مبادئ توليد الطاقة من الألواح الشمسية

الخلايا الشمسية هي أجهزة تستجيب للضوء وتحول الطاقة الضوئية إلى كهرباء. هناك العديد من أنواع المواد التي يمكن أن تنتج تأثيرات كهروضوئية ، مثل السيليكون أحادي البلورية ، والسيليكون متعدد البلورات ، والسيليكون غير المتبلور ، وزرنيخيد الغاليوم ، والسيلينيوم ، والإنديوم ، والنحاس ، وما إلى ذلك. مبدأ توليد الطاقة لديهم هو نفسه في الأساس ، ويتم وصف عملية توليد الطاقة الكهروضوئية باستخدام السيليكون البلوري كمثال. يمكن تخدير السيليكون البلوري من النوع P بالفوسفور للحصول على السيليكون من النوع N ، مما يشكل تقاطع PN.
عندما يضرب الضوء سطح الخلية الشمسية ، تمتص مادة السيليكون جزءًا من الفوتونات ؛ يتم نقل طاقة الفوتونات إلى ذرة السيليكون ، مما يتسبب في مرور الإلكترونات بمرحلة انتقالية ، وتصبح إلكترونات حرة تتجمع على جانبي تقاطع PN وتشكل فرقًا في الجهد. عندما يتم تشغيل الدائرة الخارجية ، تحت تأثير هذا الجهد ، سيتدفق تيار عبر الدائرة الخارجية لتوليد طاقة خرج معينة. جوهر هذه العملية هو عملية تحويل طاقة الفوتون إلى طاقة كهربائية.
1 ، هناك طريقتان لتوليد الطاقة الشمسية: الأولى هي طريقة تحويل الكهرباء الخفيفة ، والأخرى هي طريقة التحويل المباشر للكهرباء الخفيفة.
(1) تستخدم طريقة تحويل الكهرباء الحرارية الخفيفة الطاقة الحرارية الناتجة عن الإشعاع الشمسي لتوليد الكهرباء. بشكل عام ، تقوم المجمعات الشمسية بتحويل الطاقة الحرارية الممتصة إلى بخار متوسط ​​العمل ، ثم تشغيل التوربينات البخارية لتوليد الكهرباء. العملية السابقة هي عملية تحويل حرارة خفيفة ؛ العملية الأخيرة هي عملية تحويل الكهرباء الحرارية ، مماثلة لتوليد الطاقة الحرارية العادية. تتمتع محطات الطاقة الحرارية الكهروضوئية الشمسية بكفاءة عالية ، ولكن نظرًا لمرحلة التصنيع الأولية ، فإن الاستثمار حاليًا مرتفع. تتطلب محطة الطاقة الحرارية الشمسية 1000 ميجاوات استثمارًا يتراوح بين 2 و 2.5 مليار دولار ، بمتوسط ​​استثمار يتراوح بين 2000 دولار و 2500 دولار لكل 1 كيلوواط. لذلك ، فهي مناسبة للمناسبات الصغيرة والخاصة ، في حين أن الاستخدام على نطاق واسع غير اقتصادي اقتصاديًا ولا يمكن أن ينافس محطات الطاقة الحرارية أو النووية العادية.
(2) طريقة التحويل الكهروضوئي المباشر تستخدم هذه الطريقة التأثير الكهروضوئي لتحويل طاقة الإشعاع الشمسي مباشرة إلى طاقة كهربائية. الجهاز الأساسي للتحويل الكهروضوئي هو الخلايا الشمسية. الخلية الشمسية هي جهاز يقوم بتحويل الطاقة الشمسية مباشرة إلى طاقة كهربائية بسبب التأثير الكهروضوئي. إنه ثنائي ضوئي أشباه الموصلات. عندما يضرب ضوء الشمس الثنائي الضوئي ، يقوم الثنائي الضوئي بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية ، مما يولد تيارًا كهربائيًا. عندما يتم توصيل العديد من البطاريات في سلسلة أو بالتوازي ، يمكن أن تصبح مجموعة خلايا شمسية ذات طاقة خرج كبيرة نسبيًا. تعد الخلايا الشمسية نوعًا جديدًا واعدًا من مصادر الطاقة بثلاث مزايا رئيسية: الاستمرارية والنظافة والمرونة. تتمتع الخلايا الشمسية بعمر طويل ، وطالما وجدت الشمس ، يمكن استثمارها مرة واحدة واستخدامها لفترة طويلة ؛ بالمقارنة مع توليد الطاقة الحرارية وتوليد الطاقة النووية ، فإن الخلايا الشمسية لا تسبب تلوثًا بيئيًا ؛ يمكن أن تكون الخلايا الشمسية كبيرة وصغيرة ومتوسطة الحجم ، وتتراوح من محطات طاقة متوسطة الحجم بسعة مليون كيلووات إلى حزم الخلايا الشمسية التي تخدم منزلًا واحدًا فقط ، والتي لا مثيل لها في مصادر الطاقة الأخرى.