كيف تحول الطاقة الشمسية الى طاقة كهربية

[د.محمد فتحى]

احاول فى هذا الموضوع شرح مبسط جدا للخلايا الشمسية solar cell وكيفية الاستفادة من الشمس كبديل للطاقة حيث تقوم الخلية الشمسية بتحويل الطاقة الشمسية مباشرة الى طاقة كهربية وهناك انواع كثيرة من الخلايا الشمسية ومن افضل هذة الانواع خلية السليكون Si الشمسية التى تتكون من وصلة ثنائية من السليكون المطعم بذرات الزرنيخ As كبلورة سالبة n-type واما البلورة الموجبة فتتكون من بلورة سليكون مطعمة بذرات من البورن B ويكون سمك البلورة الموجبة صغيرا جدا بينما تكون البلورة السالبة اكثر سمكا ويغطى سطح البلورة السالبة غشاء رقيق يسمح بنفاذ الاشعة الشمسية ويمنع خروج الاشعة فىالاتجاة المعاكس اى نختار مواد يكون لها نفاذ عالى وانعكاسية منخفضة وتكون هذة المواد غالبا اكاسيد( ملحوظة هذة الاكاسيد كانت نقطة البحث الخاص بى فى رسالة الماجيستير وهى CdO doped InO وكان هدف الشغل هو محاولة المعاجة الحرارية لهذة الاكاسيد للوصول الى اكبر نفاذية ممكنة واقل انعكاسية لاننا نعرف ان T+R+A=1 اى كلما زادت نسبة T النفاذية قلت نسبة R الانعكاسية وفى المعدله تم تجاهل الامتصاصية A وذلك لانها صغيرة جدا) وبذلك تمتص البلور السالبة معظم الطاقة الشمسية الساقطة عليها
والسؤال الان كيف تتولد القوة المحركة الكهربية لهذة الخلية
يتبع

[د.محمد فتحى]

ولمعرفة كيفية تحويل الطاقة الشمسية الى طاقة كهربية يجب علينا معرفة ان التحام بلورتين مختلفتين من اشباة الموصلات السالبة والموجبة يؤدى الى انتشار بعض الالكترونات الحرة من البلورة الموجبة وينتج عن هذا الانتشار شحنات كهربية على جانب موضع الالتصاق احدهما سالب والاخرى موجب مما يؤدى الى الى تكون فرق جهد بين طرفى الوصلة يكون كافيا لمنع المزيد من الالكترونات من الانتشار من البلورة اليالبة الى الموجبة وهكذا يكون لدينا خلية كهربية تولد قوة محلركة كهربية قدرها 0.1 فولت
عندما تعرض الخلية لاشاعة الشمس فاءن هذة الاشعة تنفذ من خلال الغشاء الرقيق الشفاف والذى يكون على هيئة thin films من الاكاسيد وكما قلنا يجب ان يكون ذو نفاذية علية وانعكاسية منخفضة عند سقوط الشمس ترتفع درجة حرارة البلورة السالبة يؤدى هذا الى كسر بعض الروابط التساهمية مما يؤدى الى توفير مزيد من الالكترونات التى تمتص الطاقة ويذداد اهتزازها مما يجعلها تتحرك فى اتجاة البلورة الموجبة حيث ان طاقتها كبيرة تمكنها من الحركة عكس اتجاة القوة الكهربية المؤثرة على الالكترون من المجال الكهربى وهذا يؤدى الى زيادة تراكم الشحنات السالبة على طرف البلورة الموجبة وبما ان كل الالكترونات ينتقل من البلورة السالبة يترك مكانة فجوة موجبة فى البلورة السالبة مما يزيد من تراكم الفجوات الموجبة ايضا عند طرف البلورة السالبة ومن ثم يزداد فرق الجهد الكهربى على جانبى الوصلة الثنائية وهذا الفرق فى الجهد يسمى القوة المحركة الكهربية للخلية الشمسية ويساوى تقريبا 0.4 فولت

[s.alghamdi]

ما شاء الله تبارك الله

رائع و خصوصا عنوان البحث الذي عملت فيه .. اسأل الله لك التوفيق ..

شرحك رائع و كأنك تعود بي لمقرر الإلكترونيات الذي درسته العام الماضي
حسنا الاحظ من شرحك بأن الطاقه الشمسيه ترفع من قيمة فرق الجهد بمقدار 0,3فولت و السبب الإهتزاز القوي للإلكترونات الذي يجعلها تكسر حاجز الإستقرار و تتجه نحو الجهه الموجبه p و خروج الإلكترونات من مكانها يجعل خلفها فجوه hole هذه الفجوه تتجمع عند الطرف السالب n و الإلكترونات عند الطرف p مما يرفع قيمة الجهد... رائع جدا أستاذ محمد

حسنا لكن هل لي بإجابه على أسئلتي
هل تختلف كفاءة عمل الخليه الشمسيه بسقوط أسعة الشمس ... مثلا هل كفاءتها تختلف في أوقات النهار المختلفه ... مثلا عندما تكون الشمس عاموديه أو تكون في بداية الشروق ... و إن كان هناك إختلاف ما هو أفضل وقت لإستخدام الخلايا الشمسيه؟

هل ضوء الليزر يؤثر على الخلايا الشمسيه؟

عذرا إن أطلت عليك ... لكن لإعجابي بالموضوع أمطرت عليك بوابل من الأسئله

شكر الك

[Qasaimeh]

بارك الله فيك دكتور


اذكر اني درست هذه الأمور في منهاج السنة الماضية


بارك الله فيك

[د.محمد فتحى]

شكرا اخت سعاد على هذه المجاملة وسؤالك هذا يعنى انك فهمتى موضوع البحث وهذا والله ما اسعدنى انتى رائعة حقا اختى
للاجابة على السؤال الاول هل زاوية سقوط الشمس تؤثر على كفاءة الخلية الشمسية بالتاكيد نعم فمن الشرح السابق تكلمت عن عنصرين هما النفاذية T والانعكاسية R وبالتاكيد كلاهما يعتمد على زاوية السقوط اذن كفاءة الخلية تعتمد على زاوية السقوط واحب ان اوضح نقطة مهمة هى الفرق بين الخلية الشمسية والنافذة الشمسية
الخلية الشمسية هى اجهزة تحول الطاقة الشمسية الى طاقة كهربية وتسمى هذة الظاهرة الظاهرة الفوتوضوئية photoelectric divices وهذة الاجهزة تحتوى النافذة ايضا اى تكون على سطحها النافذة
اما النافذة فهى اغشية رقيقة تكون على سطح الخلية الشمسية تسمى نافذة windows ووظيفتها هو دخول او نفاذ الشمس داخل الخلية الشمسية لذلك يجب ان تكون مواد لها نفاذية عالية وانعكاسية منخفضة كما ذكرت
الجزء الثانى من السؤال اى الاوقات افضل بالطبع وقت سطوع الشمس ولكن فى الاجهزة الشمسية مخزنات للطاقة تصل الى اسبوع او اكثر وبالتالى ليس هناك مشكلة فى الليل

اما عن السؤال الثانى هل اشاعة الليزر تؤثر على الخلية الشمسية انا فى الحقيقة غير ملم بخصائص الليزر ولكن نحن ندرس التاثير الضوئى على المواد المستخدمة كنافذة للخلايا الشمسية فى ضوء لة طول موجى من 200 الى 800 نانومتر اى المدى المرئى visble rigon نانو متر وايضا فى المدى القريب NIR rigonوهو فى المدى من 800 الى 2500 نانومتر واوعدك لن ابحث عن بحث فى تاثير الليزر على الخلايا الشمسية يمكن يكون مجال جديد للدكتوراة
ارجو ان اكون اجبت على الاسئلة وانا على استعداد لاى سؤال

[HazemSakeek]

اشكرك عزيزي د.محمد فتحى


على هذا الشرح الواضح لموضوع الخلايا الشمسية واحب ان اضع هذين الرابطين لمن احب المزيد من المعلومات

http://hazemsakeek.com/magazine/inde...=162&Itemid=62

http://hazemsakeek.com/magazine/inde...=171&Itemid=62

تحياتي

[د.محمد فتحى]

جميل حقا دكتور حازم هذه الوصلات حقا رائعة وفى صميم الموضوع