الفرق بين الخلية الشمسية والخلايا الكهروضوئية

معلومات عن الخلايا الشمسية

يتم تحويل ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء عن طريق الخلية الشمسية، حيث ينتج الضوء الساطع الذي يولد التيار والجهد اللازمين لتوليد الطاقة الكهربائية. تحتاج هذه العملية إلى مادة ترفع فيها الإلكترونات إلى حالة طاقة أعلى، وثم تحريك هذه الإلكترونات إلى دائرة خارجية من الخلية الشمسية، حيث يتم تبديد طاقتها، ثم يعود الإلكترون إلى الخلية الشمسية. يمكن استخدام مواد وعمليات مختلفة لتحويل الطاقة الكهروضوئية، ولكن تقريبا جميع العمليات تستخدم مواد شبه موصلة في شكل تقاطع PN، ويمكن صنع الخلايا الشمسية بسهولة.

أنواع الخلايا الشمسية

يمكن تقسيم الخلايا الشمسية إلى ثلاثة أنواع عريضة، وهي الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة القائمة على السيليكون البلوري، والتطور الأحدث الذي يتكون من مزيج من النوعين الآخرين.

• خلايا السيليكون البلورية

تقريبا 90% من خلايا الطاقة الشمسية مصنوعة من رقائق السيليكون البلوري (c-Si) التي يتم قطعها من سبائك كبيرة تزرع في المختبرات. يستغرق نمو هذه السبائك حوالي شهر، ويمكن أن تتشكل على شكل بلورات فردية أو متعددة. يتم استخدام البلورات الفردية في صنع الوحدات الشمسية ذات البلورة الواحدة (أحادية Si)، بينما يتم استخدام البلورات المتعددة في صنع الوحدات الشمسية متعددة البلورات (متعدد Si أو بولي سي سي).

تستخدم هذه الخلايا الشمسية سبيكة من النوع n، والتي يتم تصنيعها عن طريق تسخين قطع السيليكون بكميات صغيرة من الفوسفور أو الأنتيمون أو الزرنيخ كمشوب، يقترن السبيكة من النوع n بطبقة من السيليكون من النوع p، والتي تستخدم البورون كمشوب، يتم دمج السبائك من النوع n و p لإنشاء تقاطع في عملية تم ابتكارها لأول مرة في عام 1954.

تتمتع الخلايا أحادية البلورية بمظهر مميز وغالباً ما تكون ملونة وتميل إلى أن يكون لها شكل أسطواني، يتم تقطيع هذه الخلايا إلى أشكال يمكن أن تكون مهدرة، ولكنها توفر أعلى مستويات الكفاءة، لا تحتاج الخلايا متعددة الكريستالات إلى القطع لتشكيلها حيث يتم صهر السيليكون وصبه في قوالب مربعة، يُنظر إلى الألواح الشمسية متعددة الكريستالات على أنها خيار متوسط ​​المدى من حيث السعر والكفاءة.

• الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة

خلايا السيليكون البلورية تتكون من رقائق بعمق صغير جدا، حوالي 200 ميكرومتر. ومع ذلك، فإن الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة، المعروفة أيضا بالخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة، أرق بحوالي 100 مرة. تصنع هذه الألواح والخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة من السيليكون غير المتبلور (a-Si)، حيث تترتب الذرات بشكل عشوائي وليس في بنية بلورية منتظمة. يمكن أيضا تصنيع هذه الأفلام من مركب كادميوم تلوريد (Cd-Te) أو مركب نحاس الإنديوم الغاليوم ديسيلينيد (CIGS) أو المواد الكهروضوئية العضوية.

يتم إنتاج هذه الخلايا عن طريق وضع طبقات من الخلايا الكهروضوئية لإنشاء وحدة، وهي الخيار الأرخص لإنتاج الألواح الشمسية، ويمكن تركيبها على النوافذ والمناور وبلاط الأسقف وغيرها من الركائز، بما في ذلك الزجاج والمعادن والبوليمرات، وعلى الرغم من هذه المرونة، إلا أنها ليست فعالة مثل الخلايا البلورية العادية من السيليكون، حيث يمكن للخلايا البلورية أن تنتج كفاءة بنسبة 20%، بينما تصل فعالية هذه الخلايا الرقيقة إلى حوالي 7% فقط، وحتى أفضل خلايا CIGS تصل إلى كفاءة 12% فقط.

• الجيل الثالث من الخلايا الشمسية

يجمع هذا التصميم الحديث للخلايا الشمسية بين ميزات السيليكون البلوري والخلايا الشمسية الرقيقة لتحقيق كفاءة عالية وأداء محسن للاستخدام. عادة، يتم تصنيعها من السيليكون غير المتبلور أو البوليمرات العضوية أو بلورات البيروفسكايت، وتتميز بوجود وصلات متعددة تتألف من طبقات من مواد شبه موصلة مختلفة. تتمتع هذه الخلايا بتكلفة منخفضة وكفاءة وأداء أفضل من الأنواع الأخرى من الخلايا، وقد تم إثبات قدرتها على تحقيق حوالي 30% من الكفاءة باستخدام خلية شمسية من البيروفسكايت والسيليكون.

معلومات عن الخلايا الكهروضوئية

تتمثل الخلايا الكهروضوئية في تحويل الضوء مباشرة إلى كهرباء على مستوى الذرة، حيث تمتلك بعض المواد قدرة الاستجابة للتأثير الكهروضوئي، مما يتيح لها امتصاص الفوتونات من الضوء وإطلاق الإلكترونات، وعند احتجاز الإلكترونات المحررة، يتولد تيار كهربائي يمكن الاستفادة منه كطاقة كهربائية، وتنوعت أنواع الخلايا الكهروضوئية وتنقسم إلى 3 أصناف.

مبدأ عمل الخلايا الكهروضوئية لتوليد الكهرباء

تقوم الخلايا الشمسية بتحويل طاقة الشمس إلى طاقة كهربائية، حيث تحتوي الخلايا الشمسية على مادة، مثل السيليكون، تمتص الطاقة الضوئية. تعمل الطاقة على استرخاء الإلكترونات بحيث يكون بإمكانها التدفق بحرية وتوليد فرق في الجهد الكهربائي. ينتج تدفق الإلكترونات أو الشحنة السالبة تيارا كهربائيا. تحتوي الخلايا الشمسية على جهات اتصال إيجابية وسلبية مشابهة لأطراف البطارية. عندما تكون جهات الاتصال متصلة بسلك موصل، يتدفق التيار من الاتصال السالب إلى الاتصال الإيجابي.

ما هو الفرق بين الخلايا الشمسية والخلايا الكهروضوئية

“يجهل الكثير من الناس الفرق بين الخلايا الكهروضوئية والخلايا الشمسية، على الرغم من استخدامهما في نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية، إلا أن هذين النوعين مختلفان تمامًا، ويكمن الفرق الوظيفي بين كل منهما

• دور الخلايا الكهروضوئية

للخلايا الشمسية الكهروضوئية دور هام في نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية، حيث تنتج الكهرباء من خلال التأثير الكهروضوئي الذي يتمثل في تفكيك إلكترونات المواد المعينة بواسطة ضوء الشمس الخارجي. يمكن تصنيع هذه الخلايا من مواد أحادية البلورية أو متعددة الكريستالات دون الحاجة لمعرفة التفاصيل التقنية، وتتكون من عدة طبقات بما في ذلك طبقتين من المواد الشبه موصلة في الوسط.

يتألف الجزء العلوي من أشباه الموصلات من طبقة سالبة، حيث تحمل ذرات المادة إلكترونات إضافية تحمل شحنة سالبة، بينما يتألف شبه الموصل السفلي من طبقة موجبة حيث تفتقد ذرات المادة للإلكترونات.

عندما يتعرض أعلى الأشباه الموصلة لضوء الشمس، تصبح الإلكترونات متحمسة وتنجذب إلى الطبقة الموجبة أسفلها، ويتكون حاجز بين الطبقتين يجبر الإلكترونات على السفر حول الخلية، مما يولد تيارا كهربائيا. بعد ذلك، تقوم الموصلات بإخراج هذا التيار من الخلية للاستفادة منه كتيار كهربائي، ويتم استخدام الطاقة التي تنتجها الخلية الكهروضوئية. في النهاية، تعود الإلكترونات إلى الخلية وتتكرر العملية.

• دور الخلايا الشمسية

تعمل الخلايا الكهروضوئية على توليد كمية محدودة من الطاقة فقط، ولذلك يتم توصيل العديد من الخلايا معا لإنشاء لوحة شمسية، حيث تتولد تيارات أعلى وبالتالي المزيد من الطاقة، كما يحمي غلق عدة خلايا معا اللوحة ويجعلها أقل عرضة للتلف بسبب العوامل الخارجية مثل الطقس الشديد البرودة، وبالتالي فإن خلاياك الشمسية ستكون أكثر حماية وصمودا.

يتم بعد ذلك توجيه الكهرباء التي تولدها الألواح الشمسية إلى العاكس المركزي أو العاكس الصغير، اعتماداً على إعداد نظامك حيث يتم تحويلها إلى كهرباء تيار متردد يمكن أن يستخدمها منزلك و أجهزتك، ويعتمد عدد الخلايا في لوحتك على العلامة التجارية المحددة والحجم الذي تختاره، على الرغم من شيوع 60 و 72 خلية في لوحة واحدة.

• النظام الكهروضوئي ككل

تعتبر الخلايا والألواح الشمسية أجزاء متكاملة ومترابطة تماما في نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية. الخلايا الكهروضوئية هي المكون الرئيسي للوحات الشمسية، بينما تعتبر الألواح الشمسية جزءا حيويا يتكون من النظام الشمسي. على الرغم من أن الخلية الكهروضوئية الفردية قادرة على تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء بمفردها، إلا أن اللوحة ضرورية لدمج وتوجيه إخراج الطاقة من العديد من الخلايا إلى المحول والمنزل.