الفرق بين الخلية الشمسية والخلايا الكهروضوئية  

معلومات عن الخلايا الشمسية

الخلية الشمسية هي جهاز إلكتروني يحول ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء. ينتج الضوء الساطع الموجود على الخلية الشمسية كلاً من التيار والجهد لتوليد الطاقة الكهربائية. تتطلب هذه العملية أولاً مادة يرفع فيها امتصاص الضوء الإلكترون إلى حالة طاقة أعلى ، وثانيًا ، حركة هذا الإلكترون عالي الطاقة من الخلية. يمكن لمجموعة متنوعة من المواد والعمليات أن تلبي متطلبات تحويل الطاقة الكهروضوئية ، ولكن تقريبًا تستخدم جميع عمليات تحويل الطاقة الكهروضوئية مواد شبه موصلة في شكل تقاطع pn ، ومن الممكن تصنيع الخلايا الشمسية بسهولة.

أنواع الخلايا الشمسية

يمكن تقسيم الخلايا الشمسية إلى ثلاثة أنواع عريضة ، الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة القائمة على السيليكون البلوري وتطور أحدث يتكون من مزيج من النوعين الآخرين.

• خلايا السيليكون البلورية

حوالي 90 ٪ من الخلايا الشمسية مصنوعة من رقائق السيليكون البلورية (c-Si) المقطوعة من السبائك الكبيرة المزروعة في المختبرات. تستغرق هذه السبائك ما يصل إلى شهر لتنمو ويمكن أن تأخذ شكل بلورات مفردة أو متعددة. تستخدم البلورات المفردة لإنشاء الخلايا والألواح الشمسية. أحادي البلورية (أحادي Si) ، بينما يستخدم الكريستالات (متعدد Si أو poly-CC) للألواح والخلايا متعددة الكريستالات.

تستخدم هذه الخلايا الشمسية سبيكة من النوع n ، والتي يتم تصنيعها عن طريق تسخين قطع من السيليكون بكميات صغيرة من الفوسفور ، أو الأنتيمون ، أو الزرنيخ كمثبط ، وتقترن السبائك من النوع n بطبقة من السيليكون من النوع p ، والتي تستخدم البورون كما هو مخدر ، تم دمج سبيكة من النوع n و p لإنشاء تقاطع في عملية ابتكرت لأول مرة في عام 1954.

تتمتع الخلايا أحادية البلورية بمظهر مميز وغالبًا ما تكون ملونة وتميل إلى أن يكون لها شكل أسطواني. يتم تقطيع هذه الخلايا إلى أشكال يمكن إهدارها ، ولكنها توفر أعلى مستويات الكفاءة. لا تحتاج الخلايا متعددة الكريستالات إلى القطع لتشكيلها حيث يتم صهر السيليكون وصبه في قوالب. تعتبر الألواح الشمسية المربعة متعددة الكريستالات خيارًا متوسط ​​المدى من حيث السعر والكفاءة.

• الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة

تتكون خلايا السيليكون البلورية من رقائق بعمق جزء من المليمتر (حوالي 200 ميكرومتر ، 200 ميكرومتر) ، ومع ذلك ، فإن الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة ، والتي تسمى أيضًا الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة ، أرق بحوالي 100 مرة. مصنوعة من السيليكون غير المتبلور (a-Si) ، حيث يتم ترتيب الذرات بشكل عشوائي بدلاً من هيكل بلوري مرتب ، يمكن أيضًا تصنيع هذه الأفلام من تيلوريد الكادميوم (Cd-Te) ، أو ثنائي أنديوم الغاليوم النحاسي (CIGS) ، أو الكهروضوئي العضوي المواد.

يتم إنتاج هذه الخلايا عن طريق وضع طبقات من الخلايا الكهروضوئية لإنشاء وحدة وهي الخيار الأرخص لإنتاج الألواح الشمسية. يمكن تصفيح الخلايا على النوافذ والمناور وبلاط الأسقف والركائز الأخرى ، بما في ذلك الزجاج والمعادن والبوليمرات ، ولكن على الرغم من هذه المرونة فهي ليست فعالة مثل خلايا السيليكون البلورية العادية ، حيث يمكن أن تنتج خلايا السيليكون البلورية 20٪ كفاءة ، هذه رقيقة – تصل كفاءة خلايا الفيلم إلى حوالي 7٪ فقط ، حتى أفضل خلايا CIGS بالكاد تصل إلى 12٪ من الكفاءة.

• الجيل الثالث من الخلايا الشمسية

تجمع أحدث تقنيات الخلايا الشمسية بين أفضل ميزات السيليكون البلوري والخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة لتوفير كفاءة عالية وإمكانية عملية محسّنة. تميل إلى أن تكون مصنوعة من السيليكون غير المتبلور أو البوليمرات العضوية أو بلورات البيروفسكايت ، وتتميز بوصلات متعددة تتكون من طبقات من مواد شبه موصلة مختلفة. هذه الخلايا لديها القدرة على أن تكون أرخص وأكثر كفاءة وعملية من الأنواع الأخرى من الخلايا ، وقد ثبت أنها قادرة على تحقيق حوالي 30 ٪ من الكفاءة (باستخدام خلية شمسية ترادفية من البيروفسكايت والسيليكون).[3]

المعلومات الكهروضوئية

الخلايا الكهروضوئية هي التحويل المباشر للضوء إلى كهرباء على المستوى الذري ، حيث تُظهر بعض المواد التأثير الكهروضوئي ، مما يجعلها تمتص فوتونات الضوء وتطلق الإلكترونات ، وعندما يتم التقاط الإلكترونات الحرة ، يتم إنتاج تيار كهربائي يمكن استخدامه الكهرباء وتختلف أنواع الخلايا الكهروضوئية وهي مقسمة إلى 3 أنواع.

مبدأ عمل الخلايا الكهروضوئية لتوليد الكهرباء

تقوم الخلايا الشمسية بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية ، حيث تحتوي الخلايا الشمسية على مادة مثل السيليكون تمتص الطاقة الضوئية ، وترخي الطاقة الإلكترونات بحيث يمكن أن تتدفق بحرية وتنتج فرقًا في الطاقة الكهربية المحتملة أو الجهد ، وتدفق الإلكترونات أو ينتج عن الشحنة السالبة تيار كهربائي ، والخلايا الشمسية لها جهات اتصال موجبة وسالبة مثل أطراف البطارية ، إذا كانت جهات الاتصال متصلة بسلك موصل ، يتدفق التيار من السالب إلى جهة الاتصال الإيجابية.[4]

ما هو الفرق بين الخلايا الشمسية والخلايا الكهروضوئية

لا يعرف الكثير من الناس الفرق بين الخلايا الكهروضوئية والخلايا الشمسية ، على الرغم من استخدامها بالتبادل في النظام الشمسي الكهروضوئي ، إلا أن هذين النوعين مختلفان تمامًا ، ويكمن الاختلاف بينهما في شرح الاختلاف الوظيفي لكل منهما:

• دور الخلايا الكهروضوئية

تلعب الخلايا الكهروضوئية دورًا مهمًا في نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية. تنتج الخلايا الشمسية الكهرباء من خلال التأثير الكهروضوئي ، حيث يولد ضوء الشمس الكهرباء في مواد معينة عن طريق تفكيك إلكتروناتها الخارجية ، ويمكن تصنيع الخلايا الكهروضوئية من مادة أحادية البلورية أو متعددة البلورات ، دون الحاجة إلى الخوض في التقنية ، وتتكون من عدة طبقات ، وأهمها نوعان من أشباه الموصلات في المركز.

الجزء العلوي من أشباه الموصلات عبارة عن طبقة سالبة ، حيث تحتوي ذرات المادة على إلكترونات إضافية تحمل شحنة سالبة ، على عكس شبه الموصل السفلي هو طبقة موجبة لأن ذرات المادة تفتقر إلى الإلكترونات.

عندما يضرب ضوء الشمس الجزء العلوي من أشباه الموصلات ، تصبح الإلكترونات السائبة متحمسة وتتفكك ثم تنجذب إلى الطبقة الموجبة تحتها. إلى الحمل الكهربائي ، الذي يلتقط الطاقة التي تنتجها الخلية الكهروضوئية ، تعود الإلكترونات في النهاية إلى الخلية وتتكرر العملية.

• دور الخلايا الشمسية

نظرًا لأن الخلايا الكهروضوئية تولد كمية محدودة فقط من الطاقة ، يتم توصيل العديد من الخلايا لإنشاء لوحة شمسية. بالعمل معًا ، تولد الخلايا الشمسية المتعددة تيارات أعلى وبالتالي المزيد من الطاقة. بالإضافة إلى ذلك ، من خلال إحكام إغلاق عدة خلايا معًا ، تعمل اللوحة كحالة واقية لوجود الخلايا. هذا يعني أن خلاياك الشمسية أقل عرضة للتلف بسبب العوامل الخارجية بما في ذلك الطقس شديد البرودة.

يتم بعد ذلك توجيه الكهرباء المولدة من الألواح الشمسية إلى عاكس مركزي أو عاكس دقيق ، اعتمادًا على إعداد النظام الخاص بك حيث يتم تحويلها إلى كهرباء AC يمكن لمنزلك وأجهزتك استخدامها. يعتمد عدد الخلايا في لوحتك على العلامة التجارية المحددة والحجم الذي تختاره ، على الرغم من القواسم المشتركة بين 60 و 72 خلية في لوحة واحدة.[2]

• نظام الكهروضوئية ككل

تعد الخلايا والألواح الكهروضوئية أجزاء متكاملة ومترابطة بشكل وثيق من نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية ، والخلايا الكهروضوئية هي المكون الرئيسي للألواح الشمسية ، بينما تعد الألواح الشمسية مكونًا حيويًا يتكون من النظام الشمسي ، في حين أن الخلية الكهروضوئية الفردية قادرة من تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء من تلقاء نفسه اللوحة ضرورية لدمج وتوجيه خرج الطاقة من العديد من الخلايا إلى العاكس والمنزل.[1]