صناعة الخلايا الشمسية

صناعة الخلايا الشمسية - طريقة صنع الخلايا الشمسية - صنع خلايا شمسية

كثيرا ما يظن الناس أن العلم صعب, وتنفيذه أصعب, والقضية ليست الا خوف نفسي وعدم ثقة في النفس, ومن هذه العلوم الحديثة التي يجهلها الكثير من المتعلمين هي الخلايا الشمسية ويظنون أنها سر عميق لا يفهمه الا العباقرة, وأمامك هذه خطوات صنع خلية شمسية بامكان كل هاوي وراغب صناعته بأدوات منزلية كي يستطيع فك رموز هذا العلم ودراسته عمليا بنفسه, لتكون هذه الخطوات مفتاحا للابتكار.
الخطوات هذه منقولة من موقع بالانجليزية ومن أراد رابطه يبشر به,
كيف تصنع خلية شمسية
الخلية الشمسية هي أداة لتحويل الطاقة الشمسِية إلى كهربائية. الخلايا الشمسية العالية الكفاءة المصنعة من السيلكون تتطلّب
مصانع ضخمة، درجات حرارة عالية والكثير من المالِ.
في هذا المشروع سنسعى لصنع خلية شمسية بإمكانيات جداً بسيطة و متوفرة. خليتنا الشمسية ستصنع من أكسيد النحاسوز
بدلاً من السيلكون. حيث يعد أكسيد النحاسوز من أول المواد التي عُرفت لعرض التأثيرِ الكهروضوئيِ.
لصنع الخلية الشمسية تحتاج المواد التالية:
صفيحة من النحاس أبعادها تقريباً 7سم × 15سم.
أسلاك توصيل (تمساح).
ميكروأميتر يمكن أَن يقرأَ التياراتَ بين( 0 -100 ) ميكروامبير.
سخان كهربائي( hotplate ) .
أي قنينة بلاستيكية واضحة وكبيرة بحيث يمكن قطع قمتها بسهولة. ( مثل تلك الخاصة بالمياه المعدنية سعة 2 لتر)
ملعقتا طعام من ملح المائدة.
ماء حنفية.
ورق صنفرة.
مقص معدني لقطع لوح الصفيحة النحاسية.
طريقة العمل و الملاحظات:
السخان الكهربائي المستخدم له الشكل التالي:

اقطع قطعة نحاسية مناسبة لمساحة السخان الكهربائي,ثم اغسل يديك جيداً للتأكد من عدم وجود أي كريمات أو ما شابهها
و كذلك اغسل الصفيحة النحاسية بالصابون أَو المطهّرِ للتخلص من أي دهن. استعمل ورق الصقل (ورق الصنفرة) لتنظيف
الصفائح النحاسية كليَّاً، وبالتالي تتأكد من إزالة أيّ كبريتيد أَو تآكل خفيف.
الآن، ضع الصفيحة النحاسية المُنَظَّفة والمُجَفَّفة على السخان.

عندما يسخن النحاس ، سترى أنماط الأكسدةِ الجميلةِ تبدأُ بالتَشكيل. (اللون البرتقالي، الأرجواني، والاحمر سيغطّي النحاس).

كلما ازداد التوهج تزداد درجة حرارة النحاس ،و تَختفي الألوان تدريجياً حيث تستبدل الألوان السابقة بطلاء أسود من الأكسيدِ النحاسي.

بعد نِصْف ساعةِ ، أطفئ السخان و اترك النحاسَ الحارَ على السخان ليبرد ببطئ. (تجنب تبريده بسرعة، حتى لاَ يبْقى
الأكسيد الأسود متَمسّكَاً بالنحاسِ).
عندما يبرد النحاس ، (هذا يَأْخذُ حوالي 20 دقيقةَ), ينكمش هو و الأكسيد النحاسيُ الأسود أيضاً و لَكنَّ بنسب مختلفةِ، مما
يؤدي إلى سهولة التخلص من رقاقةَ الأكسيدِ النحاسيةِ السوداءِ ." أي حك خفيف بيديك تحت الماء الجاري سيزيل أغلب القطعِ
الصغيرة". ( لا تستخدم القوة في إزالة كل البقعِ السوداءِ بالحَكّ الصعبِ أَو باستخدام سلك النحاس الناعمِ فقد يؤدي ذلك لأن
تُتلفُ طبقة أكسيد النحاسوز الحمراء الحسّاسة و التي نَحتاجهاُ لعملِ الخليةِ الشمسيِة).

اقطع صفيحة ثانية جديدة (لها نفس مساحة الأولى).
أحنِ كلتا القطعتان بلطف، بحيث يلائمون القنينةِ البلاستيكيةِ بدون لمس أحدهما الآخر. (اجعل وجه طلاء أكسيدِ النحاسوز
الذي كان فوق المشعلِ خارج القنينة).
أربط سلكي التوصيل(التمساح)، واحد إلى الصفيحة النحاسيِة الجديدة، وواحد إلى أكسيدِ النحاسوز. أوصل الصفيحةِ
النحاسيِة النظيفِة بالطرف الموجب للميكرواميترِ, أوصل صفيحة أكسيد النحاسوز بالطرف السالب للميكرواميتر.
ذوب ملعقتان من ملح الطعام في ماء حار. ثمّ صْبُّ الماء المالحَ بعناية إلى القنينة. يجِب أَن لا يغطي الماء المالح الصفائح
بالكامل,( اترك حوالي بوصة من الصفيحة فوق الماء).
النتيجة:
ستكون قراءة التيار في الظل حوالي 20 ميكرواميتر اما تحت الشمس فهي 70 ميكرواميتر.
يمكن اختبار تاثير تركيز المحلول الملحي على التيار الناتج.
التفسير:
أكسيد النحاسوز نوع المواد شبه الموصلة, التي تقع بين المواد العازلة( لا توصل التيار) و المواد الموصلة.
عندما يضرب نور الشمس الالكترونات في أكسيدِ النحاسوز، تكتسب بعضاً مِن الالكترونات الطاقة الكافية من نورِ الشمس
لتصبح حرة الحركة (الكهرباءِ).
تتحرك الالكترونات الحرةُ إلى الماء المالحِ، ثمّ إلى الصفيحة النحاسيِة النظيفِة، إلى السلكِ، خلال الميكرواميترِ، ويعود إلىصفيحة أكسيد النحاسوز, .بينما تتحرك الالكترونات خلال الميكرواميترِ ، تتَحرك الإبرة الموجودة بداخله.

أنواع خلايا الطاقة الشمسية

أنواع خلايا الطاقة الشمسية - الخلايا الشمسية - الخلية الشمسية

    خلية تصنع من السليكون أحادي التبلر: (mono crystalline) وهو عبارة عن خلايا قُطعت من بلورة سيليكون مفردة وكفاءة هذا النوع من الخلايا من 11 إلى 16% مما يعني أن امتصاص الخلايا من الإشعاع القادم من الشمس الذي تبلغ قوته 1000 وات لكل متر مربع وذلك في يوم مشمس بالقرب من خط الاستواء أي أن الواحد متر مربع من هذه الخلايا يمتص الإشعاع الشمسي بهذه الكفاءة ينتج ما بين 110 إلى 160 وات.

    خلايا عديدة التبلر (multy crystalline) وهي عبارة عن رقائق من السليكون كُشطت من بلورات سليكون أسطوانية ثم تعالج كيميائيا في أفران لزيادة خواصها الكهربية وبعد ذلك تغطي أسطح الخلايا بمضاد الانعكاس لكي تمتص الخلايا أشعة الشمس بكفاءة عالية وكفاءة هذا النوع من 9 إلى 13%.
    الخلايا المورفية أو خلايا الفيلم الرفيع (amorphous) وفيها مادة السيليكون تترسب على هيئة طبقات رفيعة علي أسطح من الزجاج أو البلاستيك لذلك فإن تصنيع هذه الخلايا يتم بتقنية سهلة ولكن كفاءتها أقل من 3 إلى 6% وأسعارها أيضا أقل. وهي مناسبة لتطبيقات من 40 وات إلى ما أقل.

تتسم هذه المنتجات بأن الخلايا مدعمة بإطار من الألومنيوم للحماية وأيضاً بزوج من الدايود للحماية الكهربية.

تطبيقات استخدام الخلايا في مجال الاتصالات عن بعد (شبكات الموبايل) في المؤسسات الضخمة – الحماية الكاثودية – مضخات المياه – أنظمة الإضاءة.

ثانياً أجهزة التحكم في الشحن (battery charge controllers) لأن استمرار شحن البطارية بعد تمام شحنها يعرضها للتلف وأيضا سحب الشحن من البطارية عند قرب تفريغ البطارية يتلفها أيضاً لذلك وجب وجود متحكم يعمل علي فصل البطارية بمجرد ان يتم شحنها ووقف عملية سحب الفولت منها. وهذه المتحكمات موديلات تتراوح بين: 1- 8 امبير (12 فولت الي 24) حيث يستخدم في أنظمة الأضاءة الصغيرة ونظم الخلايا المنزلية وأيضاَ يستهلك ثمن ملي امبير. 2 يتحكم في بطارية جهدها 12 فولت الي 24 وشدة التيار 10 امبير يستخدم في التطبيقات الخفيفة المتوسطة. 3- متحكم التطبيقات المتوسطة 30 امبير وهو مزود بشاشة يستخدم في اضاءة الشوارع والاستخدامات التجارية وأيضاً أنظمة الحماية 4- متحكم 960 امبير يستخدم في مقويات موجات الميكروويف (أبراج تقوية شبكات المحمول).

خلايا الطاقة الشمسية

الخلايا الشمسية - الخلية الشمسية - خلايا الطاقة الشمسية

الخلايا الشمسية(solar cell) وتسمى كذلك الخلايا الضوئية (photovoltaic PV) أو الكهروضوئية (photoelectric).. وهي جهاز يقوم بتحويل الطاقة الضوئية مباشرة إلى طاقة كهربائية. بوساطة التأثير الضوئي. تستخدم التجمعات من الخلايا الشمسية (وحدات الطاقة الشمسية) لالتقاط الطاقة من ضوء الشمس, عندما يتم تجميع وحدات متعددة معاً (حيث تكون أولوية التركيب بنظام تعقب قطبي محمول) يتم تركيب هذه الخلايا الضوئية كوحدة واحدة يتم توجيهها على سطح واحد وتسمى بلوح الطاقة الشمسية (solar panel.).. إن الطاقة الكهربائية الناتجة من الوحدات الضوئية (Solar power).

وتعتبر مثالأ على استخدام الطاقة الشمسية(solar energy).. إن الخلايا الكهروضوئية هو مجال التكنولوجيا والبحوث المتعلقة بالتطبيق العملي في إنتاج الكهرباءمن الضوء، لكن وعلى الرغم من ذلك غالبا ما يستعمل على وجه التحديد بالإشارة إلى توليد الكهرباء من ضوء الشمس. توصف الخلايا بالخلايا الضوئية وإن لم يكن مصدر الضوء هو الشمس ومثال ذلك (ضوء المصباح، الضوء الاصطناعي، وغيرها..). وتستخدم الخلايا الكهروضوئية للكشف عن ضوء أو غيره من الإشعاع الكهرومغناطيسي بالقرب من مجموعة ضوئية مرئية، كالكشف عن الأشعة تحت الحمراء، أو قياس شدة الضوء..
خلية شمسية صنعت من بلورة أحادية من السليكون.

السيليكون كثير البلورات في لوح شمسي.

الفولتية الضوئية (بالإنجليزية: Photovoltaics PV) التي تعرف ب الخلايا الشمسية أوالخلايا الفولتضوئية photovoltaic cells. من خلالها يتم تحويل أشعة الشمس مباشرة إلى كهرباء، عن طريق استخدام أشباه الموصلات مثل السليكون الذي يستخرج من الرمل النقي. وبصفة عامة مواد هذه الخلايا إما مادة بلورية سميكة كالسيليكون البلوري Crystalline Silicon أو مادة لابلورية رقيقة كمادة السيلكون اللابلوري (Amorphous Silicon a-Si) و Cadmium (Telluride CdTe)أو (Copper Indium Diselenide CuInSe^2, or CIS) أو مواد مترسبة كطبقات فوق شرائح من شبه الموصلات تتكون من أرسنيد(زرنيخيد) الجاليوم (Gallium Arsenide GaAs).

وتعتبر طاقاتها شكلا من الطاقة المتجددة والنظيفة، لأنه لايسفر عن تشغيلها نفايات ملوثة ولا ضوضاء ولا إشعاعات ولا حتي تحتاج لوقود. لكن كلفتها الابتدائية مرتفعة مقارنة بمصادر الطاقة الأخرى. والخلايا الشمسية تولّد كهرباء مستمرة ومباشرة (كما هو في البطاريات السائلة والجافة العادية).

تعتمد شدة تيارها علي وقت سطوع الشمس وشدة أشعة الشمس، وكذلك على كفاءة الخلية الضوئية نفسها في تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. يمكن لهذه الخلايا الشمسية إعطاء مئات الفولتات من التيار الكهربائي المستمر DC لو وصّلت هذه الخلايا علي التوالي. كما يمكن تخزين الطاقة الناتجة في بطاريات الحامضية المصنوعة من الرصاص أو القاعدية المصنوعة من معدني النيكل والكادميوم. ويمكن تحويل التيار المستمر DC إلي تيار متردد AC بواسطة العاكسات ال Invertor للاستعمال وإدارة الأجهزة الكهربائية المنزلية والصناعية العادية.

من ميزتها أنها ليس بها أجزاء متحركة تتعرض للعطل. لهذا تعمل فوق الأقمار الصناعية بكفاءة عالية، ولاسيما وأنها لاتحتاج لصيانة أو إصلاحات أو وقود, حيث تعمل في صمت, إلا أن اتساخ الخلايا الضوئية نتيجة التلوث أو الغبار يؤدي إلى خفض في كفائتها مما يستدعي تنظيفها على فترات.

أكبر محطة توليد كهرباء تعمل حاليا بالخلايا الشمسية توجد في أسبانيا وقدرتها 23 ميحاوات. ومن المخطط أن يتم بناء أكبر محطة تعمل بالخلايا الشمسية في أستراليا بقدرة 154 ميجاوات. والخلايا الشمسية تعمل في الأقمار الصناعية منذ عام 1960 كما تزود محطة الفضاء الدولية ISS بالتيار الكهربائي.

هناك طريقة أخرى لتحويل الطاقة الشمسية إلى الطاقة الكهربائية وذلك عن طريق استغلال الحرارة المباشرة لأشعة الشمس أو ما يسمى بتقنية الكهرباء الحرارية