تعليمات إنشاء وحدة ألواح شمسية منزلية لتوليد الكهرباء

تضم أي وحدة ألواح شمسية أسطح معالجة بطريقة معينة لاستخدامها في توليد الطاقة الكهربائية عن طريق أشعة الشمس، حيث يقوم الجهاز بتحويل الطاقة الضوئية إلى صورة أخرى من صور الطاقة مثل تحويلها إلى طاقة كهربائية، أو إلى طاقة حرارية، حيث يقوم بتحفيز ضوء الشمس على القيام ببعض التفاعلات الكيميائية المعينة، وتلك الطاقة التي تنتج عن الألواح الشمسية هي طاقة طبيعية متجددة لا تنتهي كما أنها نظيفة وصديقة للبيئة، ولا ينتج عنها مخلفات ضارة. تعد الشمس أكبر مصدر للطاقة على الأرض، وعلى الرغم من أن الطاقة الناتجة عن الشمس تتشتت في الفضاء إلا أن الكمية التي تصل إلى الأرض تغطي احتياجات البشر من الطاقة عند حسن استخدامها وتطبيقها. يرجع ابتكار الخلايا الشمسية إلى عالم الفيزياء الفرنسي ألكسندر إدموند وذلك في عام 1839م؛ حيث تمكن من اختراع الإلكترود وهي أداة تستطيع تحويل أشعة الضوء إلى طاقة كهربائية بعد سقوطها على شرائح من عناصر معينة، وبدأت بعدها التجارب العديدة للتوصل إلى إنتاج الطاقة الكهربائية والاستفادة منها عن طريق استغلال الطاقة الصادرة من الشمس. وفي عام 1888م حصلت الولايات المتحدة على براءة اختراع صناعة الخلايا الشمسية، لكن عمليات التطوير لم تتوقف وما زالت مستمرة حتى هذا اليوم لإنتاج ألواح شمسية أكثر كفاءة وبتكلفة أقل. في هذا المقال سنوضح آلية عمل الألواح الشمسية وكمية الطاقة المتولدة عنها.

ماذا تحتاج لتنفيذ تلك التعليمات؟

آلية عمل أي نظام ألواح شمسية

الخلية الشمسية هي أداة أو وصلة بسيطة البناء تعمل على تحويل فوتونات أشعة الشمس إلى أشكال أخرى من الطاقة يمكن للإنسان الاستفادة منها. الطريقة الرئيسية للقيام بهذا التحويل هي السماح للخلايا الشمسية بامتصاص الفوتونات الموجودة في أشعة الشمس وإسقاطها على سطح من الكريستال أو أحد العناصر الكيميائية. وتلك الخاصية الكريستالية أو البلورية تفيد بأن الذرات في هذا العنصر مرتبة بنمط ثابت ودقيق جدا على المستوى الجزيئي، ويعد السليكون أكثر العناصر رواجا في هذه الخلايا وذلك لأنه يمتلك خاصية مشتركة بين المعادن الموصلة للكهرباء والعوازل المانعة لتوصيل الكهرباء وبالتالي فإنه يمثل دورا جوهريا في تكوين الخلية عند اصطدام الفوتونات بالسطح المكون من السيليكون فإنها تحول الذرات إلى أيونات أي أنها تمدها بشحنة كهربائية مما ينتج عنه بعض الإلكترونات، وبالتالي تتحول إلى أيونات شحنتها موجبة وتستطيع الشحنات أن تنتقل من مستوى إلى آخر بحرية تامة، وتصبح تلك الشحنات هي أساس الطاقة التي تنتجها الخلايا الشمسية من الضوء، وتبدأ الإلكترونات داخل الخلايا الشمسية في الحركة نتيجة اكتسابها الشحنة الكهربائية وتقوم بتشكيل حقل من الكهرباء، وتنطلق الإلكترونات من السيليكون أو أي مادة أخرى مستعملة في الخلايا الشمسية وتتجمع في صورة طاقة كهربائية تيارها مستمر مثل كهرباء البطاريات، وبعدها تنتقل الكهرباء الناتجة عن عمل ألواح شمسية إلى جهاز المحول الذي يحول هذه الكهرباء من حالة التيار المستمر إلى التيار المتردد، وهكذا تصبح الطاقة الكهربائية المولدة جاهزة لتشغيل المنازل أو المصانع.

كمية الطاقة المتولدة

تعتمد كمية الطاقة الكهربائية الناتجة عن عمل وحدة ألواح شمسية على حجم اللوحة نفسها، وما يحتويه من خلايا شمسية. ينتج اللوح الواحد في المتوسط 250 وات تقريبا ويمكن معرفة قدرة الألواح الشمسية على الإنتاج من ورقة البيانات المرفقة مع الألواح عند شرائها من الشركة التجارية.

أسعار ألواح الطاقة الشمسية

تتراوح قدرة لوح الطاقة الشمسية شمسية الواحدة على إنتاج ما يقرب من 350 وات. الألواح الأكثر رواجا في الأسواق تنتج في الأغلب 250 وات، وسعر هذا اللوح من النوع متعدد الكريستالات يتراوح بين 130 دولار إلى 200 دولار لكل لوح شمسي، ويتفاوت السعر تبعا لمعايير معينة مثل: اسم الشركة المنتجة وجودة الألواح وشروط الضمان. ويبلغ سعر وحدة ألواح شمسية التي تولد 1 كيلو وات ما يتراوح بين 520 دولار إلى 800 دولار.

ويتكلف سعر تركيب الألواح الشمسية في شقة عادية ما يعادل 2400 دولار حيث تتمكن من توليد 200 كيلو وات، وبالطبع هذه التكلفة ليست بسيطة إلا أنها تستمر لمدة كبيرة، أي كأنك لا تدفع فاتورة الكهرباء لمدة عشرين عام.

صناعة الخلايا الشمسية يدويًا

يتم إحضار قطعة من النحاس والتأكد من نظافة وعدم وجود أي زيوت وشحوم عليها، ويمكن استعمال ورق الصقل للتأكد من خلوها من أي تآكل.

توضع صفيحة النحاس علي المشعل لأعلى درجة وعندما يبدأ النحاس في السخونة ستلاحظ تشكيل أنماط الأكسدة عليها بألوانها المختلفة وتتحول في النهاية إلى اللون الأسود نتيجة تكون أكسيد النحاس. يجب ترك الصفيحة بعد تكون الطبقة السوداء عليها لمدة نصف ساعة حتى تبرد ببطء وخلال ذلك الوقت سينكمش الأكسيد الأسود المتكون على قطعة النحاس، وبعد أن يبرد النحاس ويصل إلى درجة حرارة الغرفة أي بعد حوالي 20 دقيقة يمكن للأكسيد الأسود أن يذهب بالحك الخفيف باليد تحت تيار الماء الجاري، ويتعين عليك الاحتفاظ بتلك الطبقة.

تقطع صفيحة أخرى من النحاس في نفس حجم الصفيحة الأولى، أحن الصفيحتين بلطف، حتى يلامسا الشكل الداخلي للقنينية البلاستيكية وذلك دون أن تلمس إحداهما الأخرى، احن القطعتين حتى يتناسبان مع حجم قنينة البلاستيك لكن دون أن تتلامس القطعتين، ومن الأفضل أن تواجه طبقة أكسيد النحاس الجانب الخارجي للقنينة لأن سطحها أنظف وأنعم. اربط ماسكي فك التمساح، أحدهما إلى الصفيحة الجديدة والآخر إلى صفيحة أكسيد النحاس. وصل سلك من الصفيحة الجديدة إلى صفيحة الطرف الموجب لجهاز الأميتر، وصل السلك من صفيحة أكسيد النحاس إلى الطرف السالب للأميتر. امزج ملعقتين من الملح مع ماء الصنبور وحرك الماء حتى يذوب كل الملح، وبعدها ضع الماء المالح في القنينة دون أن تتبلل ماسكات فك التمساح، ولا يجب أن يغطي الماء الصفيحتين بالكامل، فمن الأفضل ترك بوصة من الصفيحتين فوق مستوى الماء؛ كي تتمكن الخلية من التحرك دون أن تتبلل ماسكات فك التمساح، وبعدها ضع القنينة في الشمس.

تنتج هذه الخلية 50 مايكرو أمبير، وهي لا تقدر على تشغيل المصابيح أو شحن البطاريات، لكن يمكن استعمالها كمقياس لضوء خفيف.

يسعى العالم كله إلى الاعتماد على الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية لأن مصادرها لا تنضب ولأنها آمنة الاستخدام ولا ينتج عنها أي مخلفات ضارة، ويعتقد الباحثون أن الدول كلها ستستغنى عن الوقود الحفري كالبترول والغاز الطبيعي، وستلجأ إلى الشمس والرياح والمياه كمصادر لتوليد الكهرباء، وذلك في خلال مئة عام. تناولنا في هذا المقال كيفية صناعة خلية شمسية صغيرة، وأسعار الألواح في حالة رغبت في إنشاء وحدة ألواح شمسية في منزلك، كما ذكرنا آلية عمل تلك الألواح والفكرة العلمية التي تعتمد عليها.

الكاتب: شروق عبد الرحمن