الألواح الضوئية
الألواح الضوئية هي نظام كهروضوئي، يتم من خلاله استخدام الخلايا الكهروضوئية لتحويل الضوء إلى كهرباء على المستوى الذري، من خلال الاستفادة من بعض المواد التي تظهر التأثير الكهروضوئي والتي تجعلها تمتص فوتونات الضوء وتحرر الإلكترونات، وعندما يتم التقاط هذه الإلكترونات الحرة، ينتج تيار كهربائي يمكن الاستفادة منه.
آلية عمل الألواح الضوئية
الخلية الكهروضوئية هي لبنة البناء الأساسية للنظام الكهروضوئي، وتتباين الخلايا الكهروضوئية الفردية في الحجم من 1 سم إلى حوالي 10 سم، ومع ذلك، تنتج خلية واحدة فقط من 1 إلى 2 واط، وهو ما يكفي فقط من الكهرباء للاستخدامات الصغيرة، مثل تشغيل الآلات الحاسبة أو ساعات اليد.
يتم توصيل الخلايا الكهروضوئية كهربائيًا في وحدة أو ألواح خلايا شمسية مغلفة ومحكمة، وتختلف الوحدات الكهروضوئية في الحجم وكمية الكهرباء التي يمكن أن تنتجها، كما تزداد قدرة توليد الكهرباء للوحدة الكهروضوئية مع زيادة عدد الخلايا في الوحدة أو مساحة سطح الوحدة، كما يمكن توصيل الوحدات الكهروضوئية في مجموعات لتشكيل مجموعة ألواح خلايا شمسية، وتتكون مجموعة ألواح الخلايا الشمسية من وحدتين أو مئات من الوحدات الكهروضوئية، ويحدد عدد الوحدات الكهروضوئية المتصلة في صفيف ألواح الخلايا الشمسية إجمالي كمية الكهرباء التي يمكن أن تولدها المجموعة.
تولد الخلايا الكهروضوئية تيارًا كهربائيًا مباشرًا، يمكن استخدام كهرباء التيار المستمر هذه لشحن البطاريات التي بدورها تعمل على تشغيل الأجهزة التي تستخدم التيار الكهربائي المباشر، يتم توفير جميع الكهرباء تقريبًا كتيار متناوب في أنظمة نقل وتوزيع الكهرباء، وتُستخدم الأجهزة التي تسمى العاكسات في الوحدات الكهروضوئية لتحويل الكهرباء التي تعمل بالتيار المستمر إلى كهرباء التيار المتردد.
وتنتج الخلايا والوحدات الكهروضوئية أكبر كمية من الكهرباء عندما تواجه الشمس مباشرة، ويمكن للوحدات والمصفوفات الكهروضوئية استخدام أنظمة التتبع التي تحرك الوحدات لمواجهة الشمس باستمرار، ولكن تكون هذه الأنظمة باهظة الثمن، كما تحتوي معظم الأنظمة الكهروضوئية على وحدات في وضع ثابت مع مواجهة الوحدات النمطية للجنوب مباشرة وبزاوية تعمل على تحسين الأداء المادي والاقتصادي للنظام.
تطبيقات الألواح الضوئية
فيما يلي بعض أهم تطبيقات تكنولوجيا الطاقة الكهروضوئية:
أنظمة الطاقة المستقلة
في المناطق الحضرية، يمكن استخدام التكنولوجيا الكهروضوئية لتشغيل الأجهزة والأدوات المستقلة في المنازل والبيئة المحيطة بأكملها، بما في ذلك البنى التحتية مثل إشارات المرور، وأجهزة الإرسال اللاسلكية ومضخات المياه، وبالنسبة للمواقع النائية والريفية، فإن تشغيل ملحقات خطوط الطاقة ليس دائمًا مناسبًا أو فعالًا وخاصة من حيث التكلفة.
الفضاء الخارجي
منذ البداية، كانت التكنولوجيا الكهروضوئية عالية الكفاءة هي مصدر الطاقة الأساسي لتطبيقات الفضاء مثل محطة الفضاء الدولية، و الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض، والمركبات الفضائية مثل تلك الموجودة على المريخ والقمر.
النقل
يمكن استخدام التكنولوجيا الكهروضوئية لتوفير الطاقة المساعدة للمركبات المكهربة مثل السيارات والقوارب وحتى الطائرات، تحتوي بعض السيارات على خلايا كهروضوئية مثبتة في فتحة السقف لتزويدها بالطاقة، بحيث يتم تزويد السيارة بمصدر للطاقة أثناء التنقل، أي عن طريق بطاريات الشحن، ويتم أيضًا تشغيل العديد من نقاط شحن السيارات الكهربائية بالطاقة الشمسية، إما كليًا أو جزئيًا.
مزارع الطاقة الشمسية
توفر الألواح الكهروضوئية كميات كبيرة من الطاقة على نطاق واسع، وتنتج كميات جيدة منها، وتميل هذه الأنظمة واسعة النطاق إلى استخدام لوحات ثابتة أو لوحات تتبع للشمس أثناء تحركها في السماء، وتغذي هذه الطاقة بشكل مباشر الشبكات الإقليمية.
