مقدمة
على الرغم من وجود تشابه ظاهري بين الخلايا الشمسية والخلايا الكهروضوئية، إلا أنه يمكن تمييزهما بشكل واضح بناءً على آليات العمل والاستخدامات. يتمحور الاختلاف الرئيسي حول كيفية توليد الكهرباء والاستخدامات المحددة لكل نوع. في هذا المقال، سنستعرض هذه الفروقات بالتفصيل.
تعريف الخلية الشمسية
الخلية الشمسية هي جهاز يحول طاقة الضوء مباشرة إلى طاقة كهربائية. تُصنع معظم الخلايا الشمسية من السيليكون لزيادة الكفاءة وتقليل التكلفة. بعكس البطاريات وخلايا الوقود، لا تعتمد الخلايا الشمسية على تفاعلات كيميائية أو وقود لإنتاج الطاقة. وعلى عكس المولدات الكهربائية، لا تحتوي على أجزاء متحركة.
يمكن تجميع الخلايا الشمسية في مصفوفات كبيرة تعمل كمحطات طاقة مركزية، تحول ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية لتوزيعها على القطاعات الصناعية والتجارية والسكنية.
شرح الخلية الكهروضوئية
الخلية الكهروضوئية هي تقنية لتجميع الطاقة الشمسية وتحويلها إلى كهرباء عبر عملية تسمى التأثير الكهروضوئي. تستخدم أنواع مختلفة من الخلايا الكهروضوئية أشباه الموصلات للتفاعل مع الفوتونات الواردة من الشمس لتوليد تيار كهربائي.
التأثير الكهروضوئي هو عملية توليد الجهد أو التيار الكهربائي في الخلية الكهروضوئية عند تعرضها لضوء الشمس. تتكون هذه الخلايا من نوعين مختلفين من أشباه الموصلات (النوع p والنوع n) يتم دمجهما لإنشاء وصلة p-n.
من خلال هذين النوعين من أشباه الموصلات، يتكون مجال كهربائي في منطقة الالتقاء، حيث تتحرك الإلكترونات إلى الجانب p الموجب وتتحرك الثقوب إلى الجانب n السالب. يتسبب هذا المجال في حركة الجسيمات سالبة الشحنة في اتجاه والجسيمات موجبة الشحنة في الاتجاه الآخر.
يتكون الضوء من فوتونات، وهي حزم صغيرة من الإشعاع أو الطاقة الكهرومغناطيسية. عندما يسقط ضوء بطول موجي مناسب على الخلايا الكهروضوئية، تنتقل الطاقة من الفوتون إلى إلكترون في المادة شبه الموصلة، مما يجعله في حالة طاقة أعلى تُعرف باسم نطاق التوصيل. في هذه الحالة، تتكون الإلكترونات الحرة وتتحرك عبر المادة، مما يولد تيارًا كهربائيًا في الخلية.
ملخص لأوجه الاختلاف
تعتبر الخلايا والألواح الكهروضوئية أجزاء متكاملة ومترابطة تشكل نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية. الخلايا الكهروضوئية هي المكون الرئيسي للألواح الشمسية، بينما الألواح الشمسية هي مكون حيوي في النظام الشمسي بأكمله.
بينما يمكن لخلية كهروضوئية واحدة تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، فإن اللوحة ضرورية لحماية الخلية من التلف الناتج عن العوامل الجوية وتوجيه الطاقة الكهربائية إلى العاكس والمنزل. يتم تحويل الكهرباء إلى تيار متردد لاستخدامها في المنازل والأجهزة، ويعتمد عدد الخلايا على حجم اللوحة وعلامتها التجارية.
النظام الكهروضوئي
يتكون النظام الكهروضوئي من لوحة شمسية واحدة أو أكثر مدمجة مع عاكس وأجهزة كهربائية وميكانيكية أخرى تستخدم الطاقة من الشمس لتوليد الكهرباء. يمكن أن تختلف الأنظمة الكهروضوئية بشكل كبير في الحجم، من الأنظمة الصغيرة على الأسطح إلى محطات توليد ضخمة.
على الرغم من أن الأنظمة الكهروضوئية يمكن أن تعمل بشكل مستقل كنظم خارج الشبكة، إلا أن الأنظمة المتصلة بالشبكة هي الخيار الأفضل للحصول على توليد كهرباء منظم والتحكم في الطاقة الناتجة.
قال تعالى في سورة النور:
اللَّهُ نُورُ السَّمَاوَاتِ وَالْأَرْضِ ۚ مَثَلُ نُورِهِ كَمِشْكَاةٍ فِيهَا مِصْبَاحٌ ۖ الْمِصْبَاحُ فِي زُجَاجَةٍ ۖ الزُّجَاجَةُ كَأَنَّهَا كَوْكَبٌ دُرِّيٌّ يُوقَدُ مِنْ شَجَرَةٍ مُبَارَكَةٍ زَيْتُونَةٍ لَا شَرْقِيَّةٍ وَلَا غَرْبِيَّةٍ يَكَادُ زَيْتُهَا يُضِيءُ وَلَوْ لَمْ تَمْسَسْهُ نَارٌ ۚ نُورٌ عَلَىٰ نُورٍ ۗ يَهْدِي اللَّهُ لِنُورِهِ مَنْ يَشَاءُ ۚ وَيَضْرِبُ اللَّهُ الْأَمْثَالَ لِلنَّاسِ ۗ وَاللَّهُ بِكُلِّ شَيْءٍ عَلِيمٌ
[النور: 35].
الاستخدامات
تختلف استخدامات الخلايا الشمسية والخلايا الكهروضوئية. تستخدم الخلايا الشمسية لتشغيل الأجهزة ذات الجهد المنخفض مثل الآلات الحاسبة أو لشحن البطاريات الكبيرة. بينما تستخدم الخلايا الكهروضوئية في عدادات الضوء، كاميرات الفيديو، وإضاءة أعمدة الشوارع. كما تدخل في أجهزة الاستشعار الخاصة بأمان الشركات والمصانع، حيث يتم قطع الطاقة عند حجب الضوء بواسطة جسم.