خلیا الطاقة الشمسیة

تستخدم الخلایا الشمسیة (الكھروضوئیة) في عملیة تحویل الإشعاع الشمسي مباشرة إلى الكھرباء ، وتعرف ھذه الآلیة

بالتحویل الكھروضوئیة أو التحویل الفوتوفلطائي (Photovoltaic Conversion) الطاقة الشمسية    ویتوقع أن یساھم تحویل الطاقة الكھروضوئیة عملیاً في تقلیل استھلاك الوقود وإلى خفض التلوث البیئي وقد بدأت نظم الخلایا الكھروضوئیة تنتشر تدریجیا في تطبیقات الإنارة والاتصالات وضخ المیاه وغیرھا . یعود اكتشاف الأثر الكھروضوئیة إلى القرن الماضي المیلادي عندما قام العالم بكیرل (Becquerel) في عام 1839 م بدرسھ تأثیر الضوء على بعض المعادن والمحالیل وخصائص التیار الكھربائي الناتج عنھا. كما أدخل العالمان أدم و سمیث (Adams & Smith) مفھوم الناقلیة الكھربائیة الضوئیة لأول مرة عام 1877 م وتم تركیبأول خلیة شمسیة من مادة السیلینیوم  (Se) من قبل العالم فریتز (Fritts) عام 1883  م حیث توقع لھا أن تساھم في إنتاج الكھرباء مستقبلاً ، من جھة أخرى فقد ساعد تطویر نظریات میكانیكا الكم (Quantum Mechani) على تفسیر الكثیر من الظواھر الفیزیائیة  وخاصة المرتبطة بالكھرباء الضوئیة في فترة الثلاثینیات والأربعینیات من القرن الحالي ، وذلك عند ماتم تفسیر ظاھرة الحساسیة الضوئیة المواد السیلیكون وأكسید النحاس وكبریت الرصاص وكبریت الثالیوم ، وقد سجل عالم 1941 م تصنیع أول خلیة شمسیة سیلیكونیة بكفاءة لا تتجاوز   (1%،) ثم لحق ذلك إنجاز مختبرات بل الأمریكیة (Bell Lab)  في تصنیع البطاریة الشمسیة (Solar Battery) في منتصف الخمسینیات بكفاءة بلغت ( 6%) استخدمت آنذاك في التطبیقات الفائیة.

[post_ad]

كما تم في نفس الفترة تركیب أول خلیة شمسیة من مواد كبریت الكادیوم وكبریت النحاس أطلق علیھا فیما بعد الخلایا الشمسیة ذات الأفلام الرقیقة (Thin –Film Solar) .   بعد تلك الفترة ازداد تسارع بحوث التطویر في العلوم الفیزیائیة والھندسة  لاشتباه الموصلات (Semiconductors) وخاصة ما  یرتبط بدراسة التبادلات الكھربائیة الضوئیة مما ساعد على تطور الخلایا الكھروضوئیة وتقنیاتھا باتجاه تحسین كفاءتھا وخفض تكلفتھا. وقد أدى ذلك إلى ازدیاد مستوى إنتاج الخلایا الكھروضوئیة  بقدرات  تتراوح بین المیلي وات إلى الكیلوات. أما الفترة الھامة للخلایا الكھروضوئیة فقد حدثت في عقدي السبعینیات والثمانینات وخاصة بعد تطور علوم التركیب المجھریة الدقیقة لأشباه المواصلات وقد اعتبرت الخلایا الكھروضوئیة حینئذ بأنھا إحدى الطرق العلمیة الطموحة لتولید الكھرباء في المصادر المتجددة للطاقة. وقد ساعد ازدیاد الطلب على استخدام مجمعات الخلایا الكھروضوئیة حیث انخفضت نسبیاً تكلفة إنتاجھا بصورة معقولة ووصل إنتاجھا إلى عشرات المیجاوات .تشغیل الخلایا الكھروضوئیة: تعرف الخلیة الكھروضوئیة بأنھا أداة إلكترونیة مصنوعة من أشباه المواصلات یتشكل عبرھا فرق في الجھد عند تعرضھا للضوء ، ویتولد عنھا تیار كھربائي ترتبط قیمتھ بمعامل امتصاصھا للضوء ، وعند توصیل حمل كھربائي ما (مصابیح إنارة مثلاً ..) بین طرفیھا فإن التیار الكھروضوئیة المار وبالتالي الطاقة الكھربائیة الناتجة تستطیع تشغیل المصباح .

أمثلة لأھم الاستخدامات الخلایا الكھروضوئیة:
الفضائیة: إنارة المركبات والأقمار الصناعیة .
البحریة: الإنارة والإرشادات الضوئیة والإرشادیة وأجھزة الرصد .
الاتصالات الأرضیة: محطات الاتصالات والاستقبال.
البترولیة: حمایة أنابیب النفط والغاز الطبیعي من التآكل المعدني .
التبرید: الثلاجات المتنقلة في المدن والمناطق النائیة لحفظ الأدویة ، والأطعمة .
تحلیة وضخ المیاه: للشرب والزراعة والصناعة .
الحمایة والأمن: الأجھزة التحذیریة المدنیة والعسكریة في الإنارة وكھربة السیاج المعدنة .
الطاقة: إنتاج الھیدروجین.