أسعار وأنواع الخلايا الشمسية
… تُعرف الخلايا الشمسية بأنها أجهزة تتمتع بخاصية كهروضوئية، حيث تقوم بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية بشكل مباشر، استناداً إلى ظاهرة التأثير الضوئي.
تُسمى الخلايا الشمسية أيضاً بالخلايا الضوئية أو الكهروضوئية، وتقوم وحدات الخلايا الشمسية بجمع الطاقة الشمسية والتقاطها ومن ثم تحويلها إلى كهرباء.
تاريخ استخدام الخلايا الشمسية
كان الاستخدام الأول للخلايا الشمسية في القمر الصناعي “فانجارد” عام 1958، حيث تم الاعتماد عليها كمصدر بديل للطاقة التقليدية. وتم استعمالها فيما بعد بطرق متعددة، مثل:
- إطلاق القمر الصناعي “إكسبلورر 6” في عام 1959 الذي احتوى على ألواح خشبية كبيرة على شكل أجنحة. ومنذ ذلك الحين، أصبحت الخلايا الشمسية عنصرًا شائعًا في تصميم الأقمار الصناعية، حيث كانت المصدر الرئيسي للطاقة منذ الستينات.
- تباين التقنيات المستخدمة في الخلايا الشمسية الفضائية عنها في الألواح التي تستعمل السيليكون في التسعينات، حيث استخدمت المركبات الفضائية مواد أشباه الموصلات.
- تم تعديل تصميمات الخلايا الشمسية لتصبح خفيفة الوزن ومرنة وتتميز بكفاءة عالية.
تعريف الخلايا الشمسية
على الرغم من تنوع أنواع الخلايا الشمسية واستخداماتها، إلا أنها تتشارك في البنية الأساسية والتي تتمثل في تقنيتها. فالبعض من الخلايا الشمسية يتخصص في تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.
آلية عمل الخلايا الشمسية
- يبدأ الضوء بدخول الألواح الشمسية عبر طبقة ضوئية أو طبقة مضادة للانعكاس، مما يساهم في تقليل فقدان الضوء الناتج عن الانعكاس، حيث يحجز الضوء الساقط على الخلية ويُعزز انتقاله إلى الطبقات المسؤولة عن تحويل الطاقة.
- عادةً ما تتكون الطبقة المضادة للانعكاس من أكسيد السيليكون أو أكسيد التيتانيوم.
- بعد ذلك، يتم توليد الجهد من خلال خلايا مصنوعة من مواد أشباه الموصلات المعالجة، مثل السيليكون.
- تستخدم الطبقات الثلاث الموجودة تحت الطبقة المضادة للانعكاس، وهي الطبقة العلوية، وطبقة الامتصاص التي تُعتبر أساس الجهاز، وطبقة الوصلات الخلفية، في عملية تحويل الطاقة.
- بما أن معظم أشعة الشمس والضوء الصناعي تندرج تحت النطاق المرئي للإشعاع الكهرومغناطيسي، فإن امتصاص الخلايا الشمسية لهذه الأطوال الموجية يكون فعّالاً.
- عندما يسقط الضوء على الخلايا الشمسية، يتم تحفيز الإلكترونات الموجودة في طبقة الامتصاص من حالة طاقة منخفضة إلى حالة مثارة.
- في غياب الطبقات المكونة للوصلات، تكون الإلكترونات متحركة بشكل عشوائي. ولكن بإضافة عدة طبقات لتشكيل الوصلات، يتم إنشاء حقل كهربائي مدمج ينتج عنه التأثير الكهروضوئي.
- المواد المستخدمة لبناء طبقات مختلفة ومتنوعة من الخلايا الشمسية هي ذاتها التي تُستخدم في تصنيع الترانزستورات في الإلكترونيات ذات الحالة الصلبة، وفي حالة الإلكترونيات الدقيقة.
- تقنية تصنيع الخلايا الشمسية تشترك مع الأجهزة الإلكترونية الدقيقة في التكنولوجيا الأساسية المستعملة، ولكن الطاقة الناتجة من الخلايا الشمسية تتناسب مع شدة الإضاءة.
أنواع الخلايا الشمسية
هناك عدة أنواع من الخلايا الشمسية، وسنوضحها في الفقرات التالية:
خلايا الألواح أحادية البلورة
يتميز هذا النوع من الخلايا بتركيبه من شرائح مقطوعة من قضبان السليكون النقية المسحوبة، حيث يتم محاذاة الخلايا في اتجاه واحد. لذا، فإن فعالية الخلايا تكون عالية عندما تسطع الشمس عليها بزاوية مناسبة.
خلايا الألواح متعددة البلورات
تتكون هذه الألواح من مقاطع سيليكون يتم تشكيلها إلى كتل، وتتميز خلاياها الشمسية بوجود بلورات متعدّدة، مما يجعل فعاليتها أقل نظرًا لمشكلات المحاذاة بين البلورات.
خلايا الألواح الهجينة
تتميز خلاياها الشمسية بأنها تحتوي على طبقة رقيقة غير متبلورة خلف خلايا السليكون أحادية البلورة، مما يجعلها من أكثر الألواح كفاءة.
عيوب استخدام الخلايا الشمسية
رغم الاستخدام الواسع للخلايا الشمسية على مدار السنوات، إلا أنه لا يمكن إنكار وجود بعض العيوب، والتي يتم العمل على تحسينها، وتتمثل في:
-
التكلفة: تعتبر تكلفة شراء ألواح الخلايا الشمسية مرتفعة إلى حد ما.
- ويشمل ذلك دفع ثمن الألواح الشمسية، العاكس، البطاريات، الأسلاك، والتركيبات.
-
ظروف المناخ: يصعب الحصول على الطاقة الشمسية في الأيام الغائمة والممطرة، مما يؤثر على كفاءة النظام الشمسي في ظل الظروف المناخية غير المثالية.
- حيث تعتمد الألواح الشمسية بشكل كامل على أشعة الشمس لجمع الطاقة الشمسية، مما يُظهر تأثيراً واضحاً على فعالية النظام في الأيام التي تفتقر فيها الشمس.
- تخزين الطاقة الشمسية: إذا لم يتم استهلاك الطاقة الشمسية فور جمعها، يجب تخزينها في بطاريات كبيرة، حيث يُمكن شحن تلك البطاريات في أنظمة طاقة شمسية منفصلة عن الشبكة خلال النهار لاستخدامها في الليل، وهو حل مكلف جدًا.
أسعار الخلايا الشمسية
يوجد نوعان رئيسيان من الألواح الشمسية؛ النوع الأول هو الألواح أحادية الكريستال المعروفة باسم “مونو”.
تعمل هذه الألواح بكفاءة أعلى في المناخات الباردة مقارنة بالألواح متعددة الكريستالات، المعروفة باسم “بولي”، التي تُعتبر أكثر فاعلية في البيئات الحارة.
هذا النوع يُعتبر الأكثر شهرة في الدول العربية نظرًا لدرجات الحرارة المرتفعة. كما أن تكلفته أقل من النوع الآخر، حيث ينتج اللوح الواحد حوالي 100 إلى 350 وات، بينما الألواح الأكثر استخدامًا هي التي تنتج 250 وات.
يتراوح سعر اللوح ذو القدرة 250 وات من النوع متعدد الكريستالات ما بين 130 دولار إلى 200 دولار، حسب الجودة، وكفاءة المنتج، وظروف الضمان، واسم الشركة المصنعة.
كما يمكن لأربع ألواح أن تنتج 1 كيلو وات، وبالتالي يكون سعر الكيلو وات ما بين 520 دولار إلى 800 دولار أمريكي.
قد انخفضت أسعار تجهيزات المولدات المستخدمة في إنتاج الطاقة الكهروضوئية لتصل إلى ما بين 6000 دولار أمريكي إلى 1500 دولار أمريكي.