ما كمية الطاقة الكهربائية التي تولدها الألواح الشمسية؟

أدى الاحتباس الحراري وتغيّر المناخ الناجم عن انبعاثات حرق الوقود الأحفوري إلى نمو كبير في الطلب على مصادر الطاقة المتجددة الصديقة للبيئة ومن بينها الطاقة الشمسية، وتعتبر الألواح الكهروضوئية العمود الفقري الذي يعمل على تحويل الطاقة الضوئية لأشعة الشمس إلى طاقة كهربائية.

في هذا الدليل، سنتناول أنواع الألواح الشمسية الأكثر شيوعاً واستخداماً في العالم اليوم، ومقدار الطاقة التي تنتجها، وطريقة اختيار النوع الأنسب لك.

ما هي الألواح الشمسية؟

الألواح الشمسية هي ألواح تشبه المرايا تولد تياراً كهربائياً عند تعريضها لضوء الشمس، تتكون من وحدات صغيرة تدعى الخلايا الشمسية، وتحتوي معظم الألواح الشمسية على 60 - 72 خلية كهروضوئية.

تصنع معظم الخلايا الشمسية من عنصر السيليكون، وهو العنصر الذي يأتي في المرتبة الثانية من حيث الوفرة على كوكب الأرض، ويشكل 27.7% من كتلة القشرة الأرضية.

تتكون الخلية الشمسية من طبقتين رئيسيتين، كل طبقة مصنوعة من نوع مختلف من السيليكون:

الطبقة الأولى: طبقة السيليكون N-Type، وهي مزيج من عنصر السيليكون مع عنصر الفوسفور، وتكون شحنتها سالبة بسبب وجود عدد كبير من الإلكترونات الحرة.
الطبقة الثانية: طبقة السيليكون P-Type، وهي مزيج من السيليكون مع عنصر البورون، وتكون شحنتها موجبة، لأن فيها إلكترونات حرة أقل.

يتم الفصل بين الطبقتين بمادة عازلة تمنع مرور الإلكترونات، تسمى منطقة العبور.

عندما يسقط ضوء الشمس على الخلايا الشمسية، فإن فوتونات الضوء تصطدم بالإلكترونات في طبقة السيليكون N-Type وتحررها، تبقى الإلكترونات حرة في هذه الطبقة طالما أن الطبقتين معزولتان بسبب وجود طبقة العبور، لكن حين يتم توصيل الطبقتين بسلك كهربائي، تنتقل الإلكترونات عبر هذا السلك من الطبقة N-Type إلى الطبقة P-Type، أي يتولد تيار كهربائي.

يتم تنظيم الخلايا الشمسية وترتيبها في الألواح الشمسية بأعداد كبيرة للحصول على طاقة أكبر. فمثلاً، نحتاج إلى نحو 12 خلية كهروضوئية لشحن هاتف محمول. في حين هناك حاجة إلى المئات أو حتى الآلاف من الخلايا الكهروضوئية لإمداد منزل بالتيار الكهربائي.

تعتمد كمية الطاقة الكهربائية التي تولدها الألواح الشمسية على حجمها (أي عدد الخلايا الكهروضوئية) ونوعها (أي نوعية المواد المستخدمة في صنع الخلايا الكهروضوئية) وشدة ضوء الشمسية (الطاقة التي يحملها ضوء الشمس).

اقرأ أيضاً: ما هي الطاقة الشمسية المركزة؟

أنواع الألواح الشمسية

هناك العديد من أنواع الألواح الكهروضوئية في السوق، من أكثر الأنواع شيوعاً:

الألواح أحادية البلورة

تُصنع الألواح الشمسية أحادية البلورة (Monocrystalline Solar Panels) من بلورة سيليكون نقية واحدة يتم تقطيعها في حالتها الصلبة إلى عدة رقائق، ويمكن التعرف عليها من خلال لونها الأسود الداكن.

إنها أفضل الأنواع وأكثرها كفاءة، تصل كفاءتها إلى أكثر من 20%، وهي تعمل بشكل جيد في ظروف الإضاءة الشمسية المنخفضة، لكنها مكلفة بسبب هدر كميات كبيرة من السيليكون أثناء التصنيع، حيث تصل نسبة الهدر إلى أكثر من 50%.

يبلغ العمر الافتراضي لهذه الألواح نحو 25 - 30 عاماً أو أكثر حسب جودة التصنيع.

الألواح متعددة البلورات

تتم صناعة الألواح الشمسية متعددة البلورات (Polycrystalline solar panels) من السيليكون الذي يتم صهره ثم سكبه في كتل مقطعة، تنتج عن تصلب السيليكون خلايا تحتوي كل منها على العديد من البلورات.

بسبب وجود الفراغات بين البلورات، تمتص الخلايا الكهروضوئية في هذه الألواح طاقة ضوئية أقل، وتنتج كمية أقل من الطاقة الكهربائية، حيث تبلغ كفاءتها 16 - 17%. ويمكن التعرف على هذا النوع من الألواح من خلال لونها الأزرق، لأن السيليكون المستخدم في صناعتها ليس نقياً وفيه عناصر أخرى.

يبلغ العمر الافتراضي لهذه الألواح نحو 20 - 35 عاماً أو أكثر حسب جودة التصنيع، ولأنها أقل كفاءة في امتصاص الأشعة الضوئية، فإنها تتطلب مساحة أكبر من الألواح الشمسية أحادية البلورة.

الألواح الفيلمية

يرى الكثير من الخبراء أن الألواح الفيلمية المعروفة أيضاً باسم الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة (Thin-film solar panels) ستشكل مستقبل الطاقة الشمسية، فهي منخفضة التكلفة ويتطلب تصنيعها موادَّ أقل، وهي رقيقة وخفيفة الوزن وقابلة للثني.

يمكن التعرف بسهولة على هذا النوع من الألواح من خلال مظهرها الرقيق، فهي أرق بنحو 35 مرة من الألواح أحادية البلورة أو الألواح متعددة البلورات. ويكون لونها أزرق أو أسود.

نظراً لأنها مرنة وخفيفة الوزن، يمكن استخدامها في أي مكان ونقلها بسهولة، لكنها أقل كفاءة من الألواح السابقة، حيث تبلغ كفاءتها نحو 7- 18% حسب نوعية المواد المستخدمة في صناعة الخلايا الكهروضوئية، وتتمتع بعمر افتراضي أقل يتراوح من 10 - 20 سنة.

تأتي الألواح الفيلمية على شكل فيلم ملفوف، ويمكن قصها حسب الحاجة، لذا لا تأتي بحجم ثابت مثل الألواح السابقة وتتكون من 60 - 72 خلية كهروضوئية فقط، ويمكن أن تكون صغيرة أو كبير جداً.

الألواح الشمسية ذات الباعث الخامل مع الاتصال الخلفي

الألواح الشمسية ذات الباعث الخامل مع الاتصال الخلفي (Passivated Emitter Rear Contact) المعروفة اختصاراً بـ(PERC) هي ألواح أحادية البلورة تم إجراء تحسينات عليها من خلال إضافة طبقة عاكسة للضوء وطبقة تخميل في السطح الخلفي لها.

تعمل الطبقة العاكسة للضوء على عكس الأشعة الضوئية، ما يزيد من كمية الإشعاع الذي يتم امتصاصه. وتعمل طبقة التخميل على تقليل تجمع الإلكترونات ما يضمن استمرار تدفقها.

بشكلٍ عام، تساعد الطبقة العاكسة وطبقة التخميل على زيادة كفاءة هذه الألواح بنسبة 5%، وهي أقل الألواح الشمسية المتوفرة في السوق، وتناسب المساحات الصغيرة، لكنها مكلفة مقارنة بأنواع الألواح الأخرى بسبب وجود مواد مضافة إليها.

كمية الكهرباء التي تنتجها ألواح الطاقة الشمسية

تعتبر ألواح الطاقة أحادية البلورة من أفضل الأنواع من حيث الكفاءة، حيث يمكن لمعظم هذه الألواح توليد نحو 300 واط. وتنتج الألواح الشمسية ذات الباعث الخامل مع الاتصال الخلفي طاقة أكبر بنسبة 5% بفضل وجود الطبقة العاكسة وطبقة التخميل. أما ألواح الطاقة الشمسية متعددة البلورات فهي أقل كفاءة في إنتاج الكهرباء، حيث تنتج اللوحة المكونة من 60 خلية كهروضوئية نحو 240 - 300 واط.

لا تأتي الألواح الفيلمية بأحجام موحدة، لذا لا يمكن تحديد كمية الطاقة الكهربائية التي تولدها، لكن بشكل عام، تنتج هذه الألواح كميات أقل من الطاقة التي تنتجها جميع الأنواع الأخرى.

كيف تختار النوع الذي يناسبك؟

إذا كنت ترغب في تركيب ألواح شمسية، يجب أن تنظر في عدد من العوامل مثل:

المساحة

إذا كنت لا تملك مساحة كبيرة للألواح الشمسية، فمن الأفضل اختيار الألواح أحادية البلورة أو الألواح ذات الباعث الخامل مع الاتصال الخلفي.

التكلفة

الألواح الشمسية متعددة البلورات تكون أقل تكلفة من الألواح أحادية البلورة، لكنها أقل كفاءة في إنتاج الطاقة. الألواح الفيلمية هي خيار جيد منخفض التكلفة، لكنها أقل أنواع الألواح الشمسية كفاءة.