أسعار الخلايا الشمسية وأنواعها
… تعرف الخلايا الشمسية بأنها أجهزة تستخدم خاصية كهروضوئية لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية بشكل مباشر، استنادًا إلى مبدأ التأثير الضوئي.
تُعرف الخلايا الشمسية أيضًا بالخلايا الضوئية أو الكهروضوئية، حيث تُجمع وحدات الخلايا الشمسية الطاقة الشمسية وتلتقطها لتقوم بتحويلها إلى كهرباء.
تاريخ استخدام الخلايا الشمسية
اُستخدمت الخلايا الشمسية لأول مرة في القمر الصناعي “فانجارد” عام 1958 كمصدر بديل للطاقة التقليدية، واستُخدمت بطرق متعددة، منها:
- في عام 1959، أُطلق القمر الصناعي إكسبلورر 6 من الولايات المتحدة، الذي احتوى على ألواح كبيرة على شكل أجنحة. ومنذ ذلك الحين، أصبحت الخلايا الشمسية مصدرًا رئيسيًا للطاقة في الأقمار الصناعية.
- تختلف التقنيات المستخدمة في الخلايا الشمسية الفضائية عن تلك المصنعة من السيليكون التي استخدمت في الألواح الأرضية في التسعينات، حيث استخدمت المركبات الفضائية مواد أشباه الموصلات.
- تم تعديل تصميم الخلايا الشمسية لتكون خفيفة الوزن ومرنة وتحقق كفاءة عالية.
ما هي الخلايا الشمسية؟
على الرغم من تنوع أنواع الخلايا الشمسية والوظائف، إلا أنها تشترك في نفس البنية الأساسية وأسلوب العمل. فالخلايا الشمسية هي نوع محدد من الخلايا التي تحول الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.
آلية عمل الخلايا الشمسية
- يتم إدخال الضوء إلى الألواح الشمسية عبر طبقة ضوئية أو طبقة مضادة للانعكاس، والتي تقلل من فقدان الضوء عبر الانعكاس، وتساعد في توجيه الضوء نحو طبقات تحويل الطاقة.
- هذه الطبقة غالبًا ما تكون مصنوعة من أكسيد السيليكون أو أكسيد التيتانيوم.
- تولد الخلايا الشمسية جهدًا كهربائيًا باستخدام مواد أشباه الموصلات المعالجة مثل السيليكون.
- تتكون العملية من ثلاث طبقات تحت الطبقة المضادة للانعكاس، وهي طبقة الوصلة العلوية، وطبقة الامتصاص، وطبقة الوصلات الخلفية.
- نظرًا لأن معظم طاقة ضوء الشمس والضوء الاصطناعي تقع ضمن النطاق المرئي للإشعاع الكهرومغناطيسي، فإن الخلايا الشمسية تكون فعالة جدًا في امتصاص الإشعاع في هذه الأطوال الموجية.
- عند تعرض الخلية الشمسية للضوء، يتم إثارة الإلكترونات في طبقة الامتصاص من حالة طاقة منخفضة إلى حالة مثارة.
- تشكل الطبقات المتعددة الوصلات حقلًا كهربائيًا مدمجًا نتيجة لوجود الإلكترونات الحرة، مما يؤدي إلى إنتاج التأثير الكهروضوئي.
- المواد المستخدمة في بناء الطبقات المختلفة للخلايا الشمسية هي نفسها التي تُستخدم في تصنيع الترانزستورات في الإلكترونيات ذات الحالة الصلبة.
- تشترك الخلايا الشمسية في التكنولوجيا الأساسية مع الأجهزة الإلكترونية الدقيقة، ويعتمد إنتاج الطاقة في الخلايا الشمسية على شدة الإضاءة.
أنواع الخلايا الشمسية
توجد عدة أنواع من الخلايا الشمسية سنشرحها في الفقرات التالية:
خلايا الألواح أحادية البلورة
يمتاز هذا النوع من الخلايا بأنه يتكون من شرائح مصنوعة من قضبان السيليكون النقية ويتم محاذاتها في اتجاه واحد. وبذلك، فعندما تسطع الشمس عليها بزاوية مناسبة، تعمل الخلايا بكفاءة عالية وتحقق أفضل أداء في الإضاءة المباشرة.
خلايا الألواح متعددة البلورة
تتكون هذه الألواح من قطع من السيليكون على شكل كتل، وتمتاز بوجود أجزاء متعددة من البلورات النقية، مما يجعل فعاليتها أقل لأن البلورات الفردية لا تكون محاذية تمامًا مع بعضها البعض.
خلايا الألواح الهجينة
تتميز هذه الخلايا بوجود طبقة رقيقة غير متبلورة خلف الخلايا أحادية البلورة، مما يجعلها من أكثر الألواح فعالية.
عيوب استخدام الخلايا الشمسية
على الرغم من الاستخدامات المتعددة للخلايا الشمسية، إلا أنها ليست خالية من العيوب. ومع ذلك، يُبذل الكثير من الجهد للتغلب عليها، ومن أبرز هذه العيوب:
- التكلفة: تُعتبر تكلفة شراء ألواح الخلايا الشمسية مرتفعة نسبيًا، وتغطي هذا السعر تكلفة الألواح والعاكسات والبطاريات والأسلاك والتركيبات اللازمة.
- ظروف المناخ: يصعب الحصول على الطاقة الشمسية في الأيام الملبدة بالغيوم أو الممطرة، مما يؤثر سلبًا على كفاءة النظام الشمسي.
- تخزين الطاقة الشمسية: في حالة عدم استخدام الطاقة الشمسية فور تجميعها، يمكن تخزينها في بطاريات كبيرة، والتي تُعتبر مكلفة للغاية.
أسعار الخلايا الشمسية
توجد نوعان من الألواح الشمسية، الأولى تعرف بالألواح أحادية البلورة (المونو) التي تعمل بكفاءة عالية في المناطق الباردة، والأخرى هي الألواح متعددة البلورات (البولي) التي تكون أكثر فعالية في المناطق الحارة. يُعتبر النوع الثاني الأكثر شيوعًا في الدول العربية بفضل درجات الحرارة المرتفعة.
تكلفة الألواح متعددة البلورات تتراوح بين 130 إلى 200 دولار، وفقًا لجودة وكفاءة المنتج وكذلك الضمان واسم الشركة المصنعة. وتقوم الألواح بتوليد طاقة تتراوح من 100 إلى 350 وات، حيث أن الألواح الأكثر استخدامًا هي بقدرة 250 وات. يمكن لأربع ألواح إنتاج كيلو وات واحد مما يعني أن تكلفة الكيلو وات تتراوح بين 520 إلى 800 دولار أمريكي.
كما شهدت أسعار تجهيزات المولدات لتوليد الطاقة الكهروضوئية انخفاضًا ملحوظًا، حيث أصبحت تتراوح من 6000 دولار أمريكي إلى 1500 دولار أمريكي.
