مميزات وسلبيات الخلايا الشمسية

هل تعلم أن طاقة الشمس التي توفرها الأرض لمدة ساعة واحدة يمكن أن تلبي احتياجات الطاقة العالمية لمدة عام واحد؟ إن الشمس بالتأكيد هي مصدر طاقة قوي، وعلى الرغم من عدم قدرتنا على جمع جزء صغير من هذه الطاقة، فإن استخدام الألواح الشمسية يمكن أن يحدث فرقا كبيرا على هذا الكوكب، وعلى الرغم من أنها كانت تتعرض لانتقادات واسعة بسبب تكلفتها العالية وعدم كفاءتها، فإن الألواح الشمسية ثبت الآن أنها مفيدة جدا ليس فقط للبيئة، ولكن أيضا للاقتصاد .

ما هي الخلايا الشمسية

مصادر الطاقة المتجددة المنتشرة تشمل توربينات الرياح، وخلايا الوقود، والخلايا الشمسية، وعملية تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء عن طريق الخلية الشمسية، حيث يتكون الضوء الشمسي من الفوتونات التي يمكن تحويلها إلى طاقة كهربائية باستخدام تأثير الصورة الضوئية .

والخلية الشمسية هي عبارة عن  جهاز إلكتروني يلتقط أشعة الشمس ويحولها مباشرة إلى كهرباء ، وهو بحجم كف شخص بالغ ، ثماني الشكل ، ذات لون أسود مزرق  ، وغالبًا ما يتم تجميع الخلايا الشمسية معًا لإنشاء وحدات أكبر تسمى الوحدات الشمسية ، وهي أيضًا مقترنة بوحدات أكبر تعرف باسم الألواح الشمسية (الألواح ذات اللون الأسود أو الأزرق التي توجد في بعض الأحيان في منازل الأشخاص ) . 

تعتمد كهرباء الخلايا الشمسية على معايير مختلفة مثل طول الموجة للضوء، وشدة الضوء، ومساحة سطح الخلايا الشمسية، ودرجة حرارة الخلايا الشمسية، ونوع الخلايا الشمسية .

كيف تعمل الخلايا الشمسية

تعمل الخلايا الشمسية طبقاً لعدد من المبادئ وهي كالتالي :-

• تتألف الخلايا الشمسية من مواد من نوع N و P لأشعة الشمس، التي تتألف من الفوتونات وهي جزيئات تحمل الطاقة .
• عندما يسقط الضوء على الخلايا الشمسية، تتم إمتصاص هذه الفوتونات وتمريرها على التوالي خلال مواد الخلية الشمسية .
• عندما تصل الفوتونات إلى المادة N في الخلايا الضوئية، فإنها تثير الإلكترونات الموجودة فيها، مما يؤدي إلى كسر روابط السيليكون بالضوء وإنتاج إلكترونات وثغرات حرة .
• عندما تتحرك الإلكترونات في المادة بفعل التيار الكهربائي، ينتج تيارًا كهربائيًا يُعرف باسم الكهرباء .

مميزات الخلايا الشمسية

تتعدد مزايا الخلايا الشمسية ومن أهمها ما يلي :

مصدر للطاقة المتجددة

يمكن استخدام الطاقة لتوليد الكهرباء والحرارة في المنزل ، إما من خلال الطاقة الشمسية الكهروضوئية ، أو الطاقة الشمسية الحرارية ، ويتم استرداد الطاقة المتجددة من الشمس ، والرياح ، والأمواج ، ويعد مصدر الطاقة في هذه الحالة هي الشمس ، وتسخر الخلايا الشمسية الطاقة من الشمس وتحولها إلى كهرباء قابلة للاستخدام .

الحد من استهلاك الكهرباء وتقليل الفواتير

نظرا لأن بعض الاحتياجات الطاقية ستتم تلبيتها بالكهرباء التي يولدها النظام الشمسي، فسوف تنخفض فواتير الطاقة، وسيعتمد المبلغ الذي يتم توفيره على الفاتورة على حجم النظام الشمسي واستخدام الكهرباء أو الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، لن يتم فقط توفير فواتير الكهرباء، بل سيكون هناك أيضا إمكانية لاستلام مدفوعات مقابل فائض الطاقة الذي يتم إرجاعه إلى الشبكة، إذا تم توليد كهرباء أكثر مما يتم استخدامه (بشرط أن يكون نظام الألواح الشمسية متصلا بالشبكة) .

تحافظ على البيئة من التلوث

تُعد الخلايا الشمسية واحدة من أنظف مصادر الطاقة من حيث التلوث، حيث لا تنتج تقريبًا أي تلوث، باستثناء التلوث الذي يحدث عند تركيبها وتثبيتها وتصريف النفايات .

طاقة طويلة الاجل

 تتميز الأنظمة الكهروضوئية عادةً بعمر طويل ومتانة جيدة، وعلاوة على ذلك، يتم تقديم ضمان لمدة لا تقل عن 20 عامًا على الألواح الشمسية، مما يضمن للمستهلك الحصول على الصيانة والإصلاحات اللازمة في حالة حدوث أي مشاكل أو أضرار .

استخدامها في التطبيقات المتنوعة

يمكن استخدام الطاقة الشمسية لأغراض مختلفة، حيث يمكن توليد الكهرباء (الضوئية) أو الحرارة (الطاقة الشمسية الحرارية)، ويمكن استخدام الطاقة الشمسية لإنتاج الكهرباء في المناطق التي لا تصلها شبكات الطاقة، وكذلك يمكن استخدامها لتقطير المياه في المناطق ذات إمداد محدود بالمياه النظيفة، وتزويد الأقمار الصناعية بالطاقة في الفضاء .

انخفاض تكاليف الصيانة

لا يتطلب أنظمة الطاقة الشمسية بشكل عام الكثير من الصيانة، ويكفي للمستهلك الاهتمام بالحفاظ عليها نظيفة إلى حد ما. لذلك، إذا تم تنظيفها بانتظام عدة مرات في السنة، يتم تجنب التلف. وتقدم معظم شركات تصنيع الوحدات الشمسية الموثوقة ضمانا يمتد من 20 إلى 25 عاما أيضا. وذلك بسبب عدم وجود أجزاء متحركة، وعادة ما يكون العاكس هو الجزء الوحيد الذي يحتاج إلى استبداله بعد 5-10 سنوات، لأنه يعمل باستمرار على تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء وحرارة (الطاقة الشمسية الكهروضوئية مقابل الطاقة الشمسية الحرارية). وبصرف النظر عن العاكس، فإن الكابلات أيضا تحتاج إلى صيانة لضمان تشغيل نظام الطاقة الشمسية بأقصى كفاءة .

تطوير التكنولوجيا

تتقدم تقنية صناعة الطاقة الشمسية باستمرار، ويمكن للابتكارات في فيزياء الكم وتكنولوجيا النانوز زيادة كفاءة الألواح الشمسية وتضاعف المدخلات الكهربائية لأنظمة الطاقة الشمسية .

سلبيات الخلايا الشمسية

عدم تلبية الاحتياجات الداخلية

ليست كل الأسر قادرة على تلبية احتياجاتها والاستفادة القصوى من الخلايا الشمسية حتى الآن. فالخلايا الشمسية حساسة جدا تجاه موقعها، مما يعني أنه إذا كانت هناك ظلال تسلط على مجموعة الخلايا في مكان ما، فمن الصعب استغلال الألواح الشمسية بشكل مثالي. ولحل هذه المشكلة، يجب أن يكون هناك اتصال بالشبكة وشراء الطاقة من مصادر أخرى .

ارتفاع التكلفة

تكون التكلفة الأولية لشراء الخلايا الشمسية مرتفعة إلى حد ما، حيث تشمل دفع ثمن الألواح الشمسية والعاكس والبطاريات والأسلاك والتركيب، ومع ذلك، فإن تقنيات الطاقة الشمسية تتطور باستمرار، ولذلك فمن المتوقع أن تنخفض الأسعار في المستقبل .

الطاقة الموسمية  وتعتمد على الطقس

بالمقارنة مع الأنواع الأخرى من الطاقة المتجددة ، فإن محطة الطاقة الشمسية موسمية للغاية ، حيث يمكن أن يكون هناك فترات محدودة من الشمس ، ويكمن الحل في توصيل شبكات الطاقة الشمسية ، وشراء الطاقة من شبكة الكهرباء العامة خلال الفترات التي تقل فيها الطاقة الشمسية ، ويعد الاستثمار في نظام تخزين البطاريات الشمسية خيارًا جيدًا أيضًا ، حيث يمكنه تخزين الطاقة المولدة خلال ساعات الذروة وجعلها متاحة بسهولة للأيام الملبدة بالغيوم .

تخزين الطاقة الشمسية باهظ الثمن

يمكن استخدام الطاقة الشمسية على الفور، أو تخزينها في بطاريات كبيرة، ويمكن شحن هذه البطاريات التي تستخدم في أنظمة الطاقة الشمسية خارج الشبكة خلال النهار، حتى يتم استخدام الطاقة في الليل. هذا الحل يعتبر فعالاً للاستفادة من الطاقة الشمسية على مدار اليوم، ولكنه يتطلب تكاليف مرتفعة .

تحتاج إلى مساحة كبيرة من الفضاء

كلما زادت الطاقة المراد إنتاجها، زاد عدد الألواح الشمسية المطلوبة. وفي هذه الحالة، يجب الحصول على أكبر قدر ممكن من ضوء الشمس. تحتاج الألواح الكهروضوئية الشمسية إلى مساحة واسعة، وبعض الأسطح ليست كافية لاستيعاب العدد المرغوب من الألواح الشمسية. إذا لم يكن هناك مساحة كافية لجميع الألواح، يمكن اختيار تثبيت عدد أقل لتلبية بعض الاحتياجات من الطاقة .