أنواع خلايا الطاقة الشمسية وأسعارها

أسعار الخلايا الشمسية وأنواعها
… تُعرَّف الخلايا الشمسية بأنها أجهزة تتمتع بخاصية كهروضوئية، حيث تقوم بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية مباشرة من خلال تأثير الضوء.

تُعرف الخلايا الشمسية أيضًا باسم الخلايا الضوئية أو الكهروضوئية. تعمل وحدات الخلايا الشمسية على تجميع الطاقة الشمسية، والتقاطها، وتحويلها إلى كهرباء.

تاريخ استخدام الخلايا الشمسية

اُستخدمت الخلايا الشمسية لأول مرة في القمر الصناعي فانجارد عام 1958م، حيث تم اعتمادها كمصدر بديل للطاقة التقليدية. وتم استخدام الخلايا الشمسية بطرق مختلفة، منها:

• تم إطلاق القمر الصناعي إكسبلورر 6 التابع للولايات المتحدة الأمريكية في عام 1959م، والذي كان يحتوي على ألواح خشبية كبيرة مُصممة بشكل أجنحة. منذ ذلك الحين أصبحت الخلايا الشمسية شائعة في الأقمار الصناعية، وكانت مصدر الطاقة الرئيسي منذ الستينات.
• تتباين التكنولوجيا المستخدمة في الخلايا الشمسية الفضائية عن تلك المصنوعة من السيليكون المستخدمة في الألواح الأرضية منذ التسعينات، مع استخدام المركبات الفضائية لمواد أشباه الموصلات.
• لاحقًا، تم تصميم الخلايا الشمسية لتكون خفيفة الوزن ومرنة وتتميز بكفاءة عالية.

ما هي الخلايا الشمسية؟

رغم تنوع أنواع الخلايا الشمسية واستخداماتها، فإنها تتشابه في بنيتها الأساسية وطريقة عملها. فخلايا الطاقة الشمسية هي نوع محدد من الخلايا التي تحول الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.

مبادئ عمل الخلايا الشمسية

• تبدأ العملية بدخول الضوء إلى الألواح الشمسية عبر طبقة ضوئية أو طبقة مضادة للانعكاس، التي تساعد في تقليل فقدان الضوء من خلال الانعكاس وتعزز انتقاله إلى طبقات تحويل الطاقة.
• عادةً ما تتكون الطبقة المضادة للانعكاس من أكسيد السيليكون أو التيتانيوم.
• يتم توليد الجهد من خلال الخلايا المصنوعة من مواد أشباه الموصلات المعالجة، مثل مادة السيليكون.
• تستخدم ثلاث طبقات لتحويل الطاقة تحت الطبقة المضادة للانعكاس، وهي: طبقة الوصلة العلوية، وطبقة الامتصاص التي تمثل قلب الجهاز، وطبقة الوصلات الخلفية.
• نظرًا لأن معظم طاقة ضوء الشمس بالإضافة إلى الضوء الاصطناعي تقع في نطاق الإشعاع الكهرومغناطيسي المرئي، فإن كفاءة الخلايا الشمسية في امتصاص هذه الأطوال الموجية تكون مرتفعة.
• عند تسليط الضوء على الخلية الشمسية، يتم تحفيز الإلكترونات الموجودة في طبقة الامتصاص للانتقال من حالة الطاقة المنخفضة إلى الحالة المثارة.
• في حالة عدم وجود الطبقات المكونة للوصلات، تكون الإلكترونات حرة في الحركة العشوائية، لذا فإن إضافة عدة طبقات لتشكيل الوصلات تُنتج حقلًا كهربائيًا متكاملًا ينتج عنه تأثير كهروضوئي.
• المواد المستخدمة في بناء طبقات مختلفة من الخلايا الشمسية هي نفسها المستخدمة في إنتاج الترانزستورات في الإلكترونيات الحديثة.
• تتشابه الخلايا الشمسية مع الأجهزة الإلكترونية الدقيقة في التقنيات الأساسية المستعملة، ولكن في حالة تصنيع الخلايا الشمسية فإن الطاقة المنتجة تتناسب مباشرة مع الطاقة الواردة.

أنواع الخلايا الشمسية

يوجد عدة أنواع من الخلايا الشمسية التي سنتناولها في الفقرات التالية:

خلايا الألواح أحادية البلورة

تتميز هذه الخلايا بأنها مصنوعة من شرائح سيلكون نقية، حيث تكون جميعها في اتجاه موحد.

لذا، عندما تتعرض لأشعة الشمس الساطعة بزاوية مناسبة، تعمل بكفاءة عالية. كما أن هذه الألواح تتفاعل بشكل أفضل مع أشعة الشمس المباشرة.

خلايا الألواح متعددة البلورة

تتكون هذه الألواح من مقاطع سيلكون مُشكلة على هيئة كتل، وتحتوي على عدة بلورات نقية. نظرًا لعدم محاذاة البلورات الفردية دائمًا، فإنها ليست فعالة مثل الخلايا الأحادية.

خلايا الألواح الهجينة

تتميز هذه الخلايا بوجود طبقة رقيقة غير متبلورة خلف الخلايا الأحادية البلورة، وتعتبر من أكثر الأنواع كفاءة.

عيوب استخدام الخلايا الشمسية

على الرغم من استخدام الخلايا الشمسية بشكل متزايد في السنوات الأخيرة، إلا أن لديها عيوبًا متعددة. ومن أبرز هذه العيوب:

• التكلفة: تعتبر تكلفة شراء ألواح خلايا شمسية مرتفعة نسبيًا.
  • هذا يشمل تكلفة الألواح الشمسية، والعاكسات، والبطاريات، والأسلاك، والتركيبات.
• ظروف المناخ: من الصعب الحصول على الطاقة الشمسية في الأيام الغائمة والممطرة.
  • تكون كفاءة النظام الشمسي متدنية تحت ظروف المناخ السيئة.
  • إن الألواح الشمسية تعتمد بشكل كامل على أشعة الشمس لتجميع الطاقة.
  • لذلك، يمكن أن تؤثر الأيام الخالية من الشمس بشكل واضح على أداء نظام الخلايا الشمسية.
• تخزين الطاقة الشمسية: إذا لم تُستخدم الطاقة الشمسية فور تجميعها، يمكن تخزينها في بطاريات كبيرة.
  • يمكن شحن هذه البطاريات في أنظمة الطاقة الشمسية المستقلة خلال النهار.
  • يهدف ذلك إلى توفير الطاقة للاستخدام في الليل.
  • وعلى الرغم من كونه الحل الأمثل لاستخدام الطاقة الشمسية على مدار اليوم، إلا أن تكلفته مرتفعة جدًا.

أسعار الخلايا الشمسية

يوجد نوعان رئيسيان من الخلايا الشمسية؛ الأولى تُسمى ألواح أحادية، والمعروفة باسم مونو.

تتميز هذه الألواح بكفاءة عالية في المناطق الباردة مقارنةً بالألواح متعددة البلورات، أو ما يُعرف بالبولي، التي تعمل بشكل جيد في المناطق الحارة.

يعتبر هذا النوع هو الأكثر شهرة في الدول العربية بسبب ارتفاع درجات الحرارة هناك.

كما أن تكلفته تعتبر أقل من الأنواع الأخرى، حيث ينتج اللوح الواحد ما يقارب 100 إلى 350 وات، والألواح الأكثر استخدامًا هي بقدرة 250 وات.

يتراوح سعر اللوح بقدرة 250 وات، من النوع متعدد البلورات، بين 130 إلى 200 دولار أمريكي، وذلك بحسب جودة وكفاءة المنتج وشروط الضمان واسم الشركة المُصنعة.

يمكن لأربع ألواح أن تنتج 1 كيلو وات، وبالتالي سيكون سعر الكيلو وات حوالي 520 إلى 800 دولار أمريكي.

كما شهدت أسعار تجهيزات المولدات المخصصة لإنتاج الطاقة الكهروضوئية انخفاضًا، حيث تتراوح الآن بين 6000 و1500 دولار أمريكي.