة (التي تود الحصول على ثمانية إلكترونات) ولتفعل ذاك ستشترك بأربعة إلكترونات مع ذرة السيليكون التي تقع بالقرب منها فتبدو كل ذرة تمسك بيد الذرة التي تقع إلى جانبها فكل ذرة لديها أربعة أيدي تشاركهم معه أربعة من جيران لها وهذا الذي يشكل التركيب البللوري وهذا التركيب يرتد إلى الخارج ليصبح هاماً لخلية الـ(PV) لقد وصفنا الآن السيليكون البللوري الصافي.
إن السيليكون البللوري الصافي ناقل ضعيف للكهرباء لأنه لا يوجد ولا واحدة من إلكتروناتها حر الحركة مثل الإلكترونات التي لديها ناقل جيد كالنحاس وبدلاًمن ذلك فإن الإلكترونات جميعها محبوسة في التركيب البللوري ولكن السيليكون في الخلية الشمسية معدل بعض الشيء لذلك سيعمل مثل الخلية الشمسية



السيليكون في الخلايا الشمسية:

إن الخلية الشمسية فيها سيليكون مع الشوائب إختلط معها ذرات أخرى وذلك يغير عمل الأشياء فيها قليلاً ونحن نعتبر الشوائب عادة كشيء مكروه ولكن في هذه الحالة لن تعمل بدون هذه الشوائب وفي الحقيقة توضع هذه الشوائب عمداً.

سنعتبر بأننا مزجنا ذرة السيليكون مع الفوسفور ربما ذرة فوسفور واحدة لكل مليون ذرة سيليكون, الفوسفور لديه خمسة إلكترونات في الطبقة الخارجية وليس أربعة وهو يلتصق بذرات جاره السيليكون ولكن الفوسفور إلكتروناً واحداً ليس لديه أحد يمسك بيده وهو لا يشكل جزء من الرابطة ولكن هناك بروتون إيجابي في النواة الفوسفورية التي تبقي الذرة في محلها.

عندما تضاف الطاقة إلى السيليكون الصافي مثلاً عند تشكيل الحرارة ستتسبب بإفلات بضعة إلكترونات من روابطهم وبترك ذراتهم وفي كلتا الحالتين تقوم الإلكترونات بترك فجوات ورائها وبالتالي تتجول الإلكترونات بشكل عشوائي حول الشبكة باحثة عن فتحة أخرى لتهبط فيها وتدعى هذه الإلكترونات بالناقلات الحرة وتستطيع أن تحمل تياراً كهربائياً وهناك البعض منهم في السيليكون الصافي ولكنهم على أي حال ليسوا مفيدون جداً ولكن السيليكون الملوث الذي مزج معه ذرات فوسفور فهو قصة مختلفة, وإن إلكترونات الفوسفور الحرة الإضافية لم تربط برابطة لأن الإلكترونات التي تجاورها لم ترصها وكنتيجة لذلك فإن أغلب هذه الإلكترونات تفلت ونحن لدينا الكثير من النواقل الحرة أكثر من التي نريدها في السيليكون الصافي.

إن عملية إضافة الشوائب عمداً تسمى التخدير وعند التخدير مع الفوسفور فإن السيليكون الناتج يسمى (N-Type) N = Negative سلبي بسبب إنتشار الإلكترونات الحرة, وإن السيليكون المخدرالسلبي (N-Type) ناقل افضل بكثير من من السيليكون الصافي وفي الحقيقة الجزء السلبي الوحيد(N-Type) من الخلية الشمسية وخدرت الأجزاء الأخرى بالبورون التي لديها ثلاثة إلكترونات سيليكون فقط في الطبقة الخارجية بدلاً من أربعة لتصبح (P-Type) P = Positive إيجابي وبدلاً من أن يكون لديه إلكترونات حرة فإن لديه فراغات حرة وهي فراغات خالية من الإلكترونات لذلك فهي تحمل الشحنة النقيضة (الإيجابية) وهم يتحركون هنا وهناك مثلما تفعل الإلكترونات, لذا إلى أين أوصلنا كل هذا؟

السيليكون السلبي(N-Type) + الإيجابي(P-Type):

يبدأ الجزء المثير عندما تقوم بوضع السيليكون ذو الشحنة السلبية N-Type) ) مع السيليكون ذو الشحنة الإيجابية (P-Type) وتذكر بأن كل خلية (PV) تحتوي على الأقل حقل كهربائي واحد وبدون الحقل الكهربائي فإن الخلية لن تعمل ويتشكل هذا الحقل عندما يتصل السيليكون ذو الشحنة السلبية مع السيليكون ذو الشحنة الإيجابية.

إن الإلكترونات الحرة في الجهة السلبية تبحث عن فجوات لكي تهبط فيها وعندما ترى الفجوات في الجهة الإيجابية تسع لكي تهبط فيها, كان السيليكون قبل ذلك محايد كهربائياً والإلكترونات الزائدة توازنت مع البروتونات في الفوسفور والإلكترونات المفقودة (الفجوات) التي تتوازن مع البروتونات المفقودة في البورون, وعندما تختلط الفجوات مع الإلكتونات في إتصال الشحنات السالبة مع الشحنات الموجبة في السيليكون فإن الحياد يعطل, إذاً هل ملأت كل الإلكترونات الحرة كل الفجوات الفارغة؟؟؟ لا. ولكن إذا فعلت ذلك فإن كل الترتيب القائم في الإتصال لن يكون مفيداً, على أي حال فهي تختلط وتشكل حاجزاً وتجعل مرور الإلكترونات من الجانب السلبي إلى الجانب الإيجابي صعباً جداً وفي آخر الأمر فإن التوازن سيصل وسيصبح لدينا حقل كهربائي يفصل الجانبين.


إن الحقل الكهربائي يتصرف مثل الدايود سامحاً (أوحتى دافعاً) للإلكترونات بالتدفق من الجهة الإيجابية إلى الجهة السلبية وليس إلى الجهة الأخرى وهذه العملية مثل التلة حيث تستطيع الإلكترونات أن تذهب لآخر التلة (إلى الجهة السلبية) ولكنها لا تستطيع التسلق إلى التلة (إلى الجهة الإيجابية) لذلك أصبح لدينا حقل كهربائي يتصرف مثل الدايود حيث تستطيع الإلكترونات التحرك بإتجاه واحد فقط.
والآن دعونا نرى ماذا يحدث عندما يضرب الضوء الخلية.

عندما يضرب الضوء الخلية:

عندما يضرب ضوء على شكل فوتونات الخلية تقوم طاقته بتحرير أزواج من الفجوات الإلكترونية و سيقوم كل فوتون مع طاقته الكافية بشكل طبيعي بتحرير إلكترون واحدة بالضبط والذي سيؤدي إلى إقامة فجوات أيضاً وإذا حدث هذا بالقرب الكافي من حقل الإلكترونات أو إذا حدث أن تجولت الإلكترونات الحرة والفتحات الفارغة باتجاه مدار تأثيرها سيقوم الحقل بإرسال الإلكترون إلى الجهة السلبية والفتحات إلى الجهة الإيجابية وسيتسبب ذلك أيضاً بتمزيق الحياد الكهربائي, وإذا قمنا بتزويد طريق تدفق خارجي ستتدفق الإلكترونات من خلال الطريق إلى جهتها الأصلية (الجهة الإيجابية) لتتخذ الفجوات التي قام بإرسالها الحقل الكهربائي إلى هناك لتقوم بعملها على طول الطريق.

إن تدفق الإلكترونات يزودنا بتيار الحقل الكهربائي للخلية ويتسبب بالجهد الكهربائي (الفلطية) وبالنتيجة نحصل على الطاقة التي انتجت من كلا التيار والجهد الكهربائي
(الفلطية).


ماهو قدر طاقة ضوء الشمس التي تمتصها خليةالـ(pv)؟
لسوء الحظ إن أكبر كمية تستطيع الخلية إمتصاصها هي حوالي 25% وعلى الأرجح 15% أو أقل . لماذا هذا القدر القليل؟

فقدان الطاقة


لماذا لا تمتص الخلية أكثر15% من طاقة ضوء الشمس ؟

إن الضوء المرئي هو فقط جزء من المجال الكهرومغناطيسي وإن الطيف الكهرومغناطيسي ليس أحادي اللون إنما يتكون يتكون من أطوال موجية مختلفة ولذلك فإن الطاقة تكون على مستويات فتقوم النسبية الخاصة بعمل دراسة جيدة للطيف الكهرومغناطيسي ويمكن أن يجزء الضوء إلى أطوال موحبة مختلفة ونستطيع أن نراهم على شكل قوس قزح طالما أن الضوء الذي يضرب الخلية لديه مدى واسع من طاقة الفوتونات ويظهر بأن البعض منهم ليس لديهم طاقة كافية لتشكيل فتحات إلكترونية مزدوجة وسيعبرون ببساطة عبر الخلية كأنهم شفافون ولكن لازالت الفوتونات المتبقية لديها الكثير من الطاقة فقط كمية معينة من الطاقة قيست في فولطات الإلكترونات (ev) وحددت بمادة الخلية بحوالي (1.1 فولط إلكتروني Ev-- للسيليكون البللوري) تتطلب لخسارة الإلكترونات وإننا ندعو هذا ربط فجوة طاقة المادة, إذا كان لدى الفوتونات طاقة أكثر من الكمية المطلوبة فإن الطاقة الزائدة ستفقد( مالم يكون يكون لدى الفوتونات طاقة ضعف الكمية المطلوبة ويمكن أن يحدث أكثر من زوج واحد من فتحة الإلكترون ولكن تأثيرها لن يكون بهذه الأهمية) وهذين التأثيرين يقومان بتفسير خسارة حوالي 70% من طاقة الإشعاع الذي يحدث في الخلية, لماذا لا نستطيع أن نختار مادة ذات ربط فجوة منخفض وبذلك نستطيع إستخدام أكثر من فوتون؟

ولكن لسوء الحظ إن ربط الفجوة يحدد قوة الجهد الكهربائي للحقل المغنطيسي وإذا كانت منخفضة جداً ماذا سنختلق عندها مع تيار زائد (بإمتصاص فوتونات أكثر) وسنفقد التيار بإمتلاك جهد كهربائي قليل وإن الجهد الكهربائي (القوة الفولطية) تؤقت تياراً, إن ربط الفجوة المثالي يوازن هذان التأثيران بحوالي (1.4 Ev) لخلية صنعت من مادة وحيدة ولدينا أيضاً خسائر أخرى يجب على الإلكترونات أن تتدفق من جهة واحدة إلى جهة أخرى في الخلية من خلال دائرة خارجية, نستطيع تغطية القاع بالمعدن لكي نسمح بالإتصال الجيد ولكن إذا غطينا القمة بالكامل عندها لن تستطيع الفوتونات العبور بالموصل المعتم وعندها نخسر كل التيار (في بعض الخلايا تستخدم الموصلات الشفافة على السقف العلوي وليس على الخلية كلها)

إذا وضعنا الموصلات فقط على جوانب الخلية عندها يجب على الإلكترونات أن تجتاز مسافة طويلة جداً حتى تصل إلى الموصلات وتذكر بأن السيليكون شبه موصل وهو ليس ناقل جيد للتيار كالمعدن ومقاومته الداخلية(سلسلة المقاومة) عالية جداً والمقاومة العالية تعني خسائر عالية ولتقليل الخسائر غطيت الخلية بشبكة إتصال معدنية التي تقوم بتقصير المسافة التي تجتازها الإلكترونات عندما تغطي جزء بسيط من سطح الخلية ورغم ذلك فإن بعض الفوتونات مسدودة بالشبكة التي لايمكن أن تكون صغيرة جداً وإلا ستكون مقاومتها الخاصة عالية جداً.

إنهاء الخلية


إن هنالك بعض الخطوات قبل إستخدام الخلية, إن السيليكون مادة مشعة جداً وهذا يعني بأنها عا**ة جداً والفوتونات العا**ة لا يمكن إستخدامها في الخلية لذلك استعمل في قمة الخلية طلاء غير عا** لتحويل خسائر الإنعكاس لأقل من 5 % , أما الخطوط الاخيرة فهي صفيحة غطائية زجاجية تقوم بحماية الخلية من العناصر.

إن وحدات الـ(pv) مكونة من خلايا موصلة (36 خلية عادة) بسلاسل متوازية للوصول إلى مستويات جيدة من الجهد الكهربائي (الفولطية) والتيار, ووضعوا في إطار متين يكتمل مع الغطاء الزجاجي والأطراف الموجبة والسالبة في الخلف.

إن مادة السيليكون المفردة ليست المادة الوحيدة التي تستخدم في خلايا الـ(pv) يستخدم السيليكون متعدد البللورات أيضاً في محاولة قطع خسائر الصناعة وبالرغم من أن نتائج الخلايا ليست فعالة كالسيليكون الكريستالي المفرد,
إن السيليكون الغير متبلور الذي ليس لديه تركيب بللوري يستخدم أيضاً في محاولة تخفيض تكاليف الإنتاج, استخدمت مواد أخرى مثل زرنيخد الغاليوم وانديوم نحاسي وتلوريد الغاليوم وبما أنها مواد لديها ربط فجوات مختلفة فإن التوافق سيتشكل بأطوال موجبة مختلفة أو ستكون الفوتونات ذات قوى مختلفة, وقد طورت طريقة واحدة فعالة لإستخدام طبقتين أو أكثر من المواد المختلفة مع فجوات ذات ربط مختلف, إن المادة ذات أعلى ربط فجوة تكون على السطح وتمتص فوتونات غنية بالطاقة بينما تسمح للفوتونات ذات الطاقة الأقل لأن تمتص من قبل المادة أقل قدرة على ربط الفجوة التي تقع في الأسفل وتسمى مثل هذه الخلايا بالخلايا متعددة الإتصالات ويمكن أن يكون لديها أكثر من حقل كهربائي

تزويد المنزل بالطاقة


لدينا الآن وحدة الـ(pv) فماذا يمكن أن نفعل بها؟

ماذا يجب عليك أن تفعل لتزويد منزلك بالطاقة عن طريق الطاقة الشمسية؟

على الرغم من أنها ليست ببساطة وضع وحدات فوق السطح ولكنها ليست بهذه الصعوبة أيضاً.
أولاً ليس كل سطح لديه الجهة الصحيحة أو زاوية إنحناء للإستفادة من طاقة الشمس, يجب أن توجه أنظمة (pv) غير تتبعية في نصف الكرة الأرضية الشمالي إلى الناحية الجنوبية الصحيحة ويجب أن يمالوا إلى زاوية تتساوى مع خط عرض المنطقة لتمتص الكمية القصوى من الطاقة طوال العام, إن التوجيه المختلف أو المعدل المختلف يمكن أن يستخدموا إذا أردت أن تزيد من إنتاج الطاقة في الصباح أو في العصر أو في الصيف أو في الشتاء, وبالطبع لا يجب أن تظلل الوحدات بالأشجار أو بالأبنية القريبة وهذا لا شأن له بوقت اليوم أو وقت السنة وفي وحدات (pv) حتى إذا كانت خلية واحدة من الـ(36) خلية مظللة فسيخفض ذلك إنتاج الكهرباء لأكثر من النصف.

إذا كان لديك بيت غير مظلل وسقفه يتجه جنوباً فيجب أن تقرر حجم النظام الذي ستحتاجه وإنه يعتمد أيضاً على الحقائق التي تقول بأن إنتاج كهربائك يعتمد على الطقس الذي يكون عادة غير متوقع وبأن الكهرباء لديك ستتفاوت أيضاً إن هذه الموانع من السهل جداً توضيحها حيث تعطي البيانات الأرصادية المعدل الشهري لمستويات ضوء الشمس لمناطق جغرافية مختلفة, ويؤخذ أيضاً بعين الإعتبار هطول المطر والأيام الغائمة بالإضافة إلى الرطوبة وعوامل دقيقة أخرى, لذلك يجب عليك أن تخطط من أجل أسوأ شهر لتحصل على كهرباء كافية طول السنة ومع تلك البيانات وبمعرفة معدل متطلبات بيتك (فواتيرك الشهرية ستعلمك بشكل ملائم عن كمية الطاقة التي تستهلكها كل شهر) بهذه الطرق البسيطة ستستطيع تقرير وحدةالـ(pv) التي ستحتاجها, ويجب أيضاً أن تقرر نوع نظام الجهد الكهربائي (الفولطية) التي يمكن أن تحددها بتقرير كمية الوحدات لتربطها بسلاسل.


العقبات:


ربما هناك مشكلتين يجب أن تجد لهما الحل, أولاً: ماذا سنفعل إذا لم تشرق الشمس؟ بالتأكيد لا أحد سيقبل بأن تكون لديه كهرباء فقط أثناء النهار وأيضاً في الأيام الصافية, في هذه الحالة نحن نحتاج إلى بطاريات مخزنة للكهرباء ولسوء الحظ فإن البطاريات تزيد الكثير من التكلفة والصيانة إلى نظام الـ(pv) ولكن على أي حال هي ضرورية إذا كنت تريد أن تكون مستقلاً بشكل كامل وهناك طريقة أيضاً حول المشكلة وهي بوصل بيتك إلى شبكة المؤسسة حيث ستقوم بشراء الطاقة عندما تحتاجها و تبيعها لهم عندما تنتج طاقة أكثر من ما تحتاج وبهذه الطريقة تكون المؤسسة مثل نظام تخزين عملي غير محدود ويجب أيضاً على المؤسسة أن تكون موافقة على ذلك, وفي أغلب الأحيان ستقوم المؤسسة بشراء الطاقة منك بسعر أقل بكثير من سعر بيعهم الخاص وأيضاً ستحتاج إلى أجهزة خاصة لتتأكد من أن الطاقة التي تبيعها للمؤسسة تتزامن مع طاقتهم وبأنها تشترك معها في نفس الشكل الموجي الجيبي ونفس التردد.

يجب على المؤسسة أن تتأكد بأن نظام الـ(pv) خاصتك لن يدخل الكهرباء بشكل خطوط عند انقطاع التيار الكهربائي فتعتقد بأن الأسلاك خالية من الكهرباء وهذا يسمى (العزل).
إذا قررت إستخدام البطاريات يجب أن تبقي البطاريات دائماً وإذا أردت استبدالها ستكون العملية بعد بضعة سنوات.

إن وحدات الـ(pv) يجب أن تبقى لـ(20) سنة أو أكثر والبطاريات في نظام الـ(pv) يمكن أن تكون خطيرة جداً بسبب الطاقة التي تخزنها, وبسبب محلول الكهرباء الحمضي الذي تحتويه لذلك ستحتاج إلى إحاطة غير معدنية ومعرضة للهواء بشكل جيد.
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة rohaf (Rohaf Abdullah).
24 من 53
سهل
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة بدون اسم.
25 من 53
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة hocine99 (hocine r).
26 من 53
تصنع الخلية الشمسية من المواد اشباه الموصلات semiconductors مثل السيليكون وكل خلية فوتوفولتيك مكونة من بلورة واحدة من السيلكون وتشكل مجموعة كبيرة من خلايا الفوتوفولتيك الخلية الشمسية.  وببساطة عندما تسقط اشعة الضوء على الخلية فإن جزء من الضوء يتم امتصاصه من قبل ذرات السيليكون، اي ان طاقة الضوء قد امتصت من قبل مادة الخلية.  تعمل هذه الطاقة على اثارة الالكترونات الغير مرتبطة في المادة وتجعلها تتحرك بحرية داخل المادة.  وعندما تتعرض هذه الالكترونات الحرة لمجال كهربي فإنها سوف تتحرك كلها في اتجاه واحد وهذا يعني تيار كهربي وعند ربط طرفي خلية الفوتوفولتيك بنقطتي توصيل على السطح العلوي والسطح السفلي للخلية نحصل على تيار كهربي طالما استمر سقوط الضوء على خلية الفوتوفولتيك. وهذا التيار الكهربي هو الذي يشغل الالة الحاسبة وبمعلومية قيمة التيار الكهربي المار في الدائرة وفرق الجهد الكهربي المتولد على طرفي خلية الفوتوفولتيك يمكن ان نحصل على قيمة الطاقة الكهربية (الطاقة الكهربية (وات) = التيار الكهربي (امبير) x فرق الجهد الكهربي (فولت)) التي يمكن ان تولدها الخلية الشمسية.
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة خصوصي.
27 من 53
تعاملت مع الخلايا الشمسية من خلال استخدامك للالة حاسبة مزودة بخلية شمسية كمصدر للطاقة الكهربية تعمل بدون بطارية وتستمر في العمل دون توقف طالما توفرت كمية كافية من الضوء.  كما ان هناك الواح شمسية كبيرة تستخدم في تطبيقات متعددة ومنها على سبيل المثال في الاقمار الصناعية حيث تعتبر المصدر الرئيسي للطاقة الكهربية.
إن الاعتماد على الطاقة الشمسية كمصدر للطاقة الكهربية هو الحل الامثل للحصول على طاقة مجانية وغير ضارة للبئية.  إن كمية الطاقة التي تصل إلى الارض من الشمس في يوم مشرق تقدر بـ 1000 وات لكل متر مربع وبالتالي لو تم تزويد اسطح منازلنا بمجموعة من الالواح الشمسية المتراصة يمكن ان نحصل على طاقة كهربية مجانية كافية لمتطلبات الحياة اليومية.

ومن الجدير ذكره ان أسبانيا بدأت في مارس 2007 بتطبيق قانون جديد يلزم من يقدم على بناء عقار أو تجديد مبنى بإنشاء وحدة لتحويل الطاقة الشمسية على سطحه. يأتي ذلك في إطار جهود الحكومة الأسبانية للحد من الطلب المتزايد على الطاقة، والحد من التلوث الناتج عنها.  وطبقا لتقديرات حكومية، فإن لوحا للخلايا الشمسية بمساحة مترين مربعين موضوع على سطح أحد المنازل يمكن أن يوفر ما بين 30 إلى 70 % من الطاقة اللازمة لتسخين المياه على حسب موقع المبنى وكمية المياه المستخدمة.
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة احمد العقيد (طًفًےْـًل اًلمـًےًـوًقٍعٍ).
28 من 53
الطاقة الشمسية هي التي تحول طاقة الشمس إلى طاقة كهربائية عبر الخلايا الشمسية وهي تقنية جديدة ومتطورة باعتبارها مصدراً للطاقة مستقبلاً حيث أنها لا تنضب و دون أخطار ولا ينتج عنها مخلفات ولا غازات كيميائية سامة
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة لفساحي محمد.
29 من 53
شرق الشمس في يوم مشمس وساطع 1000 واط تقريباً لكل متر مربع من سطح الكوكب وإذا استطعنا جمع كل هذه الطاقة فسنستطيع وقتها أن نزود منازلنا ومكاتبنا بالطاقة مجاناً.

تقوم الألواح بامتصاص الطاقة لتنتج الهيدروجين في Sunline Transit Agency.

سنقوم في هذه المقالة بفحص الخلايا الشمسية لكي نتعلم كيف تقوم هذه الخلايا بتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء مباشرةً في هذه العملية سوف نتعلم لماذا نقترب أكثر من إستخدام طاقة الشمس على أساس يومي ولماذا علينا القيام بالمزيد من البحوثات قبل أن تصبح العملية فعالة.


تحويل الفوتونات إلى إلكترونات

إن الخلايا الشمسية التي رأيتها في الآلات الحاسبة وفي الأقمار الصناعية هي خلايا جهد كهربائي ضوئي (فلطائية) أو وحدات (الوحدات هي ببساطة مجموعة من الخلايا أوصلت كهربائياً ورزمت في إطار واحد).
(Photovoltaic) (PV) الضوء الفلطائي (ضوء الجهد الكهربائي) كما تدل الكلمة
Photo= ضوء voltaic= كهرباء . تحول ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء, وقد أستخدمت مرة واحدة في الفضاء بشمل خاص ويستخدم الضوء الفلطائي في أقل طرق غريبة حتى أن بإمكانهم تزويد بيتك بالطاقة.


كيف تعمل هذه الأدوات؟

صنعت خلايا الضوء الفلطائي (ضوء الجهد الكهربائي) من مواد خاصة تسمى((Semiconductors أشباه موصلات مثل السيليكون حيث أن استخدامه أكثر شيوعاً الآن , عندما يضرب ضوء الشمس الخلية فإن جزء معين من الخلية وهي داخل المادة الشبه موصلة التي تقوم بإمتصاص الضوء هذا يعني أن طاقة الضوء الممتص تحولت إلى الشبه موصلات الـ((Semiconductors وتضرب الطاقة الإلكترونية الطليقة سامحة لهم بالتدفق بحرية.
إن خلايا (PV) تملك أيضاً حقلاً أو حقول كهربائية أكثر التي تقوم بإجبار الإلكترونات التي حررت بواسطة الضوء الممصوص بالتدفق بإتجاه معين, وتدفق الإلكترونات هذا هو التيار ويمكننا أن نسحب التيار للإستعمال الخارجي وذلك بوضع وصلات معدنية في قمة وأسفل خلايا الـPV)) مثلاً يستطيع التيار تشغيل آلة حاسبة وإن التيار مع الجهد الكهربائي للخلية (الذي نتج من الحقل أو من الحقول الكهربائية) يقومان بتحديد قوة (أو قدرة الواط) التي بمكن أن تنتجها الخلية الشمسية, هذه هي العملية الأساسية ولكن هناك عمليات أخرى غيرها.
لنلقي نظرة أعمق إلى مثال من خلية (PV): خلية السيليكون البللورية الوحيدة


السيليكون

إن السيليكون لديه بعض الخواص الكيماوية الخاصة خصوصاً في شكله البللوري, لدى ذرة السيليكون 14 إلكتروناً مرتبة في ثلاثة طبقات مختلفة, وأول طبقتين واللتين هما الأقرب إلى المركز ممتلئتين تماماً, وإن الطبقة الخارجية فقط هي الطبقة النصف ممتلئة ولديها أربعة إلكترونات فستقوم ذرة السيليكون بالبحث دائماً عن الطرق لتملأ طبقتها الأخيرة (التي تود الحصول على ثمانية إلكترونات) ولتفعل ذاك ستشترك بأربعة إلكترونات مع ذرة السيليكون التي تقع بالقرب منها فتبدو كل ذرة تمسك بيد الذرة التي تقع إلى جانبها فكل ذرة لديها أربعة أيدي تشاركهم معه أربعة من جيران لها وهذا الذي يشكل التركيب البللوري وهذا التركيب يرتد إلى الخارج ليصبح هاماً لخلية الـ(PV) لقد وصفنا الآن السيليكون البللوري الصافي.
إن السيليكون البللوري الصافي ناقل ضعيف للكهرباء لأنه لا يوجد ولا واحدة من إلكتروناتها حر الحركة مثل الإلكترونات التي لديها ناقل جيد كالنحاس وبدلاًمن ذلك فإن الإلكترونات جميعها محبوسة في التركيب البللوري ولكن السيليكون في الخلية الشمسية معدل بعض الشيء لذلك سيعمل مثل الخلية الشمسية



السيليكون في الخلايا الشمسية:

إن الخلية الشمسية فيها سيليكون مع الشوائب إختلط معها ذرات أخرى وذلك يغير عمل الأشياء فيها قليلاً ونحن نعتبر الشوائب عادة كشيء مكروه ولكن في هذه الحالة لن تعمل بدون هذه الشوائب وفي الحقيقة توضع هذه الشوائب عمداً.

سنعتبر بأننا مزجنا ذرة السيليكون مع الفوسفور ربما ذرة فوسفور واحدة لكل مليون ذرة سيليكون, الفوسفور لديه خمسة إلكترونات في الطبقة الخارجية وليس أربعة وهو يلتصق بذرات جاره السيليكون ولكن الفوسفور إلكتروناً واحداً ليس لديه أحد يمسك بيده وهو لا يشكل جزء من الرابطة ولكن هناك بروتون إيجابي في النواة الفوسفورية التي تبقي الذرة في محلها.

عندما تضاف الطاقة إلى السيليكون الصافي مثلاً عند تشكيل الحرارة ستتسبب بإفلات بضعة إلكترونات من روابطهم وبترك ذراتهم وفي كلتا الحالتين تقوم الإلكترونات بترك فجوات ورائها وبالتالي تتجول الإلكترونات بشكل عشوائي حول الشبكة باحثة عن فتحة أخرى لتهبط فيها وتدعى هذه الإلكترونات بالناقلات الحرة وتستطيع أن تحمل تياراً كهربائياً وهناك البعض منهم في السيليكون الصافي ولكنهم على أي حال ليسوا مفيدون جداً ولكن السيليكون الملوث الذي مزج معه ذرات فوسفور فهو قصة مختلفة, وإن إلكترونات الفوسفور الحرة الإضافية لم تربط برابطة لأن الإلكترونات التي تجاورها لم ترصها وكنتيجة لذلك فإن أغلب هذه الإلكترونات تفلت ونحن لدينا الكثير من النواقل الحرة أكثر من التي نريدها في السيليكون الصافي.

إن عملية إضافة الشوائب عمداً تسمى التخدير وعند التخدير مع الفوسفور فإن السيليكون الناتج يسمى (N-Type) N = Negative سلبي بسبب إنتشار الإلكترونات الحرة, وإن السيليكون المخدرالسلبي (N-Type) ناقل افضل بكثير من من السيليكون الصافي وفي الحقيقة الجزء السلبي الوحيد(N-Type) من الخلية الشمسية وخدرت الأجزاء الأخرى بالبورون التي لديها ثلاثة إلكترونات سيليكون فقط في الطبقة الخارجية بدلاً من أربعة لتصبح (P-Type) P = Positive إيجابي وبدلاً من أن يكون لديه إلكترونات حرة فإن لديه فراغات حرة وهي فراغات خالية من الإلكترونات لذلك فهي تحمل الشحنة النقيضة (الإيجابية) وهم يتحركون هنا وهناك مثلما تفعل الإلكترونات, لذا إلى أين أوصلنا كل هذا؟

السيليكون السلبي(N-Type) + الإيجابي(P-Type):

يبدأ الجزء المثير عندما تقوم بوضع السيليكون ذو الشحنة السلبية N-Type) ) مع السيليكون ذو الشحنة الإيجابية (P-Type) وتذكر بأن كل خلية (PV) تحتوي على الأقل حقل كهربائي واحد وبدون الحقل الكهربائي فإن الخلية لن تعمل ويتشكل هذا الحقل عندما يتصل السيليكون ذو الشحنة السلبية مع السيليكون ذو الشحنة الإيجابية.

إن الإلكترونات الحرة في الجهة السلبية تبحث عن فجوات لكي تهبط فيها وعندما ترى الفجوات في الجهة الإيجابية تسع لكي تهبط فيها, كان السيليكون قبل ذلك محايد كهربائياً والإلكترونات الزائدة توازنت مع البروتونات في الفوسفور والإلكترونات المفقودة (الفجوات) التي تتوازن مع البروتونات المفقودة في البورون, وعندما تختلط الفجوات مع الإلكتونات في إتصال الشحنات السالبة مع الشحنات الموجبة في السيليكون فإن الحياد يعطل, إذاً هل ملأت كل الإلكترونات الحرة كل الفجوات الفارغة؟؟؟ لا. ولكن إذا فعلت ذلك فإن كل الترتيب القائم في الإتصال لن يكون مفيداً, على أي حال فهي تختلط وتشكل حاجزاً وتجعل مرور الإلكترونات من الجانب السلبي إلى الجانب الإيجابي صعباً جداً وفي آخر الأمر فإن التوازن سيصل وسيصبح لدينا حقل كهربائي يفصل الجانبين.


إن الحقل الكهربائي يتصرف مثل الدايود سامحاً (أوحتى دافعاً) للإلكترونات بالتدفق من الجهة الإيجابية إلى الجهة السلبية وليس إلى الجهة الأخرى وهذه العملية مثل التلة حيث تستطيع الإلكترونات أن تذهب لآخر التلة (إلى الجهة السلبية) ولكنها لا تستطيع التسلق إلى التلة (إلى الجهة الإيجابية) لذلك أصبح لدينا حقل كهربائي يتصرف مثل الدايود حيث تستطيع الإلكترونات التحرك بإتجاه واحد فقط.
والآن دعونا نرى ماذا يحدث عندما يضرب الضوء الخلية.

عندما يضرب الضوء الخلية:

عندما يضرب ضوء على شكل فوتونات الخلية تقوم طاقته بتحرير أزواج من الفجوات الإلكترونية و سيقوم كل فوتون مع طاقته الكافية بشكل طبيعي بتحرير إلكترون واحدة بالضبط والذي سيؤدي إلى إقامة فجوات أيضاً وإذا حدث هذا بالقرب الكافي من حقل الإلكترونات أو إذا حدث أن تجولت الإلكترونات الحرة والفتحات الفارغة باتجاه مدار تأثيرها سيقوم الحقل بإرسال الإلكترون إلى الجهة السلبية والفتحات إلى الجهة الإيجابية وسيتسبب ذلك أيضاً بتمزيق الحياد الكهربائي, وإذا قمنا بتزويد طريق تدفق خارجي ستتدفق الإلكترونات من خلال الطريق إلى جهتها الأصلية (الجهة الإيجابية) لتتخذ الفجوات التي قام بإرسالها الحقل الكهربائي إلى هناك لتقوم بعملها على طول الطريق.

إن تدفق الإلكترونات يزودنا بتيار الحقل الكهربائي للخلية ويتسبب بالجهد الكهربائي (الفلطية) وبالنتيجة نحصل على الطاقة التي انتجت من كلا التيار والجهد الكهربائي
(الفلطية).
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة رحيل ۰•• (جزائرية وهرانية).
30 من 53
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة GxG (Ghaith syr).
31 من 53
الفكرة تتم عن طريق:
1-الخلايا الشمسية وتسمي  solar panel energy  (حيث يمكن توليد الكهرباء للمنزل و يشغل كل الاضاءة مع جميع اجهزة المنزل الكهربائية باستخدام الخلايا الشمسية ).
او بطريقة اخري تسمي
2- تحويل الاشعة الحرارية الى بخار او ما شابه و توليد كهرباء بعد ذلك
الطريقة الأولى مكلفة وذات كفاءة قليلة والأبحاث حولها على أشده لأنها الوسيله الوحيدة للمركبات الفضائية - ولو هناك تقدم سيصبح متاح للجميع لكثره الحاجة إليه و اسعارها تنخفض عموما مع زيادة الاستخدام
الطريقة الثانية تحتاج تجهيزات و ايضا مكلفة ولا تصلح لمنزل واحد مثلا
وهذا مرجع جيد  يشرح فكرة العمل بشكل جيد لفكرة الخلايا الشمسية
http://www.hazemsakeek.com/magazine/index.php?option=com_content&task=view&id=162&Itemid=62‏
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة hadyis.
32 من 53
تحويل الفوتونات إلى إلكترونات

إن الخلايا الشمسية التي رأيتها في الآلات الحاسبة وفي الأقمار الصناعية هي خلايا جهد كهربائي ضوئي (فلطائية) أو وحدات (الوحدات هي ببساطة مجموعة من الخلايا أوصلت كهربائياً ورزمت في إطار واحد).
(Photovoltaic) (PV) الضوء الفلطائي (ضوء الجهد الكهربائي) كما تدل الكلمة
Photo= ضوء voltaic= كهرباء . تحول ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء, وقد أستخدمت مرة واحدة في الفضاء بشمل خاص ويستخدم الضوء الفلطائي في أقل طرق غريبة حتى أن بإمكانهم تزويد بيتك بالطاقة.


كيف تعمل هذه الأدوات؟

صنعت خلايا الضوء الفلطائي (ضوء الجهد الكهربائي) من مواد خاصة تسمى((Semiconductors أشباه موصلات مثل السيليكون حيث أن استخدامه أكثر شيوعاً الآن , عندما يضرب ضوء الشمس الخلية فإن جزء معين من الخلية وهي داخل المادة الشبه موصلة التي تقوم بإمتصاص الضوء هذا يعني أن طاقة الضوء الممتص تحولت إلى الشبه موصلات الـ((Semiconductors وتضرب الطاقة الإلكترونية الطليقة سامحة لهم بالتدفق بحرية.
إن خلايا (PV) تملك أيضاً حقلاً أو حقول كهربائية أكثر التي تقوم بإجبار الإلكترونات التي حررت بواسطة الضوء الممصوص بالتدفق بإتجاه معين, وتدفق الإلكترونات هذا هو التيار ويمكننا أن نسحب التيار للإستعمال الخارجي وذلك بوضع وصلات معدنية في قمة وأسفل خلايا الـPV)) مثلاً يستطيع التيار تشغيل آلة حاسبة وإن التيار مع الجهد الكهربائي للخلية (الذي نتج من الحقل أو من الحقول الكهربائية) يقومان بتحديد قوة (أو قدرة الواط) التي بمكن أن تنتجها الخلية الشمسية, هذه هي العملية الأساسية ولكن هناك عمليات أخرى غيرها.
لنلقي نظرة أعمق إلى مثال من خلية (PV): خلية السيليكون البللورية الوحيدة


السيليكون

إن السيليكون لديه بعض الخواص الكيماوية الخاصة خصوصاً في شكله البللوري, لدى ذرة السيليكون 14 إلكتروناً مرتبة في ثلاثة طبقات مختلفة, وأول طبقتين واللتين هما الأقرب إلى المركز ممتلئتين تماماً, وإن الطبقة الخارجية فقط هي الطبقة النصف ممتلئة ولديها أربعة إلكترونات فستقوم ذرة السيليكون بالبحث دائماً عن الطرق لتملأ طبقتها الأخيرة (التي تود الحصول على ثمانية إلكترونات) ولتفعل ذاك ستشترك بأربعة إلكترونات مع ذرة السيليكون التي تقع بالقرب منها فتبدو كل ذرة تمسك بيد الذرة التي تقع إلى جانبها فكل ذرة لديها أربعة أيدي تشاركهم معه أربعة من جيران لها وهذا الذي يشكل التركيب البللوري وهذا التركيب يرتد إلى الخارج ليصبح هاماً لخلية الـ(PV) لقد وصفنا الآن السيليكون البللوري الصافي.
إن السيليكون البللوري الصافي ناقل ضعيف للكهرباء لأنه لا يوجد ولا واحدة من إلكتروناتها حر الحركة مثل الإلكترونات التي لديها ناقل جيد كالنحاس وبدلاًمن ذلك فإن الإلكترونات جميعها محبوسة في التركيب البللوري ولكن السيليكون في الخلية الشمسية معدل بعض الشيء لذلك سيعمل مثل الخلية الشمسية



السيليكون في الخلايا الشمسية:

إن الخلية الشمسية فيها سيليكون مع الشوائب إختلط معها ذرات أخرى وذلك يغير عمل الأشياء فيها قليلاً ونحن نعتبر الشوائب عادة كشيء مكروه ولكن في هذه الحالة لن تعمل بدون هذه الشوائب وفي الحقيقة توضع هذه الشوائب عمداً.

سنعتبر بأننا مزجنا ذرة السيليكون مع الفوسفور ربما ذرة فوسفور واحدة لكل مليون ذرة سيليكون, الفوسفور لديه خمسة إلكترونات في الطبقة الخارجية وليس أربعة وهو يلتصق بذرات جاره السيليكون ولكن الفوسفور إلكتروناً واحداً ليس لديه أحد يمسك بيده وهو لا يشكل جزء من الرابطة ولكن هناك بروتون إيجابي في النواة الفوسفورية التي تبقي الذرة في محلها.

عندما تضاف الطاقة إلى السيليكون الصافي مثلاً عند تشكيل الحرارة ستتسبب بإفلات بضعة إلكترونات من روابطهم وبترك ذراتهم وفي كلتا الحالتين تقوم الإلكترونات بترك فجوات ورائها وبالتالي تتجول الإلكترونات بشكل عشوائي حول الشبكة باحثة عن فتحة أخرى لتهبط فيها وتدعى هذه الإلكترونات بالناقلات الحرة وتستطيع أن تحمل تياراً كهربائياً وهناك البعض منهم في السيليكون الصافي ولكنهم على أي حال ليسوا مفيدون جداً ولكن السيليكون الملوث الذي مزج معه ذرات فوسفور فهو قصة مختلفة, وإن إلكترونات الفوسفور الحرة الإضافية لم تربط برابطة لأن الإلكترونات التي تجاورها لم ترصها وكنتيجة لذلك فإن أغلب هذه الإلكترونات تفلت ونحن لدينا الكثير من النواقل الحرة أكثر من التي نريدها في السيليكون الصافي.

إن عملية إضافة الشوائب عمداً تسمى التخدير وعند التخدير مع الفوسفور فإن السيليكون الناتج يسمى (N-Type) N = Negative سلبي بسبب إنتشار الإلكترونات الحرة, وإن السيليكون المخدرالسلبي (N-Type) ناقل افضل بكثير من من السيليكون الصافي وفي الحقيقة الجزء السلبي الوحيد(N-Type) من الخلية الشمسية وخدرت الأجزاء الأخرى بالبورون التي لديها ثلاثة إلكترونات سيليكون فقط في الطبقة الخارجية بدلاً من أربعة لتصبح (P-Type) P = Positive إيجابي وبدلاً من أن يكون لديه إلكترونات حرة فإن لديه فراغات حرة وهي فراغات خالية من الإلكترونات لذلك فهي تحمل الشحنة النقيضة (الإيجابية) وهم يتحركون هنا وهناك مثلما تفعل الإلكترونات, لذا إلى أين أوصلنا كل هذا؟

السيليكون السلبي(N-Type) + الإيجابي(P-Type):

يبدأ الجزء المثير عندما تقوم بوضع السيليكون ذو الشحنة السلبية N-Type) ) مع السيليكون ذو الشحنة الإيجابية (P-Type) وتذكر بأن كل خلية (PV) تحتوي على الأقل حقل كهربائي واحد وبدون الحقل الكهربائي فإن الخلية لن تعمل ويتشكل هذا الحقل عندما يتصل السيليكون ذو الشحنة السلبية مع السيليكون ذو الشحنة الإيجابية.
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة Ahmed3g.
33 من 53
للحق فانا قد عملت بحثا وهذا ما وجدت
___________________________________________
لابد من أنك رأيت الآلات الحاسبة التي لها خلايا شمسية .... الحاسبات التي لا تحتاج إلى بطاريات وفي بعض الأحيان لا تحتاج إلى زر الإطفاء وتبدو لك بأنها ستعمل إلى الأبد طالما لديك الكمية الكافية من الضوء, وأيضاً لابد من أنك رأيت ألواح شمسية أكبر من ذلك .... مثلاً على إشارات الطريق الطارئة أو في الهواتف العامة أو في الطوافات أو حتى في المواقف لتشغيل الأضواء, على الرغم من أن هذه الألواح الكبيرة ليست شائعة مثل الآلات الحاسبة التي تعمل على النظام الشمسي ولكنها شائعة في الخارج وليس من الصعب جداً إكتشافها إذا عرفت أين تبحث عنها.

هناك صفوف من الخلايا الشمسية على الأقمار الصناعية على الأقمار الصناعية التي تستعمل لتشغيل الأنظمة الكهربائية, ولابد أنك سمعت أيضاً عن (الثورة الشمسية) في الـ20 سنة الماضية والفكرة أنه يوماً من الأيام سوف نستخدم الكهرباء مجاناً من الشمس (إن هذا وعد مغري).

تشرق الشمس في يوم مشمس وساطع 1000 واط تقريباً لكل متر مربع من سطح الكوكب وإذا استطعنا جمع كل هذه الطاقة فسنستطيع وقتها أن نزود منازلنا ومكاتبنا بالطاقة مجاناً.

تقوم الألواح بامتصاص الطاقة لتنتج الهيدروجين في Sunline Transit Agency.

سنقوم في هذه المقالة بفحص الخلايا الشمسية لكي نتعلم كيف تقوم هذه الخلايا بتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء مباشرةً في هذه العملية سوف نتعلم لماذا نقترب أكثر من إستخدام طاقة الشمس على أساس يومي ولماذا علينا القيام بالمزيد من البحوثات قبل أن تصبح العملية فعالة.


تحويل الفوتونات إلى إلكترونات

إن الخلايا الشمسية التي رأيتها في الآلات الحاسبة وفي الأقمار الصناعية هي خلايا جهد كهربائي ضوئي (فلطائية) أو وحدات (الوحدات هي ببساطة مجموعة من الخلايا أوصلت كهربائياً ورزمت في إطار واحد).
(Photovoltaic) (PV) الضوء الفلطائي (ضوء الجهد الكهربائي) كما تدل الكلمة
Photo= ضوء voltaic= كهرباء . تحول ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء, وقد أستخدمت مرة واحدة في الفضاء بشمل خاص ويستخدم الضوء الفلطائي في أقل طرق غريبة حتى أن بإمكانهم تزويد بيتك بالطاقة.


كيف تعمل هذه الأدوات؟

صنعت خلايا الضوء الفلطائي (ضوء الجهد الكهربائي) من مواد خاصة تسمى((Semiconductors أشباه موصلات مثل السيليكون حيث أن استخدامه أكثر شيوعاً الآن , عندما يضرب ضوء الشمس الخلية فإن جزء معين من الخلية وهي داخل المادة الشبه موصلة التي تقوم بإمتصاص الضوء هذا يعني أن طاقة الضوء الممتص تحولت إلى الشبه موصلات الـ((Semiconductors وتضرب الطاقة الإلكترونية الطليقة سامحة لهم بالتدفق بحرية.
إن خلايا (PV) تملك أيضاً حقلاً أو حقول كهربائية أكثر التي تقوم بإجبار الإلكترونات التي حررت بواسطة الضوء الممصوص بالتدفق بإتجاه معين, وتدفق الإلكترونات هذا هو التيار ويمكننا أن نسحب التيار للإستعمال الخارجي وذلك بوضع وصلات معدنية في قمة وأسفل خلايا الـPV)) مثلاً يستطيع التيار تشغيل آلة حاسبة وإن التيار مع الجهد الكهربائي للخلية (الذي نتج من الحقل أو من الحقول الكهربائية) يقومان بتحديد قوة (أو قدرة الواط) التي بمكن أن تنتجها الخلية الشمسية, هذه هي العملية الأساسية ولكن هناك عمليات أخرى غيرها.
لنلقي نظرة أعمق إلى مثال من خلية (PV): خلية السيليكون البللورية الوحيدة


السيليكون

إن السيليكون لديه بعض الخواص الكيماوية الخاصة خصوصاً في شكله البللوري, لدى ذرة السيليكون 14 إلكتروناً مرتبة في ثلاثة طبقات مختلفة, وأول طبقتين واللتين هما الأقرب إلى المركز ممتلئتين تماماً, وإن الطبقة الخارجية فقط هي الطبقة النصف ممتلئة ولديها أربعة إلكترونات فستقوم ذرة السيليكون بالبحث دائماً عن الطرق لتملأ طبقتها الأخيرة (التي تود الحصول على ثمانية إلكترونات) ولتفعل ذاك ستشترك بأربعة إلكترونات مع ذرة السيليكون التي تقع بالقرب منها فتبدو كل ذرة تمسك بيد الذرة التي تقع إلى جانبها فكل ذرة لديها أربعة أيدي تشاركهم معه أربعة من جيران لها وهذا الذي يشكل التركيب البللوري وهذا التركيب يرتد إلى الخارج ليصبح هاماً لخلية الـ(PV) لقد وصفنا الآن السيليكون البللوري الصافي.
إن السيليكون البللوري الصافي ناقل ضعيف للكهرباء لأنه لا يوجد ولا واحدة من إلكتروناتها حر الحركة مثل الإلكترونات التي لديها ناقل جيد كالنحاس وبدلاًمن ذلك فإن الإلكترونات جميعها محبوسة في التركيب البللوري ولكن السيليكون في الخلية الشمسية معدل بعض الشيء لذلك سيعمل مثل الخلية الشمسية



السيليكون في الخلايا الشمسية:

إن الخلية الشمسية فيها سيليكون مع الشوائب إختلط معها ذرات أخرى وذلك يغير عمل الأشياء فيها قليلاً ونحن نعتبر الشوائب عادة كشيء مكروه ولكن في هذه الحالة لن تعمل بدون هذه الشوائب وفي الحقيقة توضع هذه الشوائب عمداً.

سنعتبر بأننا مزجنا ذرة السيليكون مع الفوسفور ربما ذرة فوسفور واحدة لكل مليون ذرة سيليكون, الفوسفور لديه خمسة إلكترونات في الطبقة الخارجية وليس أربعة وهو يلتصق بذرات جاره السيليكون ولكن الفوسفور إلكتروناً واحداً ليس لديه أحد يمسك بيده وهو لا يشكل جزء من الرابطة ولكن هناك بروتون إيجابي في النواة الفوسفورية التي تبقي الذرة في محلها.

عندما تضاف الطاقة إلى السيليكون الصافي مثلاً عند تشكيل الحرارة ستتسبب بإفلات بضعة إلكترونات من روابطهم وبترك ذراتهم وفي كلتا الحالتين تقوم الإلكترونات بترك فجوات ورائها وبالتالي تتجول الإلكترونات بشكل عشوائي حول الشبكة باحثة عن فتحة أخرى لتهبط فيها وتدعى هذه الإلكترونات بالناقلات الحرة وتستطيع أن تحمل تياراً كهربائياً وهناك البعض منهم في السيليكون الصافي ولكنهم على أي حال ليسوا مفيدون جداً ولكن السيليكون الملوث الذي مزج معه ذرات فوسفور فهو قصة مختلفة, وإن إلكترونات الفوسفور الحرة الإضافية لم تربط برابطة لأن الإلكترونات التي تجاورها لم ترصها وكنتيجة لذلك فإن أغلب هذه الإلكترونات تفلت ونحن لدينا الكثير من النواقل الحرة أكثر من التي نريدها في السيليكون الصافي.

إن عملية إضافة الشوائب عمداً تسمى التخدير وعند التخدير مع الفوسفور فإن السيليكون الناتج يسمى (N-Type) N = Negative سلبي بسبب إنتشار الإلكترونات الحرة, وإن السيليكون المخدرالسلبي (N-Type) ناقل افضل بكثير من من السيليكون الصافي وفي الحقيقة الجزء السلبي الوحيد(N-Type) من الخلية الشمسية وخدرت الأجزاء الأخرى بالبورون التي لديها ثلاثة إلكترونات سيليكون فقط في الطبقة الخارجية بدلاً من أربعة لتصبح (P-Type) P = Positive إيجابي وبدلاً من أن يكون لديه إلكترونات حرة فإن لديه فراغات حرة وهي فراغات خالية من الإلكترونات لذلك فهي تحمل الشحنة النقيضة (الإيجابية) وهم يتحركون هنا وهناك مثلما تفعل الإلكترونات, لذا إلى أين أوصلنا كل هذا؟

السيليكون السلبي(N-Type) + الإيجابي(P-Type):

يبدأ الجزء المثير عندما تقوم بوضع السيليكون ذو الشحنة السلبية N-Type) ) مع السيليكون ذو الشحنة الإيجابية (P-Type) وتذكر بأن كل خلية (PV) تحتوي على الأقل حقل كهربائي واحد وبدون الحقل الكهربائي فإن الخلية لن تعمل ويتشكل هذا الحقل عندما يتصل السيليكون ذو الشحنة السلبية مع السيليكون ذو الشحنة الإيجابية.

إن الإلكترونات الحرة في الجهة السلبية تبحث عن فجوات لكي تهبط فيها وعندما ترى الفجوات في الجهة الإيجابية تسع لكي تهبط فيها, كان السيليكون قبل ذلك محايد كهربائياً والإلكترونات الزائدة توازنت مع البروتونات في الفوسفور والإلكترونات المفقودة (الفجوات) التي تتوازن مع البروتونات المفقودة في البورون, وعندما تختلط الفجوات مع الإلكتونات في إتصال الشحنات السالبة مع الشحنات الموجبة في السيليكون فإن الحياد يعطل, إذاً هل ملأت كل الإلكترونات الحرة كل الفجوات الفارغة؟؟؟ لا. ولكن إذا فعلت ذلك فإن كل الترتيب القائم في الإتصال لن يكون مفيداً, على أي حال فهي تختلط وتشكل حاجزاً وتجعل مرور الإلكترونات من الجانب السلبي إلى الجانب الإيجابي صعباً جداً وفي آخر الأمر فإن التوازن سيصل وسيصبح لدينا حقل كهربائي يفصل الجانبين.


إن الحقل الكهربائي يتصرف مثل الدايود سامحاً (أوحتى دافعاً) للإلكترونات بالتدفق من الجهة الإيجابية إلى الجهة السلبية وليس إلى الجهة الأخرى وهذه العملية مثل التلة حيث تستطيع الإلكترونات أن تذهب لآخر التلة (إلى الجهة السلبية) ولكنها لا تستطيع التسلق إلى التلة (إلى الجهة الإيجابية) لذلك أصبح لدينا حقل كهربائي يتصرف مثل الدايود حيث تستطيع الإلكترونات التحرك بإتجاه واحد فقط.
والآن دعونا نرى ماذا يحدث عندما يضرب الضوء الخلية.

عندما يضرب الضوء الخلية:

عندما يضرب ضوء على شكل فوتونات الخلية تقوم طاقته بتحرير أزواج من الفجوات الإلكترونية و سيقوم كل فوتون مع طاقته الكافية بشكل طبيعي بتحرير إلكترون واحدة بالضبط والذي سيؤدي إلى إقامة فجوات أيضاً وإذا حدث هذا بالقرب الكافي من حقل الإلكترونات أو إذا حدث أن تجولت الإلكترونات الحرة والفتحات الفارغة باتجاه مدار تأثيرها سيقوم الحقل بإرسال الإلكترون إلى الجهة السلبية والفتحات إلى الجهة الإيجابية وسيتسبب ذلك أيضاً بتمزيق الحياد الكهربائي, وإذا قمنا بتزويد طريق تدفق خارجي ستتدفق الإلكترونات من خلال الطريق إلى جهتها الأصلية (الجهة الإيجابية) لتتخذ الفجوات التي قام بإرسالها الحقل الكهربائي إلى هناك لتقوم بعملها على طول الطريق.

إن تدفق الإلكترونات يزودنا بتيار الحقل الكهربائي للخلية ويتسبب بالجهد الكهربائي (الفلطية) وبالنتيجة نحصل على الطاقة التي انتجت من كلا التيار والجهد الكهربائي
(الفلطية).


ماهو قدر طاقة ضوء الشمس التي تمتصها خليةالـ(pv)؟
لسوء الحظ إن أكبر كمية تستطيع الخلية إمتصاصها هي حوالي 25% وعلى الأرجح 15% أو أقل . لماذا هذا القدر القليل؟

فقدان الطاقة


لماذا لا تمتص الخلية أكثر15% من طاقة ضوء الشمس ؟

إن الضوء المرئي هو فقط جزء من المجال الكهرومغناطيسي وإن الطيف الكهرومغناطيسي ليس أحادي اللون إنما يتكون يتكون من أطوال موجية مختلفة ولذلك فإن الطاقة تكون على مستويات فتقوم النسبية الخاصة بعمل دراسة جيدة للطيف الكهرومغناطيسي ويمكن أن يجزء الضوء إلى أطوال موحبة مختلفة ونستطيع أن نراهم على شكل قوس قزح طالما أن الضوء الذي يضرب الخلية لديه مدى واسع من طاقة الفوتونات ويظهر بأن البعض منهم ليس لديهم طاقة كافية لتشكيل فتحات إلكترونية مزدوجة وسيعبرون ببساطة عبر الخلية كأنهم شفافون ولكن لازالت الفوتونات المتبقية لديها الكثير من الطاقة فقط كمية معينة من الطاقة قيست في فولطات الإلكترونات (ev) وحددت بمادة الخلية بحوالي (1.1 فولط إلكتروني Ev-- للسيليكون البللوري) تتطلب لخسارة الإلكترونات وإننا ندعو هذا ربط فجوة طاقة المادة, إذا كان لدى الفوتونات طاقة أكثر من الكمية المطلوبة فإن الطاقة الزائدة ستفقد( مالم يكون يكون لدى الفوتونات طاقة ضعف الكمية المطلوبة ويمكن أن يحدث أكثر من زوج واحد من فتحة الإلكترون ولكن تأثيرها لن يكون بهذه الأهمية) وهذين التأثيرين يقومان بتفسير خسارة حوالي 70% من طاقة الإشعاع الذي يحدث في الخلية, لماذا لا نستطيع أن نختار مادة ذات ربط فجوة منخفض وبذلك نستطيع إستخدام أكثر من فوتون؟

ولكن لسوء الحظ إن ربط الفجوة يحدد قوة الجهد الكهربائي للحقل المغنطيسي وإذا كانت منخفضة جداً ماذا سنختلق عندها مع تيار زائد (بإمتصاص فوتونات أكثر) وسنفقد التيار بإمتلاك جهد كهربائي قليل وإن الجهد الكهربائي (القوة الفولطية) تؤقت تياراً, إن ربط الفجوة المثالي يوازن هذان التأثيران بحوالي (1.4 Ev) لخلية صنعت من مادة وحيدة ولدينا أيضاً خسائر أخرى يجب على الإلكترونات أن تتدفق من جهة واحدة إلى جهة أخرى في الخلية من خلال دائرة خارجية, نستطيع تغطية القاع بالمعدن لكي نسمح بالإتصال الجيد ولكن إذا غطينا القمة بالكامل عندها لن تستطيع الفوتونات العبور بالموصل المعتم وعندها نخسر كل التيار (في بعض الخلايا تستخدم الموصلات الشفافة على السقف العلوي وليس على الخلية كلها)

إذا وضعنا الموصلات فقط على جوانب الخلية عندها يجب على الإلكترونات أن تجتاز مسافة طويلة جداً حتى تصل إلى الموصلات وتذكر بأن السيليكون شبه موصل وهو ليس ناقل جيد للتيار كالمعدن ومقاومته الداخلية(سلسلة المقاومة) عالية جداً والمقاومة العالية تعني خسائر عالية ولتقليل الخسائر غطيت الخلية بشبكة إتصال معدنية التي تقوم بتقصير المسافة التي تجتازها الإلكترونات عندما تغطي جزء بسيط من سطح الخلية ورغم ذلك فإن بعض الفوتونات مسدودة بالشبكة التي لايمكن أن تكون صغيرة جداً وإلا ستكون مقاومتها الخاصة عالية جداً.

إنهاء الخلية


إن هنالك بعض الخطوات قبل إستخدام الخلية, إن السيليكون مادة مشعة جداً وهذا يعني بأنها عا**ة جداً والفوتونات العا**ة لا يمكن إستخدامها في الخلية لذلك استعمل في قمة الخلية طلاء غير عا** لتحويل خسائر الإنعكاس لأقل من 5 % , أما الخطوط الاخيرة فهي صفيحة غطائية زجاجية تقوم بحماية الخلية من العناصر.

إن وحدات الـ(pv) مكونة من خلايا موصلة (36 خلية عادة) بسلاسل متوازية للوصول إلى مستويات جيدة من الجهد الكهربائي (الفولطية) والتيار, ووضعوا في إطار متين يكتمل مع الغطاء الزجاجي والأطراف الموجبة والسالبة في الخلف.

إن مادة السيليكون المفردة ليست المادة الوحيدة التي تستخدم في خلايا الـ(pv) يستخدم السيليكون متعدد البللورات أيضاً في محاولة قطع خسائر الصناعة وبالرغم من أن نتائج الخلايا ليست فعالة كالسيليكون الكريستالي المفرد,
إن السيليكون الغير متبلور الذي ليس لديه تركيب بللوري يستخدم أيضاً في محاولة تخفيض تكاليف الإنتاج, استخدمت مواد أخرى مثل زرنيخد الغاليوم وانديوم نحاسي وتلوريد الغاليوم وبما أنها مواد لديها ربط فجوات مختلفة فإن التوافق سيتشكل بأطوال موجبة مختلفة أو ستكون الفوتونات ذات قوى مختلفة, وقد طورت طريقة واحدة فعالة لإستخدام طبقتين أو أكثر من المواد المختلفة مع فجوات ذات ربط مختلف, إن المادة ذات أعلى ربط فجوة تكون على السطح وتمتص فوتونات غنية بالطاقة بينما تسمح للفوتونات ذات الطاقة الأقل لأن تمتص من قبل المادة أقل قدرة على ربط الفجوة التي تقع في الأسفل وتسمى مثل هذه الخلايا بالخلايا متعددة الإتصالات ويمكن أن يكون لديها أكثر من حقل كهربائي

تزويد المنزل بالطاقة


لدينا الآن وحدة الـ(pv) فماذا يمكن أن نفعل بها؟

ماذا يجب عليك أن تفعل لتزويد منزلك بالطاقة عن طريق الطاقة الشمسية؟

على الرغم من أنها ليست ببساطة وضع وحدات فوق السطح ولكنها ليست بهذه الصعوبة أيضاً.
أولاً ليس كل سطح لديه الجهة الصحيحة أو زاوية إنحناء للإستفادة من طاقة الشمس, يجب أن توجه أنظمة (pv) غير تتبعية في نصف الكرة الأرضية الشمالي إلى الناحية الجنوبية الصحيحة ويجب أن يمالوا إلى زاوية تتساوى مع خط عرض المنطقة لتمتص الكمية القصوى من الطاقة طوال العام, إن التوجيه المختلف أو المعدل المختلف يمكن أن يستخدموا إذا أردت أن تزيد من إنتاج الطاقة في الصباح أو في العصر أو في الصيف أو في الشتاء, وبالطبع لا يجب أن تظلل الوحدات بالأشجار أو بالأبنية القريبة وهذا لا شأن له بوقت اليوم أو وقت السنة وفي وحدات (pv) حتى إذا كانت خلية واحدة من الـ(36) خلية مظللة فسيخفض ذلك إنتاج الكهرباء لأكثر من النصف.

إذا كان لديك بيت غير مظلل وسقفه يتجه جنوباً فيجب أن تقرر حجم النظام الذي ستحتاجه وإنه يعتمد أيضاً على الحقائق التي تقول بأن إنتاج كهربائك يعتمد على الطقس الذي يكون عادة غير متوقع وبأن الكهرباء لديك ستتفاوت أيضاً إن هذه الموانع من السهل جداً توضيحها حيث تعطي البيانات الأرصادية المعدل الشهري لمستويات ضوء الشمس لمناطق جغرافية مختلفة, ويؤخذ أيضاً بعين الإعتبار هطول المطر والأيام الغائمة بالإضافة إلى الرطوبة وعوامل دقيقة أخرى, لذلك يجب عليك أن تخطط من أجل أسوأ شهر لتحصل على كهرباء كافية طول السنة ومع تلك البيانات وبمعرفة معدل متطلبات بيتك (فواتيرك الشهرية ستعلمك بشكل ملائم عن كمية الطاقة التي تستهلكها كل شهر) بهذه الطرق البسيطة ستستطيع تقرير وحدةالـ(pv) التي ستحتاجها, ويجب أيضاً أن تقرر نوع نظام الجهد الكهربائي (الفولطية) التي يمكن أن تحددها بتقرير كمية الوحدات لتربطها بسلاسل.


العقبات:


ربما هناك مشكلتين يجب أن تجد لهما الحل, أولاً: ماذا سنفعل إذا لم تشرق الشمس؟ بالتأكيد لا أحد سيقبل بأن تكون لديه كهرباء فقط أثناء النهار وأيضاً في الأيام الصافية, في هذه الحالة نحن نحتاج إلى بطاريات مخزنة للكهرباء ولسوء الحظ فإن البطاريات تزيد الكثير من التكلفة والصيانة إلى نظام الـ(pv) ولكن على أي حال هي ضرورية إذا كنت تريد أن تكون مستقلاً بشكل كامل وهناك طريقة أيضاً حول المشكلة وهي بوصل بيتك إلى شبكة المؤسسة حيث ستقوم بشراء الطاقة عندما تحتاجها و تبيعها لهم عندما تنتج طاقة أكثر من ما تحتاج وبهذه الطريقة تكون المؤسسة مثل نظام تخزين عملي غير محدود ويجب أيضاً على المؤسسة أن تكون موافقة على ذلك, وفي أغلب الأحيان ستقوم المؤسسة بشراء الطاقة منك بسعر أقل بكثير من سعر بيعهم الخاص وأيضاً ستحتاج إلى أجهزة خاصة لتتأكد من أن الطاقة التي تبيعها للمؤسسة تتزامن مع طاقتهم وبأنها تشترك معها في نفس الشكل الموجي الجيبي ونفس التردد.

يجب على المؤسسة أن تتأكد بأن نظام الـ(pv) خاصتك لن يدخل الكهرباء بشكل خطوط عند انقطاع التيار الكهربائي فتعتقد بأن الأسلاك خالية من الكهرباء وهذا يسمى (العزل).
إذا قررت إستخدام البطاريات يجب أن تبقي البطاريات دائماً وإذا أردت استبدالها ستكون العملية بعد بضعة سنوات.

إن وحدات الـ(pv) يجب أن تبقى لـ(20) سنة أو أكثر والبطاريات في نظام الـ(pv) يمكن أن تكون خطيرة جداً بسبب الطاقة التي تخزنها, وبسبب محلول الكهرباء الحمضي الذي تحتويه لذلك ستحتاج إلى إحاطة غير معدنية ومعرضة للهواء بشكل جيد.

--------------------------------------------------------------------------------

البطاريات ذات المدار العميق:

ما هو نوع البطاريات الذي يستعمل في أنظمة الـ(PV) ؟.
بالرغم من أن هناك أنواع مختلفة من البطاريات تستخدم عادةً ولكن هناك ميزة واحدة يجب أن تكون مشتركة بينهم كلهم وهي البطاريات ذات المدار العميق وهي ليست كبطارية السيارة التي تتميز بأنها ذات مدار سطحي, إن البطاريات ذات المدار العميق تستطيع أن تفرغ أكثر من طاقتها المخزونة وأيضاً لديها حياة طويلة أما بطارية السيارة تطلق تياراً كبيراً في وقت قصير ـ لكي تشغل السيارة ـ وثم تعيد الشحن فوراًعندما تسير السيارة.

إن بطاريات الـ(PV) يجب عليها أن تطلق تياراً أصغر في فترة أطول بشكل عام (مثلاً طوال الليل) بينما تقوم بالشحن خلال النهار, وإن بطاريات المدار الطويل الأكثر إستخداماً هي بطاريات حمض الرصاص وأيضاً بطاريات كاديوم ***ل, وبطاريات كاديوم ***ل أغلى ولكنها تبقى لمدة أطول ويمكن أن تفرغ طاقة بدون أذى وحتى بطاريات حمض الرصاص ذات المدار العميق لا تستطيع إفراغ 100% من الطاقة بدون إختصار حياة البطارية وبشكل عام إن أنظمة الـ(PV) صممت لإفراغ التيار عن طريق بطاريات حمض الرصاص وليس أكثرمن 40 أو 50 %.

يتطلب إستخدام البطاريات تركيب عنصر أساسي آخر يدعى المتحكم بالشحن, وستعيش البطاريات أكثر إذا تلقت العناية وذلك بعدم الإفراط بشحن البطارية أو عدم إفراغها كثيراً, وهنا يأتي عمل المتحكم بالشحن, عندما تشحن البطاريات بالكامل فإن المتحكم بالشحن لا يدع التيار في وحدات الـ(PV) يستمر بالتدفق إلى البطاريات وأيضاً عندما تفرغ البطاريات إلى مستوى قد حدد مسبقاً تحت سيطرة قياس الجهد الكهربائي (الفولطية) للبطارية فمغظم المتحكمين بالشحن لن يسمحوا بإفراغ المزيد من التيار من البطاريات حتى تشحن البطارية مرة أخرى, فجهاز التحكم بالشحن ضروري لضمان حياة البطارية الطويل.

قلب التيار المباشر إلى تيار متناوب:


إن المشكلة الأخرى هي إذا أردت إستخدام الكهرباء المولدة من وحدات الـ(PV) التي استخرجت من البطاريات وهو تيار مباشر بينما الكهرباء التي تؤمنها المؤسسة (والنوع الذي يستخدم في كل أدوات المنزل) هو تيار متناوب فأنت في هذه الحالة تحتاج إلى عا**ة وهي أدات تقوم بقلب التيار المباشر إلى تيار متناوب وإن أكثر العا**ات سيسمحون لك باسيطرة أوتوماتيكياً على كيفية عمل نظامك.

إن بعض وحدات الـ(PV) تسمى بوحدات التيار المتناوب لأنه قد بني عا** لدى كل وحدة وهذا يزيل الحاجة إلى عا**ة مركزية كبيرة ويبسط عملية توزيع الأسلاك.


يجب أن تتبع التعليمات الكهربائية في الأجهزة المتزايدة وتوزيع الأسلاك وصناديق التوصيل ومعدات الأرضية والحماية في التيار وعدم اتصال التيار المباشر والتيار المتناوب وملحقات أخرى, وهي توصي إلى حد كبير بأن التركيب يجب أن ينفذ من قبل كهربائي ذو رخصة وأن يكون لديه خبرة في أنظمة الـ(PV), وعندما يركب النظام فإن متطابات الصيانة في نظام الـ(PV) قليلة جداً (خاصة إذا لم تستخدم أية بطارية) وستقوم بتزويدك بالكهرباء بشكل نظيف وبهدوء لمدة 20سنة أو أكثر.
ـ إذا كان الجهد الكهربائي (الفلطائية) الضوئي مصدر رائع للطاقة المجانية فلماذا لا يجري كل العالم باتجاه الطاقة الشمسية؟.

إن بعض الناس لديهم مفهوم ضعيف عن الطاقة الشمسية( صحيح أن ضوء الشمس مجاني ولكن الكهرباء التي ولدت بأنظمة الـ(PV) ليست كذلك) وكما رأيت من شرحنا حول نظام الـ(PV)البيتي فإنك تحتاج إلى القليل من الأدوات.

إن تركيب نظام الـ(PV) سيكلف حالياً 9 دولارات لكل واط بالغ الذروة, ولنعطيك فكرة عن قدر الكلفة في نظام البيت لنأخذ بعين الإعتبار البيت الشمسي وهو بيت سكني نموذجي في ريلاي ـ كارولينا الشمالية مع نظام الـ(PV) المركب من قبل مركز كالورينا الشمالية الشمسي North Carolina Solar Center) ) وذلك لإظهار تقنية نظام الطاقة الشمسية, بيت صغير جداً وقدر نظام الشمس فيه بـ 3.6 كيلو واط من نظام الـ(PV) ويغطي حوالي نصف كمية الكهرباء الكلية التي يحتاجها (هذا النظام ليس لديه بطاريات وهو موصول بشبكة) وبالرغم من أنه يكلف 9 دولارات لكل واط فإن هذا النظام المركب يكلف حوالي 32000 دولار, وهذا النظام لا يستطيع التنافس مع المؤسسات وكلما زادت البحوثات فإن الكلفة تنزل وإن الباحثون واثقون بأن كلفة نظام الـ(PV) سيكون فعال في المناطق الحضرية بالإضافة إلى المناطق البعيدة.

ويكمن جزء من المشكلة في أن التصنيع يحتاج لأن ينجز في مناطق واسعة لتخفيض الكلف قدر المستطاع وعلى أي حال هذه المطالب لن تلبى حتى تنزل الأسعار إلى المستويات التنافسية وإن فعالية الوحدة والطلب يرتفعان بشكل ثابت والأسعار تهبط, ويصبح العالم مدركاً بشكل متزايد للمخاوف البيئية التي ارتبطت بالمصادر الكهربائية التقليدية مما يجعل للخلايا الفلطائية الضوئية مستقبل لامع
________________________________
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة GOLDEN PRINCE (GOLDEN PRINCE).
34 من 53
من الطبيعي عزيزي القارئ انك تعاملت مع الخلايا الشمسية من خلال استخدامك للالة حاسبة مزودة بخلية شمسية كمصدر للطاقة الكهربية تعمل بدون بطارية وتستمر في العمل دون توقف طالما توفرت كمية كافية من الضوء.  كما ان هناك الواح شمسية كبيرة تستخدم في تطبيقات متعددة ومنها على سبيل المثال في الاقمار الصناعية حيث تعتبر المصدر الرئيسي للطاقة الكهربية.
إن الاعتماد على الطاقة الشمسية كمصدر للطاقة الكهربية هو الحل الامثل للحصول على طاقة مجانية وغير ضارة للبئية.  إن كمية الطاقة التي تصل إلى الارض من الشمس في يوم مشرق تقدر بـ 1000 وات لكل متر مربع وبالتالي لو تم تزويد اسطح منازلنا بمجموعة من الالواح الشمسية المتراصة يمكن ان نحصل على طاقة كهربية مجانية كافية لمتطلبات الحياة اليومية.

ومن الجدير ذكره ان أسبانيا بدأت في مارس 2007 بتطبيق قانون جديد يلزم من يقدم على بناء عقار أو تجديد مبنى بإنشاء وحدة لتحويل الطاقة الشمسية على سطحه. يأتي ذلك في إطار جهود الحكومة الأسبانية للحد من الطلب المتزايد على الطاقة، والحد من التلوث الناتج عنها.  وطبقا لتقديرات حكومية، فإن لوحا للخلايا الشمسية بمساحة مترين مربعين موضوع على سطح أحد المنازل يمكن أن يوفر ما بين 30 إلى 70 % من الطاقة اللازمة لتسخين المياه على حسب موقع المبنى وكمية المياه المستخدمة.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

ألواح من الخلايا الشمسية

في هذه المقالة من كيف تعمل الاشياء سوف نقوم بشرح فكرة عمل الخلايا الشمسية وكيف تقوم بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.  كما سوف نعرف اخر المستجدات والتطورات التي تسهل علينا من استخدام الخلايا الشمسية كمصدر للطاقة وما هي اهم العقبات التي تواجه العلماء الان.
خلايا الفوتوفولتيك: تحويل الفوتون إلى الكترون

الخلايا الشمسية المستخدمة في الالات الحاسبة وفي الاقمار الصناعية هي عبارة عن خلايا فوتوفولتيك photovoltaic cells وهي عبارة عن مجموعة من الخلايا الكهربية موصلة مع بعضها البعض في اطار واحد على شكل لوحة.  وكلمة فوتوفولتيك هو اسم مشتق من طبيعة عمل الخلية فكلمة فوتو photo تعني ضوء وكلمة فولتيك voltaic تعني كهرباء، وهذا يعني تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.  في البداية كانت خلايا الفوتوفولتيك تستخدم في الاقمار الصناعية ومحطات الفضاء للحصول على الكهرباء من اشعة الشمس مباشرة والان بدأت تدخل في العديد الأجهزة الالكترونية وفي السيارات قريباً سوف نستخدمها كمصدر للطاقة الكهربية في منازلناً.  والسؤال الان كيف تعمل خلية الفوتوفولتيك؟

تصنع خلية الفوتوفولتيك من المواد اشباه الموصلات semiconductors مثل السيليكون وكل خلية فوتوفولتيك مكونة من بلورة واحدة من السيلكون وتشكل مجموعة كبيرة من خلايا الفوتوفولتيك الخلية الشمسية.  وببساطة عندما تسقط اشعة الضوء على الخلية فإن جزء من الضوء يتم امتصاصه من قبل ذرات السيليكون، اي ان طاقة الضوء قد امتصت من قبل مادة الخلية.  تعمل هذه الطاقة على اثارة الالكترونات الغير مرتبطة في المادة وتجعلها تتحرك بحرية داخل المادة.  وعندما تتعرض هذه الالكترونات الحرة لمجال كهربي فإنها سوف تتحرك كلها في اتجاه واحد وهذا يعني تيار كهربي وعند ربط طرفي خلية الفوتوفولتيك بنقطتي توصيل على السطح العلوي والسطح السفلي للخلية نحصل على تيار كهربي طالما استمر سقوط الضوء على خلية الفوتوفولتيك. وهذا التيار الكهربي هو الذي يشغل الالة الحاسبة وبمعلومية قيمة التيار الكهربي المار في الدائرة وفرق الجهد الكهربي المتولد على طرفي خلية الفوتوفولتيك يمكن ان نحصل على قيمة الطاقة الكهربية (الطاقة الكهربية (وات) = التيار الكهربي (امبير) x فرق الجهد الكهربي (فولت)) التي يمكن ان تولدها الخلية الشمسية.

هذا الشرح المبسط في الحقيقة يخفي تفاصيل اكثر واعمق ولكن كان بهدف اعلامك عزيزي القارئ المبدأ الرئيسي لفكرة عمل الخلية الشمسية، والان سوف نقوم بتفصيل الموضوع اكثر من خلال تكبير خلية الفوتوفولتيك والتي هي كما ذكرنا خلية من بلورة واحدة من السليكون.

كيف يعمل السيلكون كخلية شمسية

يمتلك السيلكون بعض الخواص الكيميائية في تركيبه البلوري.  فذرة السيليكون تحتوي على 14 الكترون موزعة على ثلاث مستويات طاقة.  مستويين الطاقة الاول والثاني الاقرب للنواة يكونان ممتلأن تماماً بالالكترونات والمستوى الثالث أو المستوى الخارجي يحتوي على 4 الكتورنات فقط اي يكون نصفه ممتلئ والنصف الاخر فارغ حيث ان المدار يكتمل بـ 8 الكترونات.  وتسعى ذرة السيليكون لان تكمل النقص في عدد الالكترونات في المستوى الخارجي ولتفعل ذلك فإنها تشارك اربع الكترونات من ذرات سيليكون مجاورة وبهذا ترتبط ذرات السيليكون بعضها البعض في شكل تركيب بلوري وهذا التركيب البلوري له فائدة كبيرة في خلية الفوتوفولتيك كما سنوضح ذلك في الشرح.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

ذرات السليكون مرتبطة مع بعضعها البعض مشكلة تركيب بلوري منتظم لايوجد فيه الكترونات حرة

لقد قمنا بوصف بلورة سيليكون نقية وللعلم بلورة السيليكون النقية لا توصل التيار الكهربي بكفاءة لانه لا يوجد الكترونات حرة لتنقل التيار الكهربي حيث ان كل الالكترونات قد قيدت في التركيب البلوري. ولهذا ولكي يتم استخدام السيليكون في الخلية الشمسية فإننا بحاجة إلى إجراء تعديل بسيط في التركيب البلوري.  

التعديل البسيط هذا هو عبارة عن اضافة ذرات عناصر اخرى (تسمى عملية تطعيم doping) وهذه الذرات الاضافية نسميها شوائب impurities وهي ضرورية لعمل الخلية الشمسية بغض النظر عن اسمها شوائب وقد يفهمها البعض انها ذرات غير مرغوب فيها وسوف نكتشف ذلك من خلال الشرح.

يتم اضافة (تطعيم) ذرات الفوسفور بنسبة بسيطة جداً تصل إلى 1:1,000,000 وذرة الفوسفور تحتوي على 5 الكترونات في مدارها الخارجي ولهذا عندما تدخل الشبكة البلورية بين ذرات السيليكون ستشارك بـ 4 الكترونات ويبقى الكترون حر.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

تطعيم ذرات السيليكون بذرات فوسفور

الان تتضح فكرة عمل الشوائب في ذرات السليكون فلو تم تزويد السليكون النقي بالطاقة ولتكن طاقة حرارية مثلاً لوجدنا ان بعض الالكترونات تتحرر وتترك مكانها شاغر نسميه فجوة hole.  تعمل هذه الوجوة على السماح لالكترون في الجوار بالانتقال اليها تاركاً فجوة اخرى وهكذا تستمر حركة الالكترونات في اتجاه وحركة الفجوات في الاتجاه المعاكس وهذه الحركة هي تيار كهربي.  ولكن في حالة ذرات السليكون المطعمة بذرات الفوسفور يصبح الامر مختلف من ناحية ان الطاقة اللازمة لبدأ تحريك الالكترونات اقل بكثير من حالة السليكون النقي.  وتسمى اشباه الموصلات التي تطعم بذرات تحتوي على الكترونات اضافية بالنوع N-type اي النوع السالب لانه اضاف الكترون للتركيب البلوري للذرات.  ولهذا يعتبر السيليكون المطعم بالفوسفور موصل افضل من السيليكون النقي.

كما انه يوجد تطعيم بذرات توفر الكترونات اضافية هناك تطعيم آخر بذرات لها عدد اقل من الالكترونات وتسمى المواد الناتجة عن هذا التطعيم بالنوع P-type اي النوع الموجب.  

وفي الحقيقة الخلية الشمسية تحتوي على كلا النوعين النوع الموجب والنوع السالب.  والامر الاهم هو ما يحدث عن توصيل النوعين معاً حيث تنتقل الالكترونات الحرة في النوع السالب إلى الفجوات في النوع الموجب.



تذكر عزيزي القارئ ان الالكترونات المتحررة من الخلية الفوتوفولتيك تحتاج الى مجال كهربي ليحركها، ولعلك تساءلت من اين يأتي هذا المجال الكهربي؟



تركيب الخلية الشمسية

كما ذكرنا منذ قليل ان الالكترونات تنتقل الى الفجوات وتتحد معها ولكن لا تستمر عملية الانتقال هذه إلى ان تتحد كل الالكترونات مع كل الفجوات وتتوقف العملية لان ما يحدث هو ان بعد ان تنتقل المجموعة الأولى من الالكترونات وتتحد مع الفجوات يشكل حاجز عند المنطقة التي تصل النوع الموجب عن النوع السالب ويمنع هذا الحاجز المزيد من الالكترونات الاخرى في النوع السالب الاتحاد مع فجوات في النوع الموجب ويتكون عن المنطقة بين النوعين مجال كهربي.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->    

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

المجال الكهربي المتولد في كل خلية فوتوفولتيك

هذا المجال الكهربي يعمل عمل الديود diode حيث يسمح بمرور الالكتورنات من الجزء الموجب إلى الجزء السالب ولكن ليس العكس.  وبهذا يكون لدينا في كل خلية فوتوفولتيك مجال كهربي يحدد اتجاه حركة الالكترونات.

عندما يسقط الضوء المكون من فوتونات عند طاقة معينة على الخلية الفوتوفولتيك فإنه يعمل على تحرير الكترون وفجوة بالقرب من الحاجز حيث المجال الكهربي فيتم تمرير هذا الالكترون في اتجاه الجزء السالب تحت تأثير المجال في حين تنتقل الفجوة إلى الجزء الموجب تحت تأثير المجال. وعندما يتم توصيل طرفي الخلية (النوع السالب طرف والنوع الموجب طرف) بدائرة خارجية فإن هذه الالكترونات سوف تتحرك لتعود إلى موضعها الاصلي وكذلك الفجوات وهذه الحركة هي التيار الكهربي الذي نريده.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

فكرة عمل الخلية فوتوفولتيك عند سقوط فوتون الضوء على الخلية تتحرر الكترونات وفجوات تنتقل الالكترونات تحت تأثير قوة المجال الكهربي في الخلية إلى الجزء السالب وتنتقل الفجوات إلى الجزء الموجب ولكن تعود مرة أخرى الى موضعها الاساسي عند توصيلها بدائرة خارجية.

ملاحظة: يتم طلي الخلية الشمسية بمواد تمنع انعكاس الفوتونات الضوئية عند سقوطها على الخلية لان السليكون يشكل طبقة لامعة تعكس الضوء وهذا ما لا نريده ان يحدث.

يتم توضع طبقة رقيقة جداً على سطح شريح السليكون لتمنع انعكاس الضوء وبعدها يتم وضع شريحة زجاجية لحماية الخلية.  وعمليا يتم دمج ما يقارب 36 خلية فوتوفولتيك على التوالي والتوازي لنحصل على مستوى فرق الجهد والتيار الكهربي المطلوب وتوضع هذه الخلايا في اطار من الزجاج لحمايته مع وضع نقطتي توصيل موجبة على السطح الامامي وسالبة على السطح الخلفي.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

تركيب خلية شمسية من خلايا الفوتوفولتيك
كم مقدار الطاقة الشمسية التي تمتصها الخلية الشمسية؟ وكيف يمكن ان نحسن مقدار امتصاص الطاقة الشمسية لنحصل على فرق جهد اكبر هذا ما سنقوم بشرحه في الجزء الثاني باذن الله.
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة نضال وجيه (نضال وجيه).
35 من 53
امتصاص اشعة الشمس و تحويلها الى طاقة
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة milanst.
36 من 53
الفكرة تتم عن طريق:
1-الخلايا الشمسية وتسمي  solar panel energy  (حيث يمكن توليد الكهرباء للمنزل و يشغل كل الاضاءة مع جميع اجهزة المنزل الكهربائية باستخدام الخلايا الشمسية ).
او بطريقة اخري تسمي
2- تحويل الاشعة الحرارية الى بخار او ما شابه و توليد كهرباء بعد ذلك
الطريقة الأولى مكلفة وذات كفاءة قليلة والأبحاث حولها على أشده لأنها الوسيله الوحيدة للمركبات الفضائية - ولو هناك تقدم سيصبح متاح للجميع لكثره الحاجة إليه و اسعارها تنخفض عموما مع زيادة الاستخدام
الطريقة الثانية تحتاج تجهيزات و ايضا مكلفة ولا تصلح لمنزل واحد مثلا
وهذا مرجع جيد  يشرح فكرة العمل بشكل جيد لفكرة الخلايا الشمسية
http://www.hazemsakeek.com/magazine/index.php?option=com_content&task=view&id=162&Itemid=62‏
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة kamal112232 (kamal 112232).
37 من 53
تمتص اشعة الشمس و يستخدمونها في تسخين الماء في الشتاء عوضا عن الكهرباء
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة anas112232 (anas 112232).
38 من 53
تحويل الطاقة الشمسية (حرارة الاشعة الشمسية) الى طاقة كهربائية..
و صناعة مثل هذه الالواح مكلفة جدا..
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة ♥ المحب ♥ (القلوب صافية).
39 من 53
اللوح أو السخان الشمسي هو عبارة عن صندوق معدني له غطاء من الزجاج العادي أو البلاستيك الشفاف وبداخله لوح ماص للحرارة ملون وغامق. وغالبا باللون الأسود ،لامتصاص حرارة أشعة الشمس.وبداخله سربنتينة(أنابيب) يمر بها الماء لتسخينه، أو الهواء المراد تسخينه للتدفئة. واللوح الماص من معدن نحاس أو ألمونيوم أو من سبيكة منهما. لأنهما لهما قدرة كبيرة علي توصيل الحرارة وبسرعة وكفاءة عالية. والنحاس مقاوم للتآكل رغم أنه أكثر تكلفة. والصندوق معزول لمنع تسرب الحرارة منه.والماء الساخن يخزن في خزانات عازلة للحرارة بداخلها. وقد يكون من الزجاج أو الفيبر جلاس للاحتفاظ بحرارة الماء ولاسيما للاستعمال أثناء الليل.
والسخانات الشمسية (المعروفة أيضا باسم الألواح الشمسية) هي وسيلة لتحويل أشعه الشمس إلى حرارة وتخزينها لاستخدامها فيما بعد. والألواح الشمسية تختلف كلياً عن الألواح الضوئية التي تستخدم من أجل إنتاج الكهرباء.
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة ANAS12 (الحياة أمل).
40 من 53
الله اعلم
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة dark9warrior (dark sider).
41 من 53
For expert only !
Silicon-based PV semiconductor solar cells have been used to demonstrate the most
practical and reliable application of the photovoltaic effect. A simple, rugged semiconductor
junction can be produced from single-crystal silicon. Low resistance
contacts are added to tap the electrical energy produced when the cell is exposed
The Development of Solar Cell Technology
to sunlight. Approximately a DC voltage of 0.45 volts is generated across each cell
regardless of the dimensions for this particular cell architecture. The DC current
and thus the power available are strictly dependent on the cell area exposed to the
sun and the absorption capability of the silicon wafer, which is located between
the two contacts, as illustrated in Figure 1.3. It is important to mention that the
higher the absorption capability of the semiconductor material, the higher the PV
voltage will be across the cell terminals. In case of a material with weak absorption
capability like silicon, most carriers are generated near the surface. Based on the
preliminary calculations, one can expect DC output power ranging from roughly
250 mW from a 57 mm cell to about 1000 mW or 1 kW/m2 from a 100 mm cell
under standard conditions. Standard conditions are defined by NASA as 100 mW/
cm2 solar intensity (I) with cell temperature of 28°C at sea level. Higher voltage is
possible by connecting the cells in series, while higher output power is possible by
connecting the cells in parallel. Solar cells can be installed on glass-filled polyester
substrate. The net cell output is the product of solar intensity (I = 100 mW/cm2)
and the conversion efficiency of the device, which is typically now about 16 percent
for a silicon cell. A solar module may contain several cells connected in series
and parallel using the most advanced interconnect and encapsulation techniques.
The module design must offer the cost-effective approach to meet specific solar
output power requirements with no compromise in reliability. These modules can
be mounted on solar panels in series and parallel configuration to meet specific
power generating capability. Solar cells must be packaged in a variety of modules
to optimize the electrical performance of the solar power system best suited for a
specific application. It is important to mention that basic solar cells are available
with diameters of 57, 90, and 100 mm. Furthermore, half cells, quarter cells, or
other configurations can be used where a specific application is warranted. Modules
could use different packaging and encapsulating materials to achieve maximum
economy and to meet different environmental requirements. For many applications,
silicone is used to hermetically seal and to protect the cell integrity under
harsh operating conditions. Polycarbonate or glass cases must be used to meet high
impact resistance and maximum protection under severe mechanical conditions.
All modules should be designed or constructed with minimum onsite maintenance
and with self-cleaning capability for optimum shelf life. Other accessories such as
voltage regulators, inverters, and mounting hardware are required to complete the
solar generating system.
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة أنا الحكومة.
42 من 53
اللوح أو السخان الشمسي هو عبارة عن صندوق معدني له غطاء من الزجاج العادي أو البلاستيك الشفاف وبداخله لوح ماص للحرارة ملون وغامق. وغالبا باللون الأسود ،لامتصاص حرارة أشعة الشمس.وبداخله سربنتينة(أنابيب) يمر بها الماء لتسخينه، أو الهواء المراد تسخينه للتدفئة. واللوح الماص من معدن نحاس أو ألمونيوم أو من سبيكة منهما. لأنهما لهما قدرة كبيرة علي توصيل الحرارة وبسرعة وكفاءة عالية. والنحاس مقاوم للتآكل رغم أنه أكثر تكلفة. والصندوق معزول لمنع تسرب الحرارة منه.والماء الساخن يخزن في خزانات عازلة للحرارة بداخلها. وقد يكون من الزجاج أو الفيبر جلاس للاحتفاظ بحرارة الماء ولاسيما للاستعمال أثناء الليل.
والسخانات الشمسية (المعروفة أيضا باسم الألواح الشمسية) هي وسيلة لتحويل أشعه الشمس إلى حرارة وتخزينها لاستخدامها فيما بعد. والألواح الشمسية تختلف كلياً عن الألواح الضوئية التي تستخدم من أجل إنتاج الكهرباء.
25‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة jihad1992 (jihed hamazaoui).
43 من 53
لا اله الا الله محمد رسول الله
26‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة خالد الحسني (ٱٻـۈ ڜـرڣ).
44 من 53
انا راح اجاوب من الي تعلمته بطريقه عاميه اولا لماذا الالواح الشمسيه لونها اسود هذا اسئلو الناس الي سياراتهم لونها اسود دائما في الصيف تلاقيه مولع لان اللون الاسود يمتص حرارة الشمس وعاد تختلف اذا كانت سيارة او قطعت زجاج او باستك او قماش اما طريقة عمل الالواح الشمسيه
1- نحضر قطعه بلاستك كبيره ليه اخترنا بلاستك لانها اخف وزنا
2- نحضر قطعة قزاز كبيره بشرط ان يكون لونها اسود وخاليه من العوازل ونبدا بتقطيعها قطع صغيره اي ما تتجاوز مساحت القطعه 30 سم
3- نلصقها بقطعة البلاستك ونبدأ نلصقها بالسليقون
4- نبدأ برفعها وتوجييها الى الشمس ونبدأ بعدها بالعمل على اللوحه من الداخل
5- نحضر اسلاك الالمنيو ونوصلها بكل قطعه من القطع الزجازيه وبعدها نغطيها بالسيلقون من الداخل حتى تصبح اسلاك الالمنيو غير معرضه للهواء نسحب سلك واحد بحيث ان هذا السلك يكون متصل بجيمع القطع الزجازيه من الاسفل
6-بعدهها نقوم بوضع جهاز تخزين الطاقه وسعره ما يكلف 1000 ريال بالسعودي نوصل سلك الالمنيو بالجهاز لكي نستفيد من الطاقه الشمسيه وبكذا انتهينى وبأقل  تكلفه
26‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة alkeng (Alkeng Kalid).
45 من 53
امتصاص أكبر قدر من الاشعة الشمسيه
26‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة abo0od.alfifi.
46 من 53
إن الخلايا الشمسية التي رأيتها في الآلات الحاسبة وفي الأقمار الصناعية هي خلايا جهد كهربائي ضوئي (فلطائية) أو وحدات (الوحدات هي ببساطة مجموعة من الخلايا أوصلت كهربائياً ورزمت في إطار واحد).
(Photovoltaic) (PV) الضوء الفلطائي (ضوء الجهد الكهربائي) كما تدل الكلمة
Photo= ضوء voltaic= كهرباء . تحول ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء, وقد أستخدمت مرة واحدة في الفضاء بشمل خاص ويستخدم الضوء الفلطائي في أقل طرق غريبة حتى أن بإمكانهم تزويد بيتك بالطاقة.


كيف تعمل هذه الأدوات؟

صنعت خلايا الضوء الفلطائي (ضوء الجهد الكهربائي) من مواد خاصة تسمى((Semiconductors أشباه موصلات مثل السيليكون حيث أن استخدامه أكثر شيوعاً الآن , عندما يضرب ضوء الشمس الخلية فإن جزء معين من الخلية وهي داخل المادة الشبه موصلة التي تقوم بإمتصاص الضوء هذا يعني أن طاقة الضوء الممتص تحولت إلى الشبه موصلات الـ((Semiconductors وتضرب الطاقة الإلكترونية الطليقة سامحة لهم بالتدفق بحرية.
إن خلايا (PV) تملك أيضاً حقلاً أو حقول كهربائية أكثر التي تقوم بإجبار الإلكترونات التي حررت بواسطة الضوء الممصوص بالتدفق بإتجاه معين, وتدفق الإلكترونات هذا هو التيار ويمكننا أن نسحب التيار للإستعمال الخارجي وذلك بوضع وصلات معدنية في قمة وأسفل خلايا الـPV)) مثلاً يستطيع التيار تشغيل آلة حاسبة وإن التيار مع الجهد الكهربائي للخلية (الذي نتج من الحقل أو من الحقول الكهربائية) يقومان بتحديد قوة (أو قدرة الواط) التي بمكن أن تنتجها الخلية الشمسية, هذه هي العملية الأساسية ولكن هناك عمليات أخرى غيرها.
لنلقي نظرة أعمق إلى مثال من خلية (PV): خلية السيليكون البللورية الوحيدة


السيليكون

إن السيليكون لديه بعض الخواص الكيماوية الخاصة خصوصاً في شكله البللوري, لدى ذرة السيليكون 14 إلكتروناً مرتبة في ثلاثة طبقات مختلفة, وأول طبقتين واللتين هما الأقرب إلى المركز ممتلئتين تماماً, وإن الطبقة الخارجية فقط هي الطبقة النصف ممتلئة ولديها أربعة إلكترونات فستقوم ذرة السيليكون بالبحث دائماً عن الطرق لتملأ طبقتها الأخيرة (التي تود الحصول على ثمانية إلكترونات) ولتفعل ذاك ستشترك بأربعة إلكترونات مع ذرة السيليكون التي تقع بالقرب منها فتبدو كل ذرة تمسك بيد الذرة التي تقع إلى جانبها فكل ذرة لديها أربعة أيدي تشاركهم معه أربعة من جيران لها وهذا الذي يشكل التركيب البللوري وهذا التركيب يرتد إلى الخارج ليصبح هاماً لخلية الـ(PV) لقد وصفنا الآن السيليكون البللوري الصافي.
إن السيليكون البللوري الصافي ناقل ضعيف للكهرباء لأنه لا يوجد ولا واحدة من إلكتروناتها حر الحركة مثل الإلكترونات التي لديها ناقل جيد كالنحاس وبدلاًمن ذلك فإن الإلكترونات جميعها محبوسة في التركيب البللوري ولكن السيليكون في الخلية الشمسية معدل بعض الشيء لذلك سيعمل مثل الخلية الشمسية



السيليكون في الخلايا الشمسية:

إن الخلية الشمسية فيها سيليكون مع الشوائب إختلط معها ذرات أخرى وذلك يغير عمل الأشياء فيها قليلاً ونحن نعتبر الشوائب عادة كشيء مكروه ولكن في هذه الحالة لن تعمل بدون هذه الشوائب وفي الحقيقة توضع هذه الشوائب عمداً.

سنعتبر بأننا مزجنا ذرة السيليكون مع الفوسفور ربما ذرة فوسفور واحدة لكل مليون ذرة سيليكون, الفوسفور لديه خمسة إلكترونات في الطبقة الخارجية وليس أربعة وهو يلتصق بذرات جاره السيليكون ولكن الفوسفور إلكتروناً واحداً ليس لديه أحد يمسك بيده وهو لا يشكل جزء من الرابطة ولكن هناك بروتون إيجابي في النواة الفوسفورية التي تبقي الذرة في محلها.

عندما تضاف الطاقة إلى السيليكون الصافي مثلاً عند تشكيل الحرارة ستتسبب بإفلات بضعة إلكترونات من روابطهم وبترك ذراتهم وفي كلتا الحالتين تقوم الإلكترونات بترك فجوات ورائها وبالتالي تتجول الإلكترونات بشكل عشوائي حول الشبكة باحثة عن فتحة أخرى لتهبط فيها وتدعى هذه الإلكترونات بالناقلات الحرة وتستطيع أن تحمل تياراً كهربائياً وهناك البعض منهم في السيليكون الصافي ولكنهم على أي حال ليسوا مفيدون جداً ولكن السيليكون الملوث الذي مزج معه ذرات فوسفور فهو قصة مختلفة, وإن إلكترونات الفوسفور الحرة الإضافية لم تربط برابطة لأن الإلكترونات التي تجاورها لم ترصها وكنتيجة لذلك فإن أغلب هذه الإلكترونات تفلت ونحن لدينا الكثير من النواقل الحرة أكثر من التي نريدها في السيليكون الصافي.

إن عملية إضافة الشوائب عمداً تسمى التخدير وعند التخدير مع الفوسفور فإن السيليكون الناتج يسمى (N-Type) N = Negative سلبي بسبب إنتشار الإلكترونات الحرة, وإن السيليكون المخدرالسلبي (N-Type) ناقل افضل بكثير من من السيليكون الصافي وفي الحقيقة الجزء السلبي الوحيد(N-Type) من الخلية الشمسية وخدرت الأجزاء الأخرى بالبورون التي لديها ثلاثة إلكترونات سيليكون فقط في الطبقة الخارجية بدلاً من أربعة لتصبح (P-Type) P = Positive إيجابي وبدلاً من أن يكون لديه إلكترونات حرة فإن لديه فراغات حرة وهي فراغات خالية من الإلكترونات لذلك فهي تحمل الشحنة النقيضة (الإيجابية) وهم يتحركون هنا وهناك مثلما تفعل الإلكترونات, لذا إلى أين أوصلنا كل هذا؟

السيليكون السلبي(N-Type) + الإيجابي(P-Type):

يبدأ الجزء المثير عندما تقوم بوضع السيليكون ذو الشحنة السلبية N-Type) ) مع السيليكون ذو الشحنة الإيجابية (P-Type) وتذكر بأن كل خلية (PV) تحتوي على الأقل حقل كهربائي واحد وبدون الحقل الكهربائي فإن الخلية لن تعمل ويتشكل هذا الحقل عندما يتصل السيليكون ذو الشحنة السلبية مع السيليكون ذو الشحنة الإيجابية.
26‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة S3UDI3NEID.
47 من 53
تمتص الطاقة الشمسية ثم تخزنها للاستفادة منها في وقت الحاجة
***********************
سـبـحـآن الله وبـحمـده~~~سـبـحــآن الله الـعـظـيمـ
26‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة kakarotto.
48 من 53
شكراً على السؤال
26‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة بدون اسم.
49 من 53
اللوح أو السخان الشمسي هو عبارة عن صندوق معدني له غطاء من الزجاج العادي أو البلاستيك الشفاف وبداخله لوح ماص للحرارة ملون وغامق. وغالبا باللون الأسود ،لامتصاص حرارة أشعة الشمس.وبداخله سربنتينة(أنابيب) يمر بها الماء لتسخينه، أو الهواء المراد تسخينه للتدفئة. واللوح الماص من معدن نحاس أو ألمونيوم أو من سبيكة منهما. لأنهما لهما قدرة كبيرة علي توصيل الحرارة وبسرعة وكفاءة عالية. والنحاس مقاوم للتآكل رغم أنه أكثر تكلفة. والصندوق معزول لمنع تسرب الحرارة منه.والماء الساخن يخزن في خزانات عازلة للحرارة بداخلها. وقد يكون من الزجاج أو الفيبر جلاس للاحتفاظ بحرارة الماء ولاسيما للاستعمال أثناء الليل
26‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة mohammad.bunyan (Ḿohammad Ř b).
50 من 53
طول عمري بكره الكوبي والبيست  
بص ياباشا طريقه عمل الالواح الشمسيه ببساطه شديده ولازم اخد احسن اجابه

التيار الكهربي هي عباره عن  حركه  فيض من الشحنات من طرف لاخر  هذه الشحنات ببساطه هي الكترونات

طيب
انا عندي ماده اسمها السيزيوم  cs   هذه الماده  عندما تكتسب اقل كميه من الطاقه فان الكترونات المدار  الاخير تحرر وتبد في الحركه    حتي لو تعرضت هذه الماده للشمس فان حراره ضوء الشمس تؤدي لنفس النتيجه الحراره عباره عن طاقه تودي لتحرر الكترونات هذه الماده

وبناء عليه استغلت هذه الماده  ماده السيزيوم Cs في صنع الالواح الشمسيه   ويتم توصيل الالواح باسلاك حتي تمر بهاء الالكترونات  ( التيار الكهربي )
هذه فكره العمل ببساطه شديده  
26‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة great_x.
51 من 53
امتصاص الطاقه الشمسيه                                                                                                                                              منها الطاقه الكهرباء                                                                                                                                                    منها الطاقه التوليد المغطنيسات
26‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة ◣◢جيري 501◣◢ (ابو شاهين).
52 من 53
سـبـحـآن الله وبـحمـده~~~سـبـحــآن الله الـعـظـيم
26‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة HESHAM SADEK (hesham sadek).
53 من 53
تعرف بالخلايا الشمسية أوالخلايا الفولتضوئية photovoltaic cells. من خلالها يتم تحويل اشعة الشمس مباشرة إلى كهرباء، عن طريق استخدام أشباه الموصلات مثل السليكون الذي يستخرج من الرمل النقي. وبصفة عامة مواد هذه الخلايا إما مادة بلورية سميكة كالسيليكون البلوري Crystalline Silicon أو مادة لابلورية رقيقة كمادة السيلكون اللابلوري (Amorphous Silicon a-Si) و Cadmium (Telluride CdTe)أو (Copper Indium Diselenide CuInSe^2, or CIS) أو مواد مترسبة كطبقات فوق شرائح من شبه الموصلات تتكون من أرسنيد(زرنيخيد) الجاليوم (Gallium Arsenide GaAs).

وتعتبر طاقاتها شكلا من الطاقة المتجددة والنظيفة، لأنه لايسفر عن تشغيلها نفايات ملوثة ولا ضوضاء ولا إشعاعات ولا حتي تحتاج لوقود. لكن كلفتها الأبتدائية مرتفعة مقارنة بمصادر الطاقة الأخرى. والخلايا الشمسية تولّد كهرباء مستمرة ومباشرة (كما هو في البطاريات السائلة والجافة العادية).

تعتمد شدة تيارها علي وقت سطوع الشمس وشدة أشعة الشمس، وكذلك على كفاءة الخلية الضوئية نفسها في تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. يمكن لهذه الخلايا الشمسية إعطاء مئات الفولتات من التيار الكهربائي المستمر DC لو وصّلت هذه الخلايا علي التوالي. كما يمكن تخزين الطاقة الناتجة في بطاريات الحامضية المصنوعة من الرصاص أو القاعدية المصنوعة من معدني النيكل والكادميوم. ويمكن تحويل التيار المستمر DC إلي تيار متردد AC بواسطة العاكسات ال Invertor للاستعمال وإدارة الأجهزة الكهربائية المنزلية والصناعية العادية.

من ميزتها أنها ليس بها أجزاء متحركة تتعرض للعطل. لهذا تعمل فوق الأقمار الصناعية بكفاءة عالية، ولاسيما وأنها لاتحتاج لصيانة أو إصلاحات أو وقود, حيث تعمل في صمت, إلا أن اتساخ الخلايا الضوئية نتيجة التلوث أو الغبار يؤدي إلى خفض في كفائتها مما يستدعي تنظيفها على فترات.

أكبر محطة توليد كهرباء تعمل حاليا بالخلايا الشمسية توجد في أسبانيا وقدرتها 23 ميحاوات. ومن المخطط أن يتم بناء أكبر محطة تعمل بالخلايا الشمسية في أستراليا بقدرة 154 ميجاوات. والخلايا الشمسية تعمل في الأقمار الصناعية منذ عام 1960 كما تزود محطة الفضاء الدولية ISS بالتيار الكهربائي .

هناك طريقة أخرى لتحويل الطاقة الشمسية إلى الطاقة الكهربائية وذلك عن طريق استغلال الحرارة المباشرة لأشعة الشمس أو ما يسمى بتقنية الكهرباء الحرارية الشمسية solar thermal electricity.
المصدر : ويكيبيديا
26‏/8‏/2011 تم النشر بواسطة fekry33.
قد يهمك أيضًا
يطلق على الألواح المستخدمة في توليد الطاقة الشمسية: 1=ألواح عازلة 2=ألواح شمسية
ماهي الاستخدامات الصحيحة للطاقة الشمسية علميا ؟
ما هي مكونات نظارة الشمس؟
هل النظاره الطبيه اجمل عليك ام النظاره الشمسيه؟
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
تسجيل الدخول
عرض إجابات Google في:: Mobile | كلاسيكي
©2014 Google - سياسة الخصوصية - مساعدة