فنجد أن الخلايا الكهروضوئية تشهد نموا سريعا من قاعدة صغيرة إلى قدرة عالمية سعتها 46400 ميغاواط في نهاية عام 2011 وهو ما يمثل 0.5% من الطلب العالمي على الكهرباء5 أكثر من 100 بلد تستخدم الطاقة الشمسية الكهروضوئية.وتركيب الخلايا اما ان يكون ارضي (يتم دمجها في بعض الأحيان مع الزراعة أو الرعي) أو تبنى في سقف أو جدران المبنى (بناء متكامل مع الخلايا الكهروضوئية).
وانخفضت تكلفة الطاقة الشمسية بشكل مطرد منذ ان تم تصنيعها لأول مرة، ومستوى تكلفة الكهرباء للخلايا الكهروضوئية قادرة على المنافسة مع مصادر الكهرباء التقليدية على مستوى التوسع في المناطق الجغرافية.وهناك سياسة من شركة الكهرباء بحيث يتم إرسال فاتورة خاصة للمستهلكين الذين يستخدمون مصادر الطاقة المتجددة في بعض مناطق العالم.
الخلايا الكهروضوئية Photo Electric Cells
هي وسيلة لتوليد الطاقة الكهربائية عن طريق تحويل الإشعاع الشمسي إلى كهرباء مباشرة باستخدام اشباه موصلات تحمل اثر الضوئية. الخلايا الكهروضوئية تستخدم الألواح الشمسية والتي تتكون من عدد من الخلايا الشمسية والتي تحتوي على مواد ضوئية، والمواد الضوئية المستخدمة لتكوين الخلايا الضوئية تشمل السيليكون احادي البلورة، السليكون متعدد البلورة، السيليكون غير المتبلور، تلوريد الكادميوم، الانديوم سيلينيد الغاليوم-كبريتيد1.
ما هي أنواع الخلايا الكهروضوئية؟
- الخلية الفلطائية الضوئية Photo Voltaic Cells.
- الخلايا الشمسية Solar Cells.
- الألواح الشمسية.
الخلية الفلطائية الضوئية Photo Voltaic Cells
تستخدم هذه الخلية لتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية؛ إذ تحول الضوء إلى طاقة كهربائية عن طريق عملية تسمى التأثير
الكهروضوئي.
أنواع مختلفة من الخلايا الفلطائية الضوئية
توجد أنواع مختلفة من الخلايا الفلطائية الضوئية تستخدم جميعها أشباه الموصلات وأبرزها:
- خلية السيلينيوم الفلطائية.
- خلية السيليكون الفلطائية.
رمز الخلايا الفلطائية الضوئية
![]() |
رمز الخلايا الفلطائية الضوئية |
يشير السهمان إلى رمز البطارية المحاطة بدائرة، لكن الطاقة الضوئية الخارجية هي التي تولد هذه القوة.
تطبيقات الخلايا الفلطائية الضوئية
تستخدم الخلايا الفلطائية الضوئية في كثير التطبيقات العملية مثل:
تستخدم للإحساس بوجود الضوء أو عدم وجوده
تستخدم لتشغيل دارات التحكم.
الخلايا الشمسية Solar Cells
قد تستخدم الخلية الفلطائية الضوئية لتحويل الطاقة الضوئية الساقطة على سطحها من الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية، في ما يعزف بالخلية الشمسية.
تركيب الخلية الشمسية
تتكون الخلية الشمسية أساسا من طبقتين مختلفتين من المواد شبه الموصلة، تجمعان معا لإنشاء وصلة (p-n) وهما:
طبقة السيليكون من نوع (n): طبقة من السيليكون تضاف إليها نسبة من الفسفور، وطبقة السيليكون من نوع (p)؛ طبقة من السيليكون تضاف إليها نسبة من البورون، نتيجة لتشكل وصلة (p-n)؛ فإن الإلكترونات الحرة تنتقل إلى الفجوات، وتتحد معها، ولكن عملية الانتقال هذه لا تستمر حتى تتحد جميع الإلكترونات مع كل الفجوات، وتتوقف العملية؛ فبعد أن تنتقل المجموعة الأولى من الإلكترونات الحرة، وتتحد مع الفجوات، يتكون حاجز عند المنطقة التي تفصل النوع الموجب عن النوع السالب، يمنع مزيدا من الإلكترونات الحرة الأخرى في النوع السالب الاتحاد مع فجوات في النوع الموجب، ويتكون عند المنطقة بين النوعين مجال كهربائي، يعمل عمل الثنائي (Diode)؛ إذ يسمح بمرور الإلكترونات من الجزء الموجب إلى الجزء السالب، وليس العكس، فيتولد في الخلية مجال كهربائي يحدد أتجاه حركة الإلكترونات.
تعد الألواح الشمسية أحد مكونات النظام الكهروضوئي، وهي تتألف من سلسلة من الخلايا الشمسية المتصلة على التوالي لتوليد فولتية عالية في لوحة، وتأتي في مجموعة متنوعة من الأشكال المستطيلة التي تركب معا لتوليد الكهرباء.
تجمع الألواح الشمسية الطاقة من الشمس، وتعمل على تحويلها إلى طاقة كهربائية، وتستخدم لتزويد المنازل أو الشركات بالطاقة، ويمكن استخدام هذه الألواح لتوفير الطاقة في المواقع البعيدة والى جانب الاستخدام السكني والتجاري، توجد استخدامات صناعية على نطاق واسع للطاقة الشمسية، وفيها ترتب الآلاف من الألواح الشمسية في مجموعة كبيرة على شكل مزرعة شمسية لتوفير الكهرباء للتجمعات السكانية.
تصنع معظم الألواح الشمسية من خلايا شمسية من النوع السيليكوني البلوري، وتتكون هذه الخلايا طبقات من السيليكون والفوسفور والبورون (على الرغم من وجود عدة أنواع مختلفة من الخلايا الكهروضوئية)، وتجمع هذه الخلايا في نمط شبكي، ويعتمد عدد الخلايا المستخدمة أساسا على حجم الألواح المستخدمة، ويوجد العديد من خيارات التجميع لذلك.
![]() |
تركيب الخلية الشمسية |
تتكون الخلية الشمسية أساسا من طبقتين مختلفتين من المواد شبه الموصلة، تجمعان معا لإنشاء وصلة (p-n) وهما:
طبقة السيليكون من نوع (n): طبقة من السيليكون تضاف إليها نسبة من الفسفور، وطبقة السيليكون من نوع (p)؛ طبقة من السيليكون تضاف إليها نسبة من البورون، نتيجة لتشكل وصلة (p-n)؛ فإن الإلكترونات الحرة تنتقل إلى الفجوات، وتتحد معها، ولكن عملية الانتقال هذه لا تستمر حتى تتحد جميع الإلكترونات مع كل الفجوات، وتتوقف العملية؛ فبعد أن تنتقل المجموعة الأولى من الإلكترونات الحرة، وتتحد مع الفجوات، يتكون حاجز عند المنطقة التي تفصل النوع الموجب عن النوع السالب، يمنع مزيدا من الإلكترونات الحرة الأخرى في النوع السالب الاتحاد مع فجوات في النوع الموجب، ويتكون عند المنطقة بين النوعين مجال كهربائي، يعمل عمل الثنائي (Diode)؛ إذ يسمح بمرور الإلكترونات من الجزء الموجب إلى الجزء السالب، وليس العكس، فيتولد في الخلية مجال كهربائي يحدد أتجاه حركة الإلكترونات.
الألواح الشمسية
تعد الألواح الشمسية أحد مكونات النظام الكهروضوئي، وهي تتألف من سلسلة من الخلايا الشمسية المتصلة على التوالي لتوليد فولتية عالية في لوحة، وتأتي في مجموعة متنوعة من الأشكال المستطيلة التي تركب معا لتوليد الكهرباء.
تجمع الألواح الشمسية الطاقة من الشمس، وتعمل على تحويلها إلى طاقة كهربائية، وتستخدم لتزويد المنازل أو الشركات بالطاقة، ويمكن استخدام هذه الألواح لتوفير الطاقة في المواقع البعيدة والى جانب الاستخدام السكني والتجاري، توجد استخدامات صناعية على نطاق واسع للطاقة الشمسية، وفيها ترتب الآلاف من الألواح الشمسية في مجموعة كبيرة على شكل مزرعة شمسية لتوفير الكهرباء للتجمعات السكانية.
تصنع معظم الألواح الشمسية من خلايا شمسية من النوع السيليكوني البلوري، وتتكون هذه الخلايا طبقات من السيليكون والفوسفور والبورون (على الرغم من وجود عدة أنواع مختلفة من الخلايا الكهروضوئية)، وتجمع هذه الخلايا في نمط شبكي، ويعتمد عدد الخلايا المستخدمة أساسا على حجم الألواح المستخدمة، ويوجد العديد من خيارات التجميع لذلك.
تطبيقات الخلايا الكهروضوئية
- وللخلايا الكهروضوئية عدة تطبيقات منها:
- كاشف الحركة الكهروضوئيPhotoelectric Motion Detector.
- التحكم بإشارات المرور الضوئية Traffic Light Control .
- يستخدم لفتح الأبواب بصورة ذاتية Automatic Door Openers.
- يستخدم كاشف الحركة للمتحسس الضوئي في المحلات والمخازن كأداة إنذار (Alarm) فيصدر صوتا في حالة فتح الباب ودخول أي شخص وفي أنظمة الحماية في البيوت والمحلات التجارية وهو مكون من مصدر ضوئي ومتحسس فعندما يكون الشخص بين مصدر الضوء والمتحسس يرسل المتحسس إشارة إلى صندوق السيطرة فيعطي إشارة إنذار (Alarm) للتنبيه او إشارة إلى الهاتف.
كتاب العلوم الصناعية الكترونيك - المناهج العراقية
كتاب الاتصالات والالكترونيات منهج أردني
خلية كهروضوئية