التقنية الكهروضوئية

الطاقة الشمسية
الطاقة الشمسية قادرة على تجهيز كرتنا الأرضية باحتياجاتها من الطاقة. كل سنة تستلم الكرة الأرضية 23000 مرة طاقة أكثر من الإستهلاك السنوي للطاقة. الشمس هي مصدر الحياة. قامت الحضارات الأولى في بداية الحياة البشرية بتبجيلها وعشقها. في الواقع، حاول الإنسان دائماً استغلال هذه الطاقة.

- في 214 قبل الميلاد، استخدم أرخميدس العاكسات الشمسية لإشعال النار في أسطول مارسيلوس الروماني الذي كان يحاصر سيراكوس.

- في 133 قبل الميلاد، أستخدم هيرون الاسكندرية الطاقة الشمسية لضخ الماء.

- في 1744، أخترع لافوازير الفرن الشمسي الأول.

- في القرن التاسع عشر، عرض بروفيسور أوغسطين موشو في المعرض الدولي بباريس ماكينة طبع تعمل على الطاقة الشمسية. وتم منذ ذلك الحين صنع منتجات عديدة يتم تشغيلها بالطاقة الشمسية. ولسوء الحظ، تم التخلي بعض الشىء عن الطاقة الشمسية عندما تم اختيار مصدر طاقة أرخص وهو النفط الذي كان أسهل الحلول. لم يتم الإعتراف بالقيمة الحقيقية للطاقة الشمسية الا بعد أزمة النفط عام 1973، وتم منذ ذلك الحين صنع منتجات عديدة في انحاء العالم خصوصاً في مجالات الفلطائية الضوئية، الحرارية والديناميكية الحرارية.


ماهي الطاقة الشمسية الفلطائية الضوئية Photovoltaic ؟

ان عملية الفلطائية الضوئية هي الطريقة الفعالة الوحيدة لتحويل ضوء النهار الى الكهرباء. ومنذ إكتشاف هذه التكنولوجيا عام 1839 من قبل الفيزيائي الفرنسي أنطوان بكورَل، لايزال يتم تطويرها بعد مئات السنين من قبل الباحثين بمختبرات بَل تلفون في الولايات المتحدة الأمريكية. ويستخدم مبدأ التحويل المواد شبه الموصلة، المستخدمة مسبقاً في صناعة الألكترونيات (الترانزستور، الدايود، الخ).

جاءت القفزة السريعة نحو الطاقة الفلطائية الضوئية في الخمسينات، أي في بداية العصر الفضائي، عندما تم استخدامها لتوفير الطاقة الكهربائية في الأقمار الصناعية. أما التطبيقات الأرضية فلم تأتي الا في السبعينات وبعدها تضاعف استخدامها وتنوعيها في مجالات عديدة.







التقنية الكهروضوئيـة Photovoltaic technology تضع في الإسـتخدام الطـاقة اللانهـائية المتوفرة في الشـمس بتحويلهـا الى طـاقة كهربائية يمكن الإسـتفادة منهـا في المنـازل و للأغراض الصنـاعية والزراعية وكافة الإسـتخدامات الأخرى للكهرباء. وبعكس الطـاقة المولدة عن طريق المولدات التي تعمـل بالمحروقـات فيما يتعلق بتلويث البيئة فإن الكهربـاء المولدة من الطـاقة الشـمسـية تتـم بدون إحداث أي أضرار بالإعتمـاد على الطـاقة المتجددة الموجودة في الشـمس.

يمكن إسـتخدام التقنية الكهروضوئية (Photovoltaic (PV في كافة التطبيقـات والإسـتخدامات التي تحتـاج للتيـار الكهربـائي تقريبا وذلك عن طريق تحويل الضوء المنبعث من الشـمس الى تيـار كهربائي بواسـطة خلايا ضوئيةPV cells، تعرف عامة بالخلايا الشمسـية والتي تصنع من مواد نصف موصلـة للتيار والتي غالبـا ما يسـتخدم السـيليكون فيها,الخلايـا هذه يتم صفهـا وتوصيلها ببعضها البعض لتكوين مـايعرف بالشـريحة الكهروضوئية PV modules والتي بدورها توصل ببعضها البعض لتكوين منظومة كهروضوئية PV arrays.

إن حجم المنظومة الكهروضوئيـة يعتمد على عوامل كثيـرة بمـافيها مقدار الضوء المتوفر من أشـعة الشـمس في موقع معين والإسـتطاعة المطلوبة من قبل المسـتهلك، ودرجة كفاءة النظام والعديد من العوامل الأخرى. هذا والى جانب منظومة الشـرائح الكهروضوئية والتي تشـكل الجزء الأسـاسي فهناك العديد من المكونات التي تدخل في تصميم النظـام بما فيها أجهزة التحكم و المراقبة وأجهزة تكييف وتحويل التيـار وبطاريات التخزين وأسـلاك التوصيل. يتم التحكم في النظام بواسـطة كمبيوتر وبرامج مراقبة مصممة لهذا الغرض.



ما هي الكهروضوئيـة Photovoltaic ؟

الكهروضوئـية هي عمليـة التحويل المباشـر لضوء الشمـس الى كهربـاء بدون توليد أي حرارة كما هو الحال في أنظمة تسـخين الميـاه بالطاقة الشـمسـية. مبادئ الإنتاج الحراري للطاقة الشمسـية Solar Thermal تطبق لإنتـاج سـائل أو هواء ذو حرارة مرتفعة بينما مبادئ الكهروضوئية Photovoltaic تطبق لإنتـاج كهرباء. اللوح الشـمسـي Solar or PV Panel يصنع من خلايا مصنعـة من عنصر السـليكون الطبيعي، ويسـتخدم السـليكون بســبب كونه يتهيج ويصبح مشـحون كهربائيـا عند تعرضه لضوء الشـمس.


توليد الكهرباء من الطاقة الشمسـية بواسطة الأنظمة الكهروضوئية هي عمليـة هادئة لاتولد أي ضجة أو مواد ملوثة للبيئـة، هذه الأنظمـة عملية وفعـالة وتعيـش طويلا لفترات تتجاوز 25 عاما وهي لاتحتـاج الى قدر كبير من عمليـات الصيانة. وحدات البنـاء الأسـاسية في النظـام الكهروضوئي هي الألواح الشمسـية والتي يتم تصميمهـا بقدرات توليد طاقة مختلفة.

أنظمـة توليد الكهرباء من الطـاقة الشمسـية تصنف ضمن فئتين رئيسـيتين وهمـا، أنظمة التوليد المسـتقلة و الأنظمة الموصولة بالشـبكة الكهرباء المحلية. الأنظمة الموصولة بالشبكة المحلية، وهي الأنظمة الشـائعة الإسـتعمال في الولايات المتحدة وأوربا تولد عادة من الكهربـاء مايزيد عن حاجة المسـتخدم خلال سـاعات الشمـس السـاطعة وتقوم بدفع الكهرباء الزائدة عن الحاجة الى الشـبكة المحلية وبالتالي فإن صاحب النظام والمشترك بشبكة الكهرباء يقوم ببيع مايزيد عن حاجته لشـركة الكهرباء. في الأنظمة الغير موصولة بالشـبكة الكهرباء الزائدة عن حـاجة المسـتهلك (صاحب النظام) فإنهـا تضيع هبـاءا.
.

كيف يعمل النظام الكهروضوئي؟

الخلايا الكهروضوئية تصنع عادة من عنصر السـليكون والتي هي مادة طبيعية متوفرة في الكثير من الأماكن، ويقوم الـسـليكون والذي يصنف بأنه مـادة نصف موصلة للتيـار Semiconductor ، بالتهيج وإطلاق الإلكترونـات عند تعرضه لضوء الشمـس وهكذا يتم توليد التيـار الكهربائي والذي يتم نقله وتخزينه في بطـاريات لإسـتخدامه وقت الحاجة أو عندمـا تغيب الشمـس. التيـار الكهربائي الذي تولده هذه الخلايـا يكون بقوة 12 - 48 فولت وهو يسـري بإتجـاه واحد ( كما هو الحال في البطـاريات ) ولذا فإنه يسـمة تيارا مسـتمرا (Direct Current - DC) ولذا تربط ضمن الأنظمـة الكهروضوئيـة أجهزة خـاصة لتقوم بتحويا التيار المسـتمر الى التيـار المتنـاوب AC بقوة 110 - 240 فولت والذي نسـتخدمه في منازلنـا.

الرسم التوضيحي التالي يبين مكونات النظام الكهروضوئي.