أسعار وأنواع الخلايا الشمسية
… تُعرف الخلايا الشمسية بأنها أجهزة ذات خصائص كهروضوئية، تقوم بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية بشكل مباشر عبر التأثير الكهروضوئي.
يطلق على الخلايا الشمسية أيضًا اسم الخلايا الضوئية أو الخلايا الكهروضوئية. تعمل وحدات الخلايا الشمسية على تجميع الطاقة الشمسية، والتقاطها، وتحويلها إلى كهرباء.
متى بدأت استخدام الخلايا الشمسية؟
تم استخدام الخلايا الشمسية لأول مرة في عام 1958 على القمر الصناعي فانجارد، حيث أصبحت مصدراً بديلاً للطاقة التقليدية. كما تم استخدام هذه التقنية بعدة طرق أخرى، تتضمن ما يلي:
- في عام 1959، تم إطلاق القمر الصناعي إكسبلورر 6 التابع للولايات المتحدة، الذي كان يحتوي على ألواح خشبية كبيرة على شكل أجنحة. ومنذ ذلك الحين، أصبحت الخلايا الشمسية سمة شائعة في الأقمار الصناعية، حيث كانت مصدر الطاقة الرئيسي منذ الستينات.
- تختلف التكنولوجيا المستخدمة في الخلايا الشمسية الفضائية عن تلك المستخدمة في الألواح الأرضية المصنوعة من السيليكون التي ظهرت في التسعينات، نظراً لاستخدام المركبات الفضائية لمواد شبه موصلة.
- فيما بعد، تم تطوير الخلايا الشمسية لتصبح خفيفة الوزن ومرنة، مع كفاءة عالية.
ما هي الخلايا الشمسية؟
رغم التنوع في أنواع الخلايا الشمسية واستخداماتها، إلا أن بنيتها الأساسية متشابهة. حيث تعمل هذه الخلايا على تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.
مبادئ عمل الخلايا الشمسية
- يدخل الضوء إلى الألواح الشمسية عبر طبقة ضوئية مضادة للانعكاس، التي تخفض فقدان الضوء عن طريق الانعكاس وتعزز نقل الضوء إلى طبقات تحويل الطاقة.
- تكون الطبقة المضادة للانعكاس عادة مكونة من أكسيد السيليكون أو أكسيد التيتانيوم.
- يتم توليد الجهد عبر الخلايا الشمسية المصنوعة من مواد شبه موصلة معالجة مثل السيليكون.
- تعمل الطبقات الثلاث الموجودة أسفل الطبقة المضادة للانعكاس، وهي طبقة الوصلة العلوية وطبقة الامتصاص وطبقة الوصلات الخلفية على تحويل الطاقة.
- نظرًا لأن معظم طاقة الضوء الشمسية والاصطناعية تقع في النطاق المرئي للإشعاع الكهرومغناطيسي، فإن الخلايا الشمسية تكون فعالة للغاية في امتصاص الإشعاع في هذه الأطوال الموجية.
- عند سقوط الضوء على الخلية الشمسية، يتم تحفيز الإلكترونات الموجودة في طبقة الامتصاص من حالة طاقة منخفضة إلى حالة مثارة.
- في غياب الطبقات المكونة للوصلات، تكون الإلكترونات حرة في حركة عشوائية. ولكن عند إضافة طبقات متعدّدة لتشكيل وصلات، يتم توليد حقل كهربائي يؤدي إلى ظهور تأثير كهروضوئي.
- تُعتمد المواد المستخدمة في بناء طبقات متنوعة من الخلايا الشمسية على نفس المواد المستخدمة في إنتاج الترانزستورات في الإلكترونيات ذات الحالة الصلبة.
- تتشارك الخلايا الشمسية مع الأجهزة الإلكترونية الدقيقة في نفس التكنولوجيا الأساسية، حيث يتناسب مقدار الطاقة المنتجة مع كمية الضوء الساقط.
أنواع الخلايا الشمسية
يمكن تقسيم الخلايا الشمسية إلى عدة أنواع، نوضحها أدناه:
خلايا الألواح أحادية البلورة
تتميز هذه الخلايا بأنها مصنوعة من شرائح مقطوعة من قضبان السيليكون النقي، حيث يتم محاذاة الخلايا بشكل منتظم. وعند تعرضها لأشعة الشمس المباشرة، فإنها تعمل بكفاءة عالية.
خلايا الألواح متعددة البلورات
تتكون هذه الألواح من مقاطع سيليكون مصممة على شكل كتل. ورغم أن توزيع البلورات قد لا يكون في محاذاة مثالية، مما يؤدي إلى كفاءة أقل مقارنةً بالخلايا أحادية البلورة.
خلايا الألواح الهجينة
تمتاز هذه الخلايا بوجود طبقة رقيقة غير متبلورة خلف خلايا أحادية البلورة، مما يجعلها من بين أكثر الألواح كفاءة في تحويل الطاقة.
عيوب استخدام الخلايا الشمسية
رغم الاستخدام المتزايد للخلايا الشمسية خلال السنوات الماضية، إلا أنها ليست خالية من العيوب. ومحاولات التغلب على هذه العيوب مستمرة، ومن أبرز هذه العيوب:
- التكلفة: تعتبر تكاليف شراء ألواح الخلايا الشمسية مرتفعة نسبيًا، حيث تشمل تكلفة الألواح، العاكسات، البطاريات، الأسلاك والتركيبات الأخرى.
- ظروف المناخ: صعوبة الحصول على الطاقة الشمسية في الأيام الغائمة والممطرة تؤثر على كفاءة النظام الشمسي. وهذا يعتمد بشكل كامل على توافر أشعة الشمس لتجميع الطاقة.
- تخزين الطاقة الشمسية: إذا لم يتم استخدام الطاقة الشمسية مباشرةً بعد تجميعها، فيمكن تخزينها في بطاريات كبيرة. ومع ذلك، فإن تكلفة هذه البطاريات تمثل تحديًا آخر.
أسعار الخلايا الشمسية
تنقسم الخلايا الشمسية إلى نوعين رئيسيين؛ الأول هو الألواح أحادية البلورة، والمعروفة باسم “مونو”.
تتميز هذه الألواح بكفاءتها العالية في المناطق الباردة، بينما الألواح متعددة الكريستالات، المعروفة باسم “بولي”، تعمل بشكل جيد في المناطق الحارة، وهذا هو النوع الأكثر استخدامًا في الدول العربية نظرًا لدرجات الحرارة المرتفعة.
تتراوح تكلفة الألواح أحادية البلورة من 130 إلى 200 دولار للوح بقدرة 250 وات، مما يجعلها اختيارًا شائعًا.
يمكن أن تنتج أربعة ألواح شمسية 1 كيلو وات، مما يعني أن تكلفة الكيلو وات تتراوح من 520 إلى 800 دولار أمريكي.
تراجعت أسعار تجهيزات المولدات المستخدمة في إنتاج الطاقة الكهروضوئية لتصل إلى حوالي 1500 دولار أمريكي بعد أن كانت 6000 دولار.