أسعار الخلايا الشمسية وأنواعها
… تُعرف الخلايا الشمسية بأنها أجهزة تقوم بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية بشكل مباشر عبر استخدام خاصية التأثير الضوئي.
تُسمى الخلايا الشمسية أيضاً بالخلايا الضوئية أو الكهروضوئية، حيث تعمل وحدات هذه الخلايا على تجميع الطاقة الشمسية وتحويلها إلى كهرباء.
تاريخ استخدام الخلايا الشمسية
بدأ استخدام الخلايا الشمسية لأول مرة في القمر الصناعي “فانجارد” عام 1958، حيث تم استخدامها كمصدر بديل للطاقة التقليدية. وقد تم تطوير الاستخدامات بهذه التكنولوجيا في عدة مجالات أخرى منذ ذلك الحين، بما في ذلك:
- القمر الصناعي “إكسبلورر 6” الذي أطلقته الولايات المتحدة الأمريكية في عام 1959، حيث تم تجهيز القمر بألواح خشبية كبيرة على شكل أجنحة. ومنذ ذلك الحين، أصبحت الخلايا الشمسية هي المصدر الأساسي للطاقة للأقمار الصناعية.
- تباين التكنولوجيا المستخدمة في الخلايا الشمسية الفضائية عن تلك المصنعة من السيليكون التي تم استخدامها في الألواح الأرضية في التسعينات، حيث اعتمدت المركبات الفضائية على مواد أشباه الموصلات.
- في وقت لاحق، تم تطوير تصاميم الخلايا الشمسية لتكون أخف وزنًا وأكثر مرونة وكفاءة.
تعريف الخلايا الشمسية
رغم تعدد أنواع الخلايا الشمسية واستخداماتها، إلا أنها تتشابه في البنية الأساسية وتكنولوجيا العمل. فمصدر الكهرباء الناتج عنها هو تحويل الطاقة الشمسية.
آلية عمل الخلايا الشمسية
- تناول الضوء في البداية عبر الألواح الشمسية من خلال طبقة ضوئية أو مضادة للانعكاس، حيث تساعد هذه الطبقة على تقليل فقدان الضوء الناتج عن الانعكاس وتحسين انتقاله إلى طبقات تحويل الطاقة.
- تتكون الطبقة المضادة للانعكاس عادةً من أكسيد السيليكون أو التيتانيوم.
- يتم توليد الجهد من خلال مواد أشباه الموصلات المستخدمة في تصنيع الخلايا مثل السيليكون.
- تستخدم الطبقات المتعددة أسفل الطبقة المضادة للانعكاس بما في ذلك طبقة الوصلة العلوية وطبقة الامتصاص وطبقة الوصلات الخلفية.
- نظرًا لأن الطاقة الشمسية ومعظم مصادر الضوء الأخرى تتواجد في النطاق المرئي، فإن امتصاص الخلايا الشمسية يكون فعالاً بشكل كبير في هذه الأطوال الموجية.
- عند تعرض الخلايا الشمسية للضوء، يتم تحفيز الإلكترونات في طبقة الامتصاص من حالة طاقة منخفضة إلى حالة مثارة.
- بدون وجود الوصلات، تتحرك الإلكترونات بشكل عشوائي، ولكن من خلال إضافة العديد من الطبقات، يتم إنشاء حقل كهربائي مركزي ينشئ تأثيرًا كهروضوئيًا.
- المواد المستخدمة لبناء تلك الطبقات هي نفسها المستخدمة في إنتاج الترانزستورات بالإلكترونيات الصلبة.
- تتشارك الخلايا الشمسية نفس التكنولوجيا الأساسية المستخدمة في الأجهزة الإلكترونية الدقيقة، ومع ذلك، يرتبط إنتاج الطاقة بكفاءة الطاقة الساقطة.
أنواع الخلايا الشمسية
توجد عدة أنواع من الخلايا الشمسية، وسنقوم بتوضيحها في الفقرات التالية:
خلايا الألواح أحادية البلورة
تتميز هذه الخلايا بأنها مصنوعة من شرائح مقطوعة بدقة من قضبان السيليكون النقية، وتكون محاذاة في اتجاه واحد. لذا، فإن كفاءتها تكون في أقصى درجاتها عند تعرضها لأشعة الشمس بشكل مباشر.
خلايا الألواح متعددة البلورة
تتشكل هذه الألواح من مقاطع السيليكون ولكنها تتواجد في شكل كتل، مما يؤدي إلى نقص في كفاءة الأداء نظرًا لعدم محاذاة البلورات الفردية بالشكل المثالي.
خلايا الألواح الهجينة
تتميز هذه الخلايا بوجود طبقة رقيقة غير متبلورة خلف الخلايا أحادية البلورة، مما يعزز فعاليتها بشكل ملحوظ.
عيوب استخدام الخلايا الشمسية
على الرغم من الاستخدام الواسع للخلايا الشمسية في السنوات الأخيرة، إلا أن هناك بعض العيوب التي لا يمكن تجاهلها. ومن أبرز هذه العيوب:
- التكلفة: غالبًا ما تكون تكلفة شراء ألواح الخلايا الشمسية مرتفعة نوعاً ما، وتشمل هذه التكلفة سعر الألواح، العاكسات، البطاريات، الأسلاك والتركيبات اللازمة.
- ظروف المناخ: يكون من الصعب الحصول على الطاقة الشمسية خلال الأيام المغمورة بالغيوم أو الممطرة، مما يقلل من كفاءة النظام الشمسي.
- تخزين الطاقة الشمسية: إذا لم يتم الاستفادة من الطاقة الشمسية فور إنتاجها، فإن تخزينها في بطاريات كبيرة يعد خيارًا مكلفاً، حيث يجب شحنها خلال النهار لاستخدام الطاقة ليلاً.
أسعار الخلايا الشمسية
توجد نوعان رئيسيان من الخلايا الشمسية؛ الأولى هي الألواح أحادية البلورة (مونو) التي تتميز بكفاءتها العالية في البيئات الباردة مقارنة بالألواح متعددة البلورة (بولي) التي تعمل بشكل أفضل في الأجواء الحارة. يعتبر النوع الأحادي الأكثر انتشارًا في الدول العربية نظرًا لدرجات الحرارة العالية.
تكلفته أقل من النوع الآخر، حيث تنتج اللوحة الواحدة ما بين 100 إلى 350 وات، بينما الألواح الأكثر استخدامًا معروفة بطاقة 250 وات.
يتراوح سعر اللوح ذي 250 وات من النوع المتعدد الكريستالات بين 130 و200 دولار أمريكي، وفقاً لجودة وكفاءة المنتج وشروط الضمان المصنعة.
يمكن لأربع ألواح إنتاج 1 كيلو وات، وبالتالي يتراوح سعر الكيلو وات بين 520 و800 دولار أمريكي.
شهدت أسعار تجهيزات المولدات المستخدمة في توليد الطاقة الكهروضوئية انخفاضًا ملموسًا، حيث تراجعت من حوالي 6000 دولار أمريكي إلى 1500 دولار أمريكي.
