كيفية صنع ألواح الطاقة الشمسية

الطاقة الشّمسيّة

ازداد الطّلب مؤخراََ على مصادر بديلة للطاقة بعد إدراك مساوئ مصادر الطّاقة الأحفوريّة، مثل: النّفط والفحم التي تلوّث البيئة وتسبب الاحتباس الحراري، كما أنّها معرضّة للنفاذ بعد فترة من الاستهلاك. تُعد الطّاقة الشّمسيّة (بالإنجليزيّة: Solar power) إحدى مصادر الطّاقة المتجدّدة؛ أي أنّها غير قابلة للنفاذ، فالشّمس تشرق كل صباح وتزودنا بما نحتاجه من ضوء ودفء، كما يمكن استغلال الطّاقة الشّمسيّة باستخدام الخلايا الشّمسيّة التي تحوّل أشعة الشّمس إلى طاقة كهربائيّة يمكن الاستفادة منها في كثير من المجالات.

الخلايا الشّمسيّة

تعمل الخليّة الشّمسيّة (بالإنجليزيّة: Photovoltaic Cell) على تحويل الطاقة الشّمسيّة إلى طاقة كهربائيّة استناداً إلى ظاهرة تُسمى التأثير الضوء جهدي (بالإنجليزيّة: Photovoltaic Effect)، وتُبنى الخلايا الشّمسيّة غالباً من بلّورات السّليكون شبه الموصلة، ويُضاف إليها بعض الشّوائب مثل الفسفور لتحسين قدرتها على توصيل الكهرباء، وعند سقوط أشعة الشّمس على بلورات السّليكون فإنها تمتصّها؛ مما يحفّز الإلكترونات التي ترتبط ببعضها بروابط تساهميّة على التّحرر، وتبدأ بالتحرّك عشوائياََ داخل بلورة السّليكون، مما يولّد تياراً كهربائياً. ومن أشهر أنواع الخلايا الشّمسيّة:

• الخلايا الشمسية أحادية التّبلور: تُصنَع من السّليكون النقي، وهي أكثر أنواع الخلايا الشّمسيّة كفاءة في تحويل الطّاقة الضّوئيّة إلى طاقة كهربائيّة؛ إذ تصل كفاءتها إلى 20%، كما أنّها تدوم لفترة أطول من باقي الأنواع؛ إلّا أنّها تُعتبر غالية الثّمن.
• الخلايا الشّمسيّة متعددة التّبلور: وهي أول خلايا شمسيّة تم تصنيعها، وذلك في عام 1981م، وهي مصنوعة من بلورات سيليكون أقل نقاءً من تلك المستخدمة في صنع الخلايا الشّمسيّة أحادية التّبلور، لذلك فهي أقل كفاءة؛ إذ تتراوح كفاءتها ما بين 13-16٪، وهي أقل سعراً كذلك.
• رقاقات الخلايا الشّمسيّة: وهي خلايا شمسيّة تُصنَع من عدة طبقات من الرّقائق، وتتراوح كفاءتها بين 7-13٪، ويُمكن أن تُصنّف إلى عدة أنواع بحسب المادة المستخدمة في صناعتها، ومنها: السّليكون غير المتبلور، وتيلوريد الكادميوم، وسيلينيد، ونحاس، وإنديوم، وغاليوم.

طريقة صنع ألواح الطاقة الشّمسيّة

يمكن تصنيع ألواح الطاقة الشّمسيّة من خلال اتباع الخطوات الآتية:

• شراء الخلايا الشّمسيّة: عند شراء الخلايا الشّمسيّة يراعى شراء خلايا ذات كفاءة عالية وتكلفة قليلة (يُفضّل استخدام الخلايا الشّمسيّة متعددة البلورات)، ويتم اختيار عدد الخلايا الشّمسيّة اعتماداََ على كمية الطّاقة التي يُراد إنتاجها.
• تجهيز لوح من مادة عازلة: يمكن اختيار لوح من الخشب، أو البلاستيك، أو الزّجاج بحيث يكون حجمه مناسباََ لعدد وترتيب الخلايا الشّمسيّة، مع ترك مسافة كافية من الأطراف لتوصيل الأسلاك الكهربائيّة. يُعدّ لوح الخشب هو الخيار الأفضل لأنّه يمكن حفر ثقوب فيه بسهولة لتمرير الأسلاك الكهربائيّة.
• قياس وقصّ أسلاك التّوصيل: يظهر على الخليّة الشّمسيّة عدد من الخطوط القصيرة التي تمتد على عرض الخليّة الشّمسيّة، وخطان طويلان يمتدان على طول الخليّة الشّمسيّة، ولقص أسلاك التّوصيل (بالإنجليزيّة: Tabbing Wire) ستحتاج كل خلية شمسيّة إلى سلكين؛ طول كل واحد منهما ضعف طول الخطيّن الطّويليّن في وسط الخليّة الشّمسيّة.
• لحم سلكي التّوصيل: يُلحَم سلكا التّوصيل بالجهة الخلفيّة للخلية الشّمسيّة باستخدام مسدّس اللّحام، ويُكرّر ذلك لكل الخلايا الشّمسيّة، يجب الانتباه أن يكون السّلكان على امتداد الخطين الطّويلين اللّذين يظهران على الجهة الأماميّة للخلية الشّمسيّة.
• تثبيت الخلايا الشّمسيّة: تُثبّت الخلايا على اللّوح العازل باستخدام صمغ يوضع على منتصف الجهة الخلفيّة من الخلايا، ويتم الضغط قليلاََ لتثبيتها على اللّوح، ثم يجب التأكد من ظهور طرفي سلكي التّوصيل من كل خلية، وأنه يمكن تحريك الأسلاك بسهولة، يُفضل ترتيب الخلايا الشّمسيّة في صفوف قليلة، في المقابل يمكن زيادة عدد الخلايا في كل صف، ومراعاة أن يتم تركيب صفوف الخلايا باتجاهات متعاكسة، بحيث يظهر سلك التّوصيل للصف الأول من جهة، ويظهر من الجهة المعاكسة في الصّف التالي، وهكذا، ومراعاة ترك مسافة فارغة على أطراف اللّوح.
• توصيل الخلايا الشّمسيّة ببعضها البعض: يوصّل سلك التّوصيل في نهاية خلية بالجهة الأماميّة من الخليّة التّالية، ويكرّر ذلك كل مرة، ويتم لحم أسلاك الخليّة الأولى مع أسلاك الخليّة الثّانية.
• مد سلكيّ التّوصيل الملحومَين بالخليّة الشّمسيّة الأولى من الصّف الأول، ولحمهما بسلك توصيل عموميّ (بالإنجليزيّة: Bus Wire)، وتكرار ذلك في الخليّة الأولى من الصّف الثاني.
• مد سلكيّ التّوصيل في نهاية الصّف الأول من الخلايا، والسّلكين في بداية الصّف الثّاني من الخلايا، ولحم الأسلاك الأربعة باستخدام سلك توصيل عموميّ.
• توصيل باقي الصّفوف بالطريقة ذاتها باستخدام أسلاك التّوصيل العموميّ الطّويلة حتى الوصول إلى النّهاية، حينها يتم استخدام سلك توصيل عموميّ قصير، كالذي تم استخدامه في الخليّة الأولى من الصّف الأول، يمثّل سلك التّوصيل العموميّ الموصول بالخليّة الأولى من الصّف الأول القطب الموجب للوحة الخلايا الشّمسيّة، أما سلك التّوصيل العمومي الموصول بالخليّة الأخيرة من الصّف الأخير فيمثّل القطب السّالب للوحة الخلايا الشّمسيّة.
• بناء صندوق من الخشب المضغوط لوضع الخلايا الشّمسيّة فيه، ويفضل طلاء الصّندوق بألوان عاكسة حتى يبقى الصّندوق بارداً؛ إذ إنّ الخلايا تعمل بشكل أفضل عندما تكون باردة، ويساهم طلاء الصّندوق بحمايته من العوامل الخارجيّة ويطيل عمره، بعد ذلك يتم وضع الخلايا الشّمسيّة داخل الصندوق بحيث تتّجه للأعلى.
• توصيل سلك التّوصيل العمومي الذي يمثّل القطب السّالب بصمام ثنائي، أو ديود (بالإنجليزيّة: Diode) ذي أمبيرية أكبر من تلك التي تُنتجها الألواح الشّمسيّة، وتثبيته بقليل من السّليكون.
• توصيل سلك أسود بالصّمام الثّنائي، وتوصيله من الجهة الأخرى بمجموعة أطراف توصيل (بالإنجليزيّة: Terminal Block) يتم تثبيتها في جانب الصّندوق، وتوصيل الجهة المقابلة من مجموعة أطراف التّوصيل بالقطب الموجب من لوحة الخلايا الشّمسيّة.
• توصيل اللّوحة الشّمسيّة بمتحكّم شحن (بالإنجليزيّة: Charge Controller) مع مراعاة توصيل الأطراف السّالبة والموجبة بشكلِِ سليم، وتوصيل الأسلاك من مجموعة أطراف التّوصيل إلى متحكّم الشّحن، ويفضل استخدم أسلاكِِ برموز لونيّة لتتبّع الشّحنات.
• توصيل متحكّم الشّحن ببطاريات مناسبة لحجم لوحة الخلايا الشّمسيّة وفق إرشادات المُصنّع.
• بعد توصيل البطاريات وشحنها من اللّوحات الشّمسيّة، يمكن تشغيل الأجهزة الإلكترونية باستخدام البطاريات.
• إغلاق الصّندوق بإحكام باستخدام لوح مناسب من الزّجاج الصّناعي، والحرص على إغلاق الفجوات لمنع تسرّب الماء داخل الصّندوق.
• تركيب الألواح الشّمسيّة بالطريقة المناسبة، ويمكن اختيار عدة طرق، منها: تركيب الألواح على عربة بحيث يمكن تعديل اتجاه اللّوح اعتماداً على اتجاه الشّمس لزيادة كمية الطاقة الشّمسيّة الممكن الحصول عليها أثناء اليوم، أو تركيب الألواح على سطح المنزل، على أن تكون زاوية السّطح مناسبة لاتجاه الشّمس على الأقل وقت الذروة، وهي فترة الظّهيرة غالباَ، أو يمكن تثبيت الألواح على قاعدة لاقط استقبال فضائيّ، ويمكن برمجتها للتحرّك مع حركة الشّمس.