كيف تعمل الخلايا الشمسية

الخلايا الشمسة هي إحدى وسائل إنتاج الطاقة والتي تعتمد على مبدأ تحويل الطاقة الشمسية التي تأتي إليها من أشعة الشمس الساقطة عليها إلى طاقة كهربائية.

يكثر استخدام هذا النوع من أنواع الخلايا في الآلات الحاسبة والأقمار الصناعية، وهي عبارة عن عدد من الخلايا الكهربائية التي تم توصيلها مع بعضها البعض. وهي خلايا مصنوعة من مواد شبه موصلة مثل عنصر السيليكون، حيث تكون كل خلية واحدة من الخلايا الضوئية مكونة من بلورة سيليكون واحدة فقط، وخلايا الفوتوفولتيك المجتمعة بجانب بعضها البعض هي التي تشكل الخلية الشمسية.

حينما تسقط الأشعة الضوئية على خلية الفوتوفولتيك الواحدة، يقوم السليكون الذي يكون هذه الخلية بامتصاص هذه الأشعة الساقطة، حيث تعمل هذه الأشعة الساقطة على إثارة الإلكترونات الموجودة في المادة مما يجعلها قادرة على الحركة بحرية تامة في هذه المادة. وعندما تخضع الإلكترونات لمجال كهربائي فإن ذلك سيلزمها على الحركة جميعها في اتجاه واحد وهذا هو التيار الكهربائي، وعندما يوصل طرفا الخلية من جهة السطح العلوي ومن جهة السطح السفلي لهذه الخلية، فإن التيار الكهربائي سيظل يسري ما دام هناك أشعة ضوئية ساقطة على الخلية. وهنا تكون قيمة الطاقة الكهربائية المتولدة مساوية لحاصل ضرب قيمة التيار الكهربائي المتولد مضروباً في فرق الجهد.

مصطلح الفوتوفولتيك مقسم إلى قسمين رئيسيين، الأول هو الفوتو والثاني هو الفولتيك، حيث يعني القسم الأول الضوء أما القسم الثاني فهو الفولتية أي القوة الدافعة الكهربائية، ويعود هذا المصطلح إلى العام 1849 ميلادية. في العام 1839 ميلادية، تم اكتشاف تأثير ونتائج الضوء في الكهرباء على يد عالم الفيزياء الفرنس بيكريل، ورغم هذا الوقت المبكر في اكتشاف هذه العلاقة الهامة إلا أن بناء وتصميم أول خلية شمسية جاء في العام 1883 ميلادية، أي بعد نصف قرن من الزمان تقريباً، وكان بناء أول خلية للطاقة الشمسية على يد شارلز فريتز. حيث قام هذا العالم بتغطية السيلينيوم بطبقة جداً رقيقة من عنصر الذهب حتى تم تشكيل التقاطعات، حيث كانت كفاءة هذا الجهاز تقدر تقريباً بنسبة 1% فقط، وبعد ذلك بخمسة سنوات قام ألكسندرستوليتوف ببناء أول خلية بناءً على الكهروضوئية الخارجية وأثرها المكتشف على يد العالم هيرتز في العام 1887 ميلادية. بعد ذلك جاء أينشتاين وقام بدراسة أثر الكهروضوئية وذلك في العام 1905 ميلادية مما منحه جائزة نوبل في الفيزياء وكان ذلك في العام 1921 ميلادية، ثم بعد ذلك أخذ هذا الموضوع يتطور شيئاً فشيئاً إلى أن وصل إلى ما وصل إليه اليوم.