إضاءة على موضوع الخلايا الكهروضوئية
هل تذكر الخطوط الغريبة التي تشغّل الآلة الحاسبة الخاصة بوالدك عندما تطلب منه مساعدتك بحل مسائل الرياضيات؟ هل تذكر كيف كنت تتسلى بتغطية هذه المربعات بأصبعك حتى تطفئ الآلة الحاسبة؟ هذه المربعات هي عبارة عن خلايا كهروضوئية التي تجعل الطاقة الشمسية ممكنة.
ماذا يعني خلية كهروضوئية Photovoltaic Cell؟
انظر إلى الكلمة Photovoltaic لتكون قادراً على تخمين معناها. Photo تعني الضوء وVoltaic عني الكهرباء. أي أنّ هذه الخلايا تعمل على مبدأ تحويل الطاقة الضوئية إلى تيار كهربائي.
لماذا نستخدم الخلايا الكهروضوئية؟
تسمح لنا الخلايا الكهروضوئية بالاستفادة من طاقة ضوء الشمس لنتزوّد بالطاقة الكهربائية. وبهذا تصبح الشمس كبطارية لا تنضب أبداً. أي تؤمن مصدر مهم ونظيف ومتجدد للطاقة كبديل عن أنواع الوقود الأحفوري الملّوث (كالفحم الحجري). يعتبر هذا المجال الأسرع نمواً في العالم مع تضاعف كميات الطاقة الكهروضوئية المستفاد منها كل سنة.
فكّر في حال خرجت للتخييم في مكان ما، بالطبع لن تجد أي مأخذ كهرباء لتشحن أي شيء! تكون الخلايا الكهروضوئية في الأماكن النائية بمتناول اليد. يمكن استخدامه الألواح الشمسية أو الوحدات الشمسية عندما يتم جمع هذه الخلايا مع بعضها في حزمة واحدة ضمن إطار واحد.
الفرق بين الخلايا الشمسية والخلايا الكهروضوئية:
في حال تساءلت عن الفرق بينهما، إنّ الخلايا الشمسية مصممة للعمل تحت ضوء الشمس. بينما يمكن للخلايا الكهروضوئية استخدام أي مصدر ضوئي لتوليد التيار الكهربائي.
أول خلية كهروضوئية:
هل تعلم أن أول خلية كهروضوئية صنعت لتأمين الطاقة للأقمار الصناعية. استخدمها الروس لقمرهم الصناعي Sputnik 3 في العام 1957. لكن قبل ذلك، اكتشف العالم الفرنسي إدموند بيكيريل Edmund Bequerel في عام 1839 أن بعض المواد تنتج كميات صغيرة من الكهرباء عند تعريضها لضوء الشمس. وكان اكتشاف أينشتاين1 في 1905 الأساس لكل تكنولوجيا الكهرباء الضوئية.
كيف تعمل الخلايا الكهروضوئية؟
بما أننا نعلم الآن ما هي الخلايا الكهروضوئية، دعنا نحاول فهم كيفية عمل هذه الأشياء الصغيرة المدهشة. تُصنّع هذه الخلايا من مادة خاصة تدعى بنصف الناقل2. يعد السيليكون واحد من أشهر المواد المستخدمة كأنصاف نواقل، حيث تُعالج شريحة رقيقة من السيليكون حتى تشكّل حقل كهربائي يمتلك شحنة موجبة على طرف من نصف الناقل وشحنة سالبة على الطرف الآخر.
تمتص مادة الخلية الكهروضوئية الأشعّة الضوئية حيث تصطدم هذه الأشعة بالإلكترونات الحرة للسيليكون (الكترونات الطبقة السطحية لذرة السيليكون) مسببة تحررها. تلتقط هذه الالكترونات لتوليد التيار الكهربائي عند اكتمال الدارة الكهربائية بوصل ناقلين إلى الطرف الموجب والطرف السالب. وبذلك نستطيع الاستفادة من التيار المولّد. هذه العملية تماماً كمبدأ وصل سلكين إلى قطبي المدّخرة الموجب والسالب
_____
[1] المفعول الكهروضوئي أو الظاهرة الكهروضوئية هي انبعاث الإلكترونات من الأجسام الصلبة والسائلة والغازية عند امتصاص الطاقة من الضوء، حيث تسمى الإلكترونات المنبعثة من هذه الظاهرة بالإلكترونات الضوئية (Photoelectrons)
[2] نصف الناقل Semi-Conductor: هو مادة عادة مركب من عنصر كيميائي وإضافات أخرى. يمكن أو يوصل التيار الكهربائي في ظل بعض الظروف دون غيرها، مما يجعلها وسيلة جيدة للتحكم في التيار الكهربائي.
