How do Solar cells work?

Lesics

28 Nov 201807:03

Summary

TLDRفي العقدين الماضيين، زاد استخدام الطاقة الشمسية بشكل كبير كمصدر للطاقة. يقوم الخلايا الشمسية بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء عبر عملية تتضمن تحويل الرمال إلى سيليكون نقي بنسبة 99.999%. يتم دمج السيليكون مع الفوسفور والبورون لتشكيل وصلة PN التي تخلق مجالاً كهربائيًا يدفع الإلكترونات للتحرك وتوليد تيار كهربائي. يتم تجميع الخلايا في ألواح شمسية مترابطة، التي تختلف بين الألواح متعددة البلورات والأحادية البلورة، حيث تكون الأحادية البلورة أكثر كفاءة ولكن أغلى. ومع ذلك، تساهم الطاقة الشمسية في 1.3% فقط من إجمالي الطاقة العالمية بسبب التكاليف الأولية والقيود في الكفاءة.

Takeaways

😀 الطاقة الشمسية أصبحت جزءًا متزايدًا من مصادر الطاقة العالمية في العقدين الأخيرين.
😀 الطاقة الشمسية هي أكثر أنواع الطاقة وفرة ومجانية على كوكب الأرض.
😀 يتم تحويل الرمل إلى سيليكون نقي بنسبة 99.999% لاستخدامه في الخلايا الشمسية.
😀 السيليكون يمر بعملية تنقية معقدة، ويتم تحويله إلى مركب غازي قبل أن يتم تحضيره في صورة سيليكون بلوري متعدد.
😀 السيليكون يتحول إلى رقائق رقيقة جدًا تسمى شرائح السيليكون، وهي الجزء الأساسي من الخلايا الشمسية.
😀 في هيكل السيليكون، الإلكترونات تكون مقيدة وغير قادرة على الحركة إلا إذا تم إضافة عناصر مثل الفسفور لتوليد إلكترونات حرة.
😀 الضوء الساقط على الخلية الشمسية يولد أزواج الإلكترونات والفجوات التي تخلق تيارًا كهربائيًا.
😀 لدفع الإلكترونات في اتجاه معين، يتم استخدام تقنيات مثل الوصلة PN.
😀 الوصلة PN تتكون من نوعين من السيليكون: النوع N والنوع P، حيث ينتقل الإلكترونات من نوع N إلى نوع P مكونة منطقة استنفاد.
😀 يتم توصيل خلايا السيليكون الشمسية في سلسلة لزيادة الفولتية، وفي توازي لزيادة التيار، لتكوين الألواح الشمسية.
😀 هناك نوعان من الألواح الشمسية: الألواح متعددة البلورات التي تحتوي على بلورات عشوائية، والألواح أحادية البلورة التي تكون أكثر كفاءة لكنها أغلى.
😀 رغم أن تكاليف التشغيل للألواح الشمسية منخفضة، إلا أن مساهمتها في إنتاج الطاقة العالمي لا تزال منخفضة بسبب تكاليف الاستثمار وكفاءة الخلايا.
😀 يمكن تخزين الطاقة الشمسية في المنازل باستخدام البطاريات وأجهزة التحكم بالشحن، ولكن في محطات الطاقة الشمسية الكبيرة غالبًا ما يتم ربطها بالشبكة الكهربائية.

Q & A

ما هي المادة الأساسية المستخدمة في خلايا الطاقة الشمسية؟
-المادة الأساسية المستخدمة في خلايا الطاقة الشمسية هي السيليكون النقي، الذي يتم استخراجه من الرمال.
كيف يتم تحويل الرمال إلى سيليكون نقي؟
-يتم تحويل الرمال إلى سيليكون نقي من خلال عملية تنقية معقدة تبدأ بتحويل السيليكون الخام إلى مركب غازي ثم خلطه بالهيدروجين للحصول على السيليكون البولクリستالي النقي.
ما هو الدور الذي تلعبه الهياكل البلورية في الخلايا الشمسية؟
-الهياكل البلورية في الخلايا الشمسية مهمة لأنها تحدد كيفية ترتيب الذرات داخل السيليكون، مما يؤثر على قدرة الإلكترونات على التحرك وتحقيق التفاعل مع الضوء.
ما الفرق بين السيليكون من النوع N والسيليكون من النوع P؟
-السيليكون من النوع N يحتوي على إلكترونات حرة (مزيد من الإلكترونات)، بينما السيليكون من النوع P يحتوي على ثقوب إلكترونية (نقص في الإلكترونات).
كيف تؤثر الإضاءة على الخلايا الشمسية؟
-عندما يصطدم الضوء بالخلايا الشمسية، فإنه يحرر الإلكترونات ويجعلها قادرة على الحركة، مما يولد تدفقاً للإلكترونات من خلال الدائرة.
ما هو دور منطقة النضوب في الخلايا الشمسية؟
-منطقة النضوب هي المنطقة التي تكون خالية من الإلكترونات والثقوب، وتولد مجالاً كهربائياً يساعد في دفع الإلكترونات والثقوب بعيداً عن المنطقة، مما يخلق تيارًا كهربائيًا.
كيف يساهم اتصال خلايا الشمس في تكوين الألواح الشمسية؟
-تتصل خلايا الطاقة الشمسية معاً في سلسلة عبر أسلاك نحاسية لزيادة الجهد والتيار الناتج، حيث تولد كل خلية حوالي 0.5 فولت.
ما هي الاختلافات بين الألواح الشمسية البلورية متعددة البلورات والأحادية البلورة؟
-الألواح متعددة البلورات تحتوي على بلورات سيليكون عشوائية التوجه، بينما الألواح الأحادية البلورة تحتوي على بلورة واحدة منتظمة، مما يؤدي إلى موصلية كهربائية أعلى.
لماذا تعتبر الألواح الشمسية الأحادية البلورة أكثر تكلفة من الألواح متعددة البلورات؟
-الألواح الأحادية البلورة أغلى لأن عملية تصنيعها أكثر تعقيداً وتتطلب مواد خام عالية الجودة، مما يجعلها أكثر كفاءة في تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء.
لماذا لا تمثل الطاقة الشمسية نسبة كبيرة من إجمالي الطاقة المنتجة عالمياً؟
-رغم أن تكلفة تشغيل خلايا الطاقة الشمسية منخفضة، إلا أن تكاليف الاستثمار الأولية والقيود على كفاءة الألواح الشمسية تعيق قدرتها على التنافس مع مصادر الطاقة التقليدية.