كيف تعمل الألواح الشمسية؟

بالعربي/ ما الذي يجعل مصادر الطاقة البديلة هذه تعمل؟

الألواح الشمسية تتويج أسطح المنازل وعلامات على جانب الطريق ، وتساعد في الحفاظ على المركبة الفضائية تعمل بالطاقة. لكن كيف تعمل الألواح الشمسية؟

ببساطة ، تعمل الألواح الشمسية عن طريق السماح للفوتونات ، أو جزيئات الضوء ، بإخراج الإلكترونات من الذرات ، وتوليد تدفق للكهرباء ، وفقًا لجامعة مينيسوتا دولوث . تتكون الألواح الشمسية في الواقع من العديد من الوحدات الأصغر التي تسمى الخلايا الكهروضوئية – وهذا يعني أنها تحول ضوء الشمس إلى كهرباء. العديد من الخلايا المرتبطة معًا تشكل لوحًا شمسيًا.

كل خلية كهروضوئية عبارة عن شطيرة مكونة من شريحتين من مادة شبه موصلة. وفقًا لمؤتمر Proceedings National Graduate Conference لعام 2012 ، تتكون الخلايا الكهروضوئية عادةً من السيليكون – وهي نفس الأشياء المستخدمة في الإلكترونيات الدقيقة.

للعمل ، تحتاج الخلايا الكهروضوئية إلى إنشاء مجال كهربائي. يشبه إلى حد كبير المجال المغناطيسي ، الذي يحدث بسبب الأقطاب المتقابلة ، يحدث المجال الكهربائي عندما يتم فصل الشحنات المعاكسة. للحصول على هذا المجال ، يقوم المصنعون “بتخدير” السيليكون بمواد أخرى ، مع إعطاء كل شريحة من السندويتش شحنة كهربائية موجبة أو سالبة.

على وجه التحديد ، يقومون بزرع الفوسفور في الطبقة العليا من السيليكون ، وفقًا لجمعية الكيمياء الأمريكية ، التي تضيف إلكترونات إضافية ، بشحنة سالبة ، إلى تلك الطبقة. وفي الوقت نفسه ، تحصل الطبقة السفلية على جرعة من البورون ، مما ينتج عنه إلكترونات أقل ، أو شحنة موجبة. كل هذا يضيف إلى مجال كهربائي عند التقاطع بين طبقات السيليكون. بعد ذلك ، عندما يقرع فوتون من ضوء الشمس إلكترونًا مجانيًا ، فإن المجال الكهربائي سيدفع هذا الإلكترون خارج تقاطع السيليكون.

يقوم مكونان آخران للخلية بتحويل هذه الإلكترونات إلى طاقة قابلة للاستخدام. تجمع الصفائح المعدنية الموصلة على جانبي الخلية الإلكترونات وتنقلها إلى أسلاك ، وفقًا لمكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة (EERE) . عند هذه النقطة ، يمكن للإلكترونات أن تتدفق مثل أي مصدر آخر للكهرباء.

أنتج الباحثون خلايا شمسية فائقة النحافة ومرنة بسمك 1.3 ميكرون فقط – حوالي 1/100 من عرض شعرة الإنسان – وأخف 20 مرة من ورقة مكتب. أفاد العلماء في دراسة نُشرت في عام 2016 في مجلة أورجانيك إلكترونيكس ، أن الخلايا في الواقع خفيفة للغاية بحيث يمكنها الجلوس فوق فقاعة صابون ، ومع ذلك فإنها تنتج طاقة بنفس قدر كفاءة الخلايا الشمسية القائمة على الزجاج . يمكن دمج الخلايا الشمسية الأخف والأكثر مرونة مثل هذه في الهندسة المعمارية أو تكنولوجيا الفضاء أو حتى الإلكترونيات القابلة للارتداء .  

هناك أنواع أخرى من تقنيات الطاقة الشمسية – بما في ذلك الطاقة الشمسية الحرارية والطاقة الشمسية المركزة (CSP) – التي تعمل بطريقة مختلفة عن الألواح الشمسية الكهروضوئية ، ولكنها جميعها تسخر طاقة ضوء الشمس لتوليد الكهرباء أو لتسخين الماء أو الهواء.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com