هل تساءلت يوماً عن ماهي مكونات الألواح الشمسية الكهروضوئية؟ وكيف يتم تجميعها؟

أضحت الألواح الشمسية الكهروضوئية منتشرة في كل مكان, فنراها على أسطح الأبنية وفي الأراضي الزراعية وعلى أسطح البيوت الزراعية المحمية وحتى على السيارات والقوارب, وندرك أنها تنتج الطاقة الكهربائية, لكن لا بدّ من التعرّف على مكوناتها.

تتألف الألواح الشمسية الكهروضوئية بشكل عام من المكونات الأساسية التالية: الخلايا الشمسية الكهروضوئية وطبقة الغطاء الزجاجي والطبقة الغطاء الخلفي الواقي والإطار المعدني و صندوق التوصيل.

و سنتعرف في هذا المقال على المكونات السابقة بالتفصيل, وسنبدأ بالمكوّن الأول وهو الخلايا الشمسية الكهروضوئية:

تمثل الخلايا الكهروضوئية الجزء من اللوح الشمسي المسؤول عن إنتاج الطاقة الكهربائية, وهي عبارة عن مكونات كهربائية خاصّة تستخدم خاصية التأثير الكهروضوئي لتحويل الضوء إلى طاقة كهربائية. ويضم كل لوح شمسي 60 أو 72 خلية كهروضوئية لإنتاج الطاقة الكهربائية. ومؤخراً ظهرت الألواح الكهروضوئية بأنصاف الخلايا التي فسحت المجال لإضافة عدد أكبر من الخلايا الكهروضوئية إلى اللوح الشمسي. وتعتبر الخلايا المصنوعة من بلورات السيليكون الأكثر انتشاراً, إضافةً لوجود أنواع أخرى للخلايا مثل الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة thin-film, والخلايا العضوية organic solar cells, والطلاء الشمسي solar paint, بحسب وزارة الطاقة الأمريكية, فإنّ أكثر من 95% من الألواح الشمسية تستخدم الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون, وذلك نظراً لمميزاته.

بينما طبقة الغطاء الزجاجي فتوضع في الجزء الأمامي من اللوح, وتتم معالجة طبقة الزجاج هذه وجعلها متينة لتأمين الحماية اللازمة للخلايا الكهروضوئية تحتها. فهي قادرة على تحمّل تأثير البرد والرياح وغيرها من العوامل الخارجية, وتتميّز بدرجة عالية الشفافية تسمح بوصول أكبر قدر ممكن من ضوء الشمس للخلايا الكهروضوئية تحتها.

صورة توضيحية لمكونات اللوح الشمسي

وبالنسبة لطبقة الغطاء الخلفي الواقي, فتقع في الجزء الخلفي من اللوح وتحمي الخلايا الكهروضوئية من أي عوامل خارجية قد تؤثر عليها, كما أنها توفر طبقة عزل كهربائي لمنع مرور التيار الكهربائي من الألواح إلى الأسطح التي تتلامس معها, كالأسقف, عن طريق الخطأ. غالباً ما يتم صناعة هذه الطبقة من مواد بوليمرية متينة ذات خصائص عزل جيدة. قد تأتي بألوان مثل الأبيض وهو الأكثر شيوعاً أو اللون الأسود, والذي يعتبر أقل استخداماً كونه يساهم في امتصاص كميات أكبر من الحرارة وبالتالي التأثير سلباً على كفاءة اللوح.

ويحيط بالمكونات السابقة الإطار المعدني, والذي يتم تصنيعه من الألمنيوم خفيف الوزن لتجميع الطبقات السابقة كلها وحمايتها من الظروف الجوية القاسية. يوفر صندوق التوصيل طريقة مناسبة لربط الألواح ببعضها البعض. و يلعب صندوق التوصيل دورًا بسيطًا ولكنه أساسي لأنه معروف بإيواء جميع القطع الكهربائية على لوحة شمسية مع حمايتها من البيئة. تتصل بعض الأسلاك بصمامات ثنائية بالداخل ، مما يوفر طريقة سهلة لربط الألواح ببعضها البعض. يحتوي صندوق التوصيل على صمامات ثنائية تجاوز تضمن تدفق الطاقة في اتجاه واحد وتمنعها من التغذية مرة أخرى إلى الألواح. يحمي الصمام الثنائي كل سلسلة حيث يعمل كبوابة توفر تدفقًا لا نهاية له من الطاقة.

كيف تتم عملية تصنيع الألواح الشمسية الكهروضوئية؟

يتم تصنيع الألواح الشمسية الكهروضوئية في مصانع كبيرة مؤتمتة باستخدام تقنيات متطورة, وتقسم عملية التصنيع إلى مرحلتين. يتم في المرحلة الأولى إنتاج الخلايا الكهروضوئية, ثمّ يتم تجميع مكونات اللوح معاً في المرحلة الثانية.

في المرحلة الأولى: يتم صهر السيليكون وخلطه مع الغاليوم أو البورون وإعادة تشكيله للحصول على سبائك سيليكونية, ثمّ يتم تقطيع هذه السبائك باستخدام الليزر إلى رقائق دقيقة تسمى رقائق السيليكون, ويتم طلاؤها بطلاء مانع للانعكاس, ثمّ تقطيعها إلى خلايا كهروضوئية فردية جاهزة لوضعها ضمن الألواح.

وتتألف الخلايا الكهروضوئية الأحادية البلورة من بلورة سيليكون واحدة, أمّ الخلايا متعدّدة البلورات فتتألف من عدّة بلورات صغيرة مربعة.

وفي مرحلة التجميع: يتم تجميع عدّة خلايا كهروضوئية ولحمها معاً, ثمّ تضاف الطبقات الواقية حولها, ويتم تثبيت الغطاء الزجاجي الخارجي في الأعلى, و الغطاء العازل الخلفي في الأسفل, ثمّ يتم وضع الإطار المعدني  حول اللوح بالكامل, ثمّ يتم إضافة صندوق التوصيل لحماية الأسلاك الكهربائية من التلف, وفي حال كان هذا اللوح يعمل بالتيار المتناوب, يتم إضافة عاكس ميكروي.

لماذا تعتبر الألواح الشمسية الكهروضوئية صديقة للبيئة وتحقق الاستدامة؟

تقوم الألواح الشمسية الكهروضوئية بتحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية دون إصدار أي انبعاثات للغازات الدفيئة, بالتالي تعتبر صديقة للبيئة.

وبما أنّه يتم استخدام السيليكون في تصنيع الخلايا والغطاء الزجاجي, والذي يعتبر ثاني أكثر العناصر انتشاراً على سطح الأرض, كما يستخدم الألمنيوم في صناعة الإطار المعدني, بالتالي لن يكون هناك مشكلة في تأمين المواد اللازمة للتصنيع لتوفرها بكثرة.

وتتميّز الألواح الشمسية الكهروضوئية بعمرها التشغيلي الطويل الذي قد يستمر حتى ثلاثون عاماً, دون الحاجة إلى صيانة أو استبدال, وقد بدأت مشاريع إعادة الألواح التالفة بالعمل في بعض البلدان.