تُحوّل تقنية توليد الطاقة الكهروضوئية الطاقة الضوئية مباشرةً إلى كهرباء بالاستفادة من التأثير الكهروضوئي عند سطح التلامس بين أشباه الموصلات. تتكون هذه التقنية بشكل أساسي من لوحة الخلايا الشمسية (الوحدة)، ووحدة التحكم، والعاكس. وتشكل المكونات الإلكترونية الجزء الأكبر من أجزائها الرئيسية. تُصنع وحدة الخلايا الشمسية ذات المساحة الكبيرة عن طريق توصيل الخلايا الشمسية على التوالي، وتغليفها لحمايتها، وإضافة وحدات تحكم الطاقة وأجزاء أخرى لتكوين جهاز توليد الطاقة الكهروضوئية.
1. ما هي عملية توليد الطاقة الشمسية؟
توليد الطاقة الكهروضوئية هو عملية تحويل الطاقة الشمسية مباشرة إلى كهرباء.
تُعدّ الطاقة الكهروضوئية حاليًا الطريقة الأكثر شيوعًا لتوليد الكهرباء من الطاقة الشمسية. ونتيجةً لذلك، يُشار إلى الطاقة الشمسية الآن بشكل شائع باسم توليد الطاقة الكهروضوئية.
2. كيف تولد الخلايا الشمسية الكهرباء؟
تُعد الخلية الكهروضوئية أبسط أنواع وحدات توليد الطاقة الكهروضوئية، حيث إنها عبارة عن جهاز شبه موصل يحول الضوء والكهرباء مباشرة من طاقة الإشعاع الشمسي إلى تيار مباشر.
يؤدي تطعيم السيليكون البلوري بعناصر محددة (مثل الفوسفور والبورون وما إلى ذلك) إلى اختلال مستمر في الشحنة الجزيئية للمادة، مما ينتج عنه مادة شبه موصلة ذات خصائص كهربائية فريدة مسؤولة عن الخصائص الكهربائية المميزة للخلايا الكهروضوئية.
عند تعرضها لأشعة الشمس، يمكن لأشباه الموصلات ذات الخصائص الكهربائية الفريدة أن تولد شحنات حرة. وعند إغلاق طرفيها، تتراكم الشحنات الحرة وتتحرك في اتجاه معين، منتجةً طاقة كهربائية.
3. ما هي الفوائد التي يوفرها توليد الطاقة الكهروضوئية؟
1) الاتساع
تتعرض سطح الأرض لأشعة الشمس، ويمكن استخدام هذه الطاقة واستغلالها بغض النظر عن الموقع الجغرافي - برًا كان أو بحرًا أو جبالًا أو أرضًا منبسطة. ورغم اختلاف مدة الإشعاع وشدته، إلا أنه منتشر على نطاق واسع ولا يتأثر بالطقس أو الموقع.
2) الاستدامة واللانهاية
تُنتج الشمس طاقة نووية كافية بهذا المعدل لتشغيل مخزون هيدروجين يكفي لعشرات المليارات من السنين. ونظرًا للتدهور البيئي الحاد الذي نشهده اليوم، تُعدّ الطاقة الشمسية مصدرًا نظيفًا ومتجددًا للطاقة، لا ينضب.
3) مواقع تركيب قابلة للتكيف
يوفر السقف المفتوح ميزة عدم تأثره باتجاه المبنى، مما يسمح للضوء بالوصول إلى الداخل لفترات طويلة ويقلل من تأثير الظلال. بالإضافة إلى تركيبها على أسطح المباني السكنية، يمكن أيضاً استخدام الطاقة الكهروضوئية في المباني الصناعية، حيث تُستخدم الطاقة الشمسية لتوليد الطاقة اللازمة لتلبية احتياجات المنشأة من الكهرباء. كما يُمكن لتطوير تقنية توزيع الطاقة الكهروضوئية على أسطح المباني أن يُساهم بفعالية في حل مشكلة استهلاك الكهرباء على مستوى المقاطعة في سياق إعادة تأهيل المناطق الريفية.
4). أخضر
بطبيعة الحال، يؤدي رفع مستوى صوت التلفاز وزيادة سطوع الشاشة إلى استهلاك المزيد من الكهرباء. ولا يقتصر دور خفض السطوع والصوت على حماية العينين والأذنين فحسب، بل يساهم أيضاً في ترشيد استهلاك الكهرباء.
5) تعزيز أمن الطاقة في البلاد
يمكن للأفراد تحسين أمن الطاقة الوطني بتقليل اعتمادهم على توليد الطاقة من الوقود الأحفوري، وبالتالي تجنب أزمات الطاقة وعدم استقرار سوق الوقود. ويمكن تحقيق ذلك من خلال استخدام الطاقة الكهروضوئية.
6) الحد الأدنى من نفقات الصيانة والتشغيل
تتميز أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية بالمتانة والموثوقية، كما أنها لا تحتوي على أجزاء نقل ميكانيكية. وعند دمجها مع الاستخدام الواسع لتقنية التحكم الآلي، يمكن لمجموعة من أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية إنتاج الكهرباء طالما وُجدت وحدة خلية شمسية. وينتج عن ذلك تكاليف صيانة منخفضة للغاية، يمكن تحقيقها دون الحاجة إلى إشراف.
4. ما هي أنواع مشاريع توليد الطاقة الشمسية الموجودة؟
يمكن تصنيف مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى "موزعة" أو "مركزية" بناءً على تصميمها.
محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية الموزعة: تُعرف محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية ذات الحجم المحدد، والتي تُقام في موقع المستخدم أو تُربط بشبكة الكهرباء، باسم محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية الموزعة. يمكن لهذا النوع من المحطات تزويد السكان المجاورين بالطاقة مباشرةً، وعادةً ما تُثبّت على الأرض أو الجدار أو السطح.
مركزية: تُستخدم بشكل أساسي في المناطق الواسعة كالجبال والصحاري. وباستخدام العديد من الألواح الكهروضوئية أو أنظمة تتبع الشمس، يجمع هذا النوع من محطات الطاقة الطاقة الشمسية ويحولها إلى كهرباء تُرسل إلى المستهلكين الذين يعيشون على مسافة بعيدة من موقع توليد الطاقة.
محطات الطاقة الكهروضوئية المدمجة في المباني: تُصنع هذه المحطات بدمج تقنية توليد الطاقة الشمسية مع تصميم المبنى، مما يجعل النظام الشمسي جزءًا لا يتجزأ من هيكله. ويمكن تركيب هذا النوع من محطات الطاقة على شرفة المبنى، أو جداره الزجاجي، أو سطحه، أو في أي مكان آخر.
يمكن أيضاً تقسيم محطات الطاقة الكهروضوئية إلى المجموعات التالية بناءً على الخصائص التكنولوجية وسيناريوهات التطبيق:
محطة الطاقة الشمسية الكهروضوئية للاستخدام المنزلي: تُستخدم بشكل أساسي في المباني السكنية، وهي نظام صغير الحجم لإنتاج الطاقة الشمسية الكهروضوئية الموزعة. لتلبية احتياجاتهم من الكهرباء، يمكن لأصحاب المنازل تركيب ألواح شمسية على أسطح منازلهم وتوليد الطاقة المتجددة.
محطات الطاقة الكهروضوئية التجارية: تقع بين محطات الطاقة الكهروضوئية المركزية والسكنية من حيث الحجم، وهي مناسبة للاستخدام في المباني التجارية والمجمعات الصناعية وغيرها من المواقع.
محطات الطاقة الكهروضوئية الريفية: تُستخدم في الغالب في المناطق الريفية، حيث توفر للمزارعين طاقة نظيفة وتعالج مشكلة ندرة الطاقة.
محطات الطاقة الكهروضوئية الريفية: تُستخدم في الغالب في المناطق الريفية، حيث توفر للمزارعين طاقة نظيفة وتعالج مشكلة ندرة الطاقة.
محطة الطاقة الكهروضوئية للمرافق العامة: وهي تصف استخدام تكنولوجيا توليد الطاقة الشمسية في الأماكن التي يتواجد فيها عامة الناس، مثل محطات الحافلات والمدارس والمستشفيات.
محطة الطاقة الكهروضوئية العائمة: يستخدم هذا النوع من أنظمة توليد الطاقة بشكل أساسي في الخزانات والبحيرات وغيرها من المسطحات المائية حيث يتم تركيب الألواح الكهروضوئية على سطح الماء.
5. ما الذي يجعل الطاقة الكهروضوئية مصدراً للطاقة منخفضة الكربون وصديقة للبيئة؟
بحسب نتائج أبحاث الصندوق العالمي للطبيعة (WWF)، يُمكن لنظام توليد الطاقة الكهروضوئية بقدرة 1 كيلوواط أن يُنتج 1200 كيلوواط/ساعة من الكهرباء سنويًا، ويُقلل من استهلاك الفحم (الفحم التقليدي) بحوالي 400 كيلوغرام، ويُخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بحوالي طن واحد. يُحقق توليد الطاقة الكهروضوئية فوائد كبيرة في مجالات الطاقة وحماية البيئة والاقتصاد، ويُعدّ من أفضل مصادر الطاقة النظيفة في بلادنا.
يُعدّ تطوير مصادر الطاقة المتجددة، مثل توليد الطاقة الكهروضوئية، من الطرق الفعّالة لمعالجة المشكلات البيئية كالتلوث الضبابي والأمطار الحمضية. ووفقًا لنتائج أبحاث الصندوق العالمي للطبيعة (WWF)، فإنّ تركيب نظام لتوليد الطاقة الكهروضوئية بمساحة متر مربع واحد يُعادل زراعة 100 متر مربع من الأشجار.
