الألواح الشمسية مبدأ توليد الطاقة

تُشعّ الشمس على الوصلة شبه الموصلة PN، مُشكّلةً زوجًا جديدًا من الثقب-الإلكترون. تحت تأثير المجال الكهربائي للوصلة PN، يتدفق الثقب من المنطقة P إلى المنطقة N، ويتدفق الإلكترون من المنطقة N إلى المنطقة P. عند توصيل الدائرة، يتكوّن التيار. هكذا تعمل الخلايا الشمسية ذات التأثير الكهروضوئي.

توليد الطاقة الشمسية هناك نوعان من توليد الطاقة الشمسية، الأول هو وضع تحويل الضوء إلى حرارة إلى كهرباء، والثاني هو وضع تحويل الضوء إلى كهرباء مباشرة.

(1) تعتمد طريقة تحويل الضوء إلى حرارة وكهرباء على الطاقة الحرارية المُولّدة من الإشعاع الشمسي لتوليد الكهرباء. عادةً، تُحوّل الطاقة الحرارية المُمتصة إلى بخار وسط العمل بواسطة المُجمّع الشمسي، ثم يُشغّل التوربين البخاري لتوليد الكهرباء. تُعرف العملية الأولى باسم تحويل الضوء إلى حرارة، بينما تُعرف العملية الثانية باسم تحويل الحرارة إلى كهرباء.

(2) تُستخدم ظاهرة التأثير الكهروضوئي لتحويل طاقة الإشعاع الشمسي مباشرةً إلى طاقة كهربائية. والجهاز الأساسي للتحويل الكهروضوئي هو الخلية الشمسية. وهي جهاز يحول طاقة الضوء الشمسي مباشرةً إلى طاقة كهربائية بفضل تأثير فولتية التوليد الضوئي. وهي عبارة عن ثنائي ضوئي شبه موصل. عندما تشرق الشمس على الثنائي الضوئي، يُحوّل الثنائي الضوئي طاقة الضوء الشمسي إلى طاقة كهربائية ويُولّد تيارًا كهربائيًا. عند توصيل العديد من الخلايا على التوالي أو بالتوازي، يمكن تكوين مصفوفة مربعة من الخلايا الشمسية ذات طاقة خرج عالية نسبيًا.

في الوقت الحاضر، يعد السيليكون البلوري (بما في ذلك السيليكون المتعدد والسيليكون أحادي البلورة) من أهم المواد الكهروضوئية، حيث تبلغ حصته في السوق أكثر من 90٪، وفي المستقبل لفترة طويلة من الزمن سيظل المواد الرئيسية للخلايا الشمسية.

لفترة طويلة، كانت تكنولوجيا إنتاج مواد البولي سيليكون تحت سيطرة 10 مصانع تابعة لـ 7 شركات في 3 دول، مثل الولايات المتحدة واليابان وألمانيا، مما شكل حصارًا تكنولوجيًا واحتكارًا للسوق.

يأتي الطلب على البولي سيليكون بشكل رئيسي من أشباه الموصلات والخلايا الشمسية. ويُقسّم حسب متطلبات النقاء المختلفة إلى مستوى إلكتروني ومستوى شمسي. يُشكّل البولي سيليكون ذو الدرجة الإلكترونية حوالي 55%، بينما يُشكّل البولي سيليكون ذو الدرجة الشمسية 45%.

مع التطور السريع لصناعة الطاقة الشمسية، فإن الطلب على البولي سيليكون في الخلايا الشمسية ينمو بشكل أسرع من تطور البولي سيليكون أشباه الموصلات، ومن المتوقع أن يتجاوز الطلب على البولي سيليكون الشمسي الطلب على البولي سيليكون الإلكتروني بحلول عام 2008.

في عام ١٩٩٤، بلغ إجمالي إنتاج الخلايا الشمسية في العالم ٦٩ ميجاوات فقط، لكنه في عام ٢٠٠٤ اقترب من ١٢٠٠ ميجاوات، أي بزيادة قدرها ١٧ ضعفًا في عشر سنوات فقط. ويتوقع الخبراء أن تتجاوز صناعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الطاقة النووية كأحد أهم مصادر الطاقة الأساسية في النصف الأول من القرن الحادي والعشرين.