الاختلافات بين الخلايا الشمسية والخلايا الكهروضوئية
على الرغم من أن الخلايا الشمسية والخلايا الكهروضوئية تشترك في بعض الخصائص، إلا أنه يمكن التمييز بينهما بشكل واضح. لكل منهما طريقة استخدام ودائرة كهربائية خاصة بها. والخلية الشمسية مصممة للعمل تحت إشعاع الشمس فقط، بينما تعتمد الخلايا الكهروضوئية على مصدر ضوئي لتحويله إلى طاقة كهربائية. سنقوم في هذا المقال بتوضيح الفروقات بين الخلايا الشمسية والخلايا الكهروضوئية بشكل مفصل، لنبدأ بتعريف كلا النوعين:
الخلية الشمسية
تُعرَف الخلية الشمسية بأنها جهاز يقوم بتحويل الطاقة الضوئية مباشرة إلى طاقة كهربائية. تُصنع غالبية الخلايا الشمسية من مادة السيليكون، مما يزيد من كفاءتها ويقلل من تكاليف الإنتاج. على عكس البطاريات أو خلايا الوقود، لا تعتمد الخلايا الشمسية على تفاعلات كيميائية أو تحتاج إلى وقود لتوليد الطاقة الكهربائية. كما أنها ليست مزودة بأي أجزاء متحركة، مما يجعلها أكثر اعتمادية. يُمكن ترتيب الخلايا الشمسية في مجموعات كبيرة تُعرف بالمصفوفات، والتي يمكن أن تعمل كمحطات طاقة كهربائية مركزية لتحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية تُوزع على المستخدمين في القطاعات الصناعية والتجارية والسكنية.
الخلية الكهروضوئية
الخلية الكهروضوئية، المعروفة اختصاراً (PV)، تُستخدم لتجميع الطاقة عن طريق تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء مفيدة من خلال عملية تُسمى التأثير الكهروضوئي. توجد عدة أنواع من الخلايا الكهروضوئية التي تعتمد جميعها على أشباه الموصلات للتفاعل مع الفوتونات الواردة من الشمس لتوليد تيار كهربائي.
عملية التأثير الكهروضوئي تُنتج فولتية أو تيار كهربائي داخل الخلية الكهروضوئية عندما تتعرض لأشعة الشمس. تتكون هذه الخلايا من نوعين مختلفين من أشباه الموصلات (النوع p والنوع n)، التي تتم متابعتها معاً لتشكيل الخلية الشمسية (p-n). من خلال التفاعل بين هذين النوعين، يتم إنشاء مجال كهربائي عند منطقة التقاطع، حيث تتحرك الإلكترونات نحو الجانب الإيجابي (p) وتتحرك الثقوب نحو الجانب السلبي (n). هذه الحركة للجسيمات الموجبة والسالبة تسهم في إنتاج التيار الكهربائي في الخلية. وللتوضيح، يتكون الضوء من فوتونات، وهي وحدات صغيرة من الإشعاع الكهرومغناطيسي. عندما يسقط ضوء بطول موجي معين على الخلايا الكهروضوئية، يتم نقل الطاقة من الفوتون إلى الإلكترون بواسطة المادة شبه الموصلة، مما يؤدي إلى زيادة مستوى طاقة الإلكترون، مما يمكنه من الحركة وتوليد تيار كهربائي داخل الخلية.
تلخيص الاختلافات بين الخلايا الشمسية والخلايا الكهروضوئية
تشكل الخلايا الكهروضوئية والألواح الشمسية أجزاء لا تتجزأ من نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية، حيث تُعتبر الخلايا الكهروضوئية هي العنصر الأساسي في تكوين الألواح الشمسية، بينما تمثل الألواح الشمسية جزءاً حيوياً من كامل النظام الشمسي.
على الرغم من أن الخلايا الكهروضوئية تملك القدرة على تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء بمفردها، إلا أن الألواح الشمسية ضرورية، لأنها تحمي الخلايا من العوامل الجوية وتساعد في توجيه الطاقة الكهربائية الناتجة نحو العاكس والمنزل. اعتماداً على النظام الكهربائي للمنشأة، يتم تحويل الكهرباء إلى تيار متردد يمكن استخدامه في المنازل والمعدات. من المهم ملاحظة أن عدد الخلايا الشمسية يعتمد على الحجم المحدد للوحة والعلامة التجارية.
تتنوع الاستخدامات لكل من الخلايا الشمسية والخلايا الكهروضوئية. تُستخدم الخلايا الشمسية عادةً لتشغيل الأجهزة ذات الجهد المنخفض مثل الآلات الحاسبة، أو لشحن بطاريات كبيرة. بينما تُستخدم الخلايا الكهروضوئية في تطبيقات مثل العدادات الضوئية وكاميرات الفيديو وإضاءة أعمدة الشوارع، كما أنها تلعب دوراً هاماً في أنظمة الأمان حيث يمكن قطع الطاقة في حالة حجب الضوء.
النظام الكهروضوئي
يتكون النظام الكهروضوئي (PV) من لوحة شمسية أو أكثر متصلة مع عاكس وأجهزة كهربائية وميكانيكية أخرى تستخدم الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء. تختلف الأنظمة الكهروضوئية بشكل كبير في الحجم، من أنظمة صغيرة على الأسطح إلى محطات توليد كبيرة. على الرغم من أن الأنظمة الكهروضوئية يمكن أن تعمل بشكل مستقل كنظم خارج الشبكة، إلا أن الاعتماد على الأنظمة الموصولة بالشبكة يضمن تنظيم عملية توليد الكهرباء والتحكم في الطاقة الناتجة بكفاءة.