مدونة التربية و التعليم في الجزائر – دروس، فروض، نتائج امتحانات مدونة التربية والتعليم في الجزائر | تحضير الدروس، فروض واختبارات، نتائج البكالوريا وBEM، مسابقات التوظيف، والتوجيه المدرسي للطلاب وأولياء الأمور.
الطاقة الشمسية: أنظمة الخلايا الكهروضوئية — المستوى الجامعي
الطاقة الشمسية هي الطاقة المستمدة من أشعة الشمس، وتعد من أهم مصادر الطاقة المتجددة والنظيفة في العالم. يركز هذا الدرس على الخلايا الكهروضوئية (Photovoltaic Cells) التي تحول ضوء الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية، وهي التقنية الأكثر انتشاراً في مجال الطاقة الشمسية على المستوى العالمي والجزائري.
مبدأ عمل الخلية الشمسية
تعمل الخلية الشمسية الكهروضوئية على مبدأ التأثير الكهروضوئي (Photovoltaic Effect) الذي اكتشفه العالم إدموند بيكريل عام 1839. تتكون الخلية من طبقتين من مادة السيليكون: طبقة من النوع N (غنية بالإلكترونات) وطبقة من النوع P (غنية بالفجوات الإلكترونية). عندما تسقط الفوتونات من ضوء الشمس على الخلية، تنطلق الإلكترونات من ذرات السيليكون مكونة تياراً كهربائياً مستمراً (DC) يمكن تحويله إلى تيار متردد (AC) عبر جهاز العاكس (Inverter).
أنظمة الخلايا الكهروضوئية
- النظام المتصل بالشبكة (Grid-Connected System): النظام الأكثر شيوعاً حيث يتم ربط الألواح الشمسية بالشبكة الكهربائية العمومية، ويتم بيع الفائض من الكهرباء لشركة التوزيع.
- النظام المعزول (Off-Grid System): نظام مستقل عن الشبكة مزود ببطاريات لتخزين الطاقة لاستخدامها ليلاً أو في الأيام الغائمة.
- النظام الهجين (Hybrid System): يجمع بين النظامين السابقين مع بطاريات تخزين للاستخدام الاحتياطي.
- محطات الطاقة الشمسية المركزة (CSP): تستخدم المرايا لتركيز أشعة الشمس على سائل ماص للحرارة لتوليد بخار يدير توربينات لتوليد الكهرباء.
مكونات النظام الكهروضوئي
- الألواح الشمسية: تتكون من خلايا سيليكونية مرتبطة معاً، وتقاس قدرتها بالواط الذروة (Wp).
- منظم الشحن (Charge Controller): ينظم الجهد والتيار القادمين من الألواح لحماية البطاريات.
- العاكس (Inverter): يحول التيار المستمر من الألواح إلى تيار متردد للأجهزة المنزلية.
- البطاريات (Batteries): تخزن الطاقة الزائدة للاستخدام في أوقات غياب الشمس.
- هيكل التثبيت (Mounting Structure): يدعم الألواح ويثبتها بزاوية ميل مناسبة لزيادة كفاءة الإنتاج.
كفاءة الخلايا الشمسية
تتراوح كفاءة الخلايا الشمسية التجارية بين 15% و22% للخلايا أحادية البلورة (Monocrystalline)، وبين 13% و17% للخلايا متعددة البلورة (Polycrystalline). تستمر الأبحاث في تطوير خلايا أكثر كفاءة كخلايا البيروفسكايت (Perovskite) التي وصلت كفاءتها في المختبرات إلى أكثر من 25%. يتأثر أداء الألواح بعوامل كدرجة الحرارة والغبار والتظليل وزاوية الميل.
للاستزادة في مجالات الطاقة، يمكنكم الاطلاع على درس الفيزياء الحديثة: النظرية النسبية وميكانيكا الكم، كما يمكنكم التعرف على الهندسة الكهربائية: الدوائر الكهربائية وتحليل التيار.