أصغر جزء في اللوح الشمسي هو الخلية الشمسية. لذا، فإن الخلايا الشمسية تُشكل اللوح الشمسي. لكن السؤال هو: كيف تعمل الخلية الشمسية أو اللوح؟ الإجابة على هذا السؤال ستقودنا مباشرةً إلى فهم آلية عمل مصابيح الشوارع الشمسية من الغسق إلى الفجر. ستتمكن من رؤية وتقدير الابتكار المتمثل في مصابيح الشوارع الشمسية. إذًا، كيف تعمل الخلايا الشمسية في الخلفية لتوليد الطاقة الشمسية وإضاءة الشوارع التي نستمتع بها؟
فهم الخلايا الشمسية وكيفية عملها
أول ما يجب معرفته هو أن الألواح الشمسية تتكون من عدة وحدات تشكل مجتمعةً وحدةً متكاملة. تُعرف هذه الوحدات عادةً بالخلايا الكهروضوئية، أو ببساطة، بالخلايا الشمسية. تُعد هذه الخلايا الشمسية السبب الرئيسي والمصدر الأساسي لتحويل ضوء الشمس إلى أشكال أخرى من الطاقة.
تنتج الخلايا الشمسية، التي تُكوّن الألواح الشمسية، طاقتها من خلال مرور جسيمات ضوء الشمس (المعروفة باسم الفوتونات) عبر خلاياها. عند مرور هذه الجسيمات، تُجبر الإلكترونات الموجودة على التحرر، فتفقد الذرات تأثيرها عليها. تجدر الإشارة أيضًا إلى إمكانية تقسيم الخلايا الشمسية إلى أجزاء مختلفة.
تقسيم الخلايا الشمسية
تنقسم الخلايا الشمسية إلى قسمين. شبّه الكثيرون تقسيمها بشريحتي خبز أو بربط شطيرة. أما هذان القسمان، فهما مصنوعان في معظمهما من السيليكون، وهي مادة شبه موصلة. وتشبه هذه المادة إلى حد كبير العديد من المواد المستخدمة في مجال الإلكترونيات الدقيقة.
يبدأ عمل الخلايا الشمسية عندما تُحيط بها مجال كهربائي طبيعي. يتبنى هذا المجال الكهربائي العديد من خصائص المجال المغناطيسي، منها نقطة تجاذب الأطراف المتقابلة. أما بالنسبة للخلايا الشمسية، فيتمثل ذلك في إطلاق الشحنات السالبة والموجبة.
يقع تحقيق ذلك على عاتق مُصنّعي الخلايا الشمسية. يخلط معظمهم طرفي اللوح بمواد متقابلة مختلفة بهدف تكوين شحنة موجبة وأخرى سالبة. من أهم المواد التي تُضاف الفوسفور والبورون. يجب إضافتهما إلى الشريحتين لأن كليهما يُنتج الشحنات الموجبة والسالبة اللازمة. بالإضافة إلى هذه الشحنات، ستؤدي إضافة هاتين المادتين إلى وجود مجال كهربائي في منتصف الشريحتين.
النتيجة هي أن الفوتون الذي ذكرناه سابقًا سيُحرّر إلكترونًا في الخلية الشمسية. بمجرد أن يتحرر الإلكترون، سيتخلص المجال الكهربائي المُولّد منه بسرعة بدفعه خارجًا عبر المجال الكهربائي المُولّد.
مواد أخرى مفيدة
مع أن البورون والفوسفور ضروريان لتكوين الشحنات الموجبة والسالبة، إلا أن هذا لا يعني بأي حال من الأحوال أنهما المادتان الوحيدتان المستخدمتان. فالمواد الأخرى، وإن لم تكن مسؤولة عن تكوين الشحنات، مسؤولة عن عملية تحويل الطاقة إلى طاقة قابلة للاستخدام.
لتسهيل هذه العملية، تحتاج الخلية الشمسية إلى صفائح معدنية موصلة. ووظيفتها ضمان تجميع الإلكترونات الخارجة بأمان. وبمجرد تجميعها، تُنقل إلى الأسلاك. وبمجرد نقل الإلكترونات إلى الأسلاك أو الكابلات، تصبح الإلكترونات كأي مصدر طاقة آخر متوفر لدينا اليوم. أليس هذا مذهلاً؟
الألواح الشمسية فائقة الرقة
مع استمرار الابتكار في دفع صناعة إنارة الشوارع من الغسق إلى الفجر، توصل الباحثون إلى اكتشاف أو اختراع جديد يتعلق بالألواح أو الخلايا الشمسية. فقد اكتشفوا خلايا شمسية يصفونها بأنها رقيقة للغاية. اشتُقت هذه الخلايا من حجمها ووزنها. يبلغ وزن وسمك إحدى هذه الخلايا الشمسية حوالي 1.3 بوصة، ويُحسب عادةً بالميكرون. بمعنى آخر، هذا يعني أن الخلايا الشمسية هنا أخف من ورق A4 الذي يُحتمل أن تراه في المكاتب اليوم. ليس فقط يمكن وصفها بأنها أخف وزنًا، بل يُمكن رؤيتها أيضًا على أنها أخف وزنًا بعشرين مرة! هذا مذهل.
يُعتقد أن الخلايا الشمسية فوق البنفسجية قادرة على البقاء لفترة على فقاعات الصابون. ويرجع ذلك إلى رقة هذه الخلايا وخفة وزنها.
تكنولوجيا الطاقة الشمسية المماثلة
إلى جانب الخلايا الشمسية، هناك أشكال أخرى من تقنيات الطاقة الشمسية تستخدم أساليب مشابهة. من بينها الطاقة الشمسية المركزة (CSP)، والمعروفة أيضًا بالطاقة الشمسية المركزة. ومع ذلك، هناك سمة مشتركة واحدة بين جميع هذه التقنيات، وهي أنها تسعى جميعها إلى تجميع الطاقة اللازمة من الشمس وتحويلها إلى حرارة أو كهرباء. وتُعدّ إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية واحدة من الصناعات العديدة التي تُحدث فيها الطاقة الشمسية والكهرباء طفرةً هائلة.
إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية من الغسق إلى الفجر: الخاتمة
إذا كان هناك ما يُثير الإعجاب حقًا، فهو آلية عمل الخلايا الشمسية. غالبًا ما تُقارن هذه الخلايا بخلايا جسم الإنسان، والعمل الذي يُبذل لإنتاج مصابيح الشوارع الشمسية التي تعمل من الغسق إلى الفجر مذهلٌ بكل المقاييس. إذا كنت تتطلع إلى تركيب مصابيح شوارع تعمل بالطاقة الشمسية، فننصحك بالاطلاع على نماذج شركة DEL Illumination . بمعرفتك الصحيحة لآلية عمل الخلايا الشمسية وكيفية مساهمتها في مصابيح الشوارع الشمسية، ستكون لديك قاعدة متينة للانطلاق في رحلة تعلم المزيد عن الطاقة الشمسية، وتحديدًا مصابيح الشوارع الشمسية.
قد ترغب في الاطلاع على مقالنا حول عرض تقديمي عن مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية: المكونات وأهميتها.
