ما نوع الضوء الذي تحتاجه الخلية الشمسية؟

ينفجر الإشعاع الشمسي باللون الأحمر إلى الأطوال الموجية البنفسجية خلية شمسية مع طاقة كافية لتوليد الكهرباء. لكن الخلايا الشمسية لا تستجيب لجميع أشكال الضوء. تحتوي الأطوال الموجية في طيف الأشعة تحت الحمراء على القليل جدًا من الطاقة اللازمة لتحريك الإلكترونات المفككة في سيليكون الخلية الشمسية ، وهو التأثير الذي ينتج عنه تيار كهربائي. الأطوال الموجية فوق البنفسجية لديها الكثير من الطاقة. هذه الأطوال الموجية تخلق ببساطة الحرارة ، والتي يمكن أن تقلل من كفاءة الخلية. تتطلب الخلايا الشمسية أطوال موجية معينة في طيف الضوء لتوليد كميات مفيدة من الكهرباء.

الخلية الشمسية ، أو الخلايا الكهروضوئية ، عبارة عن شطيرة من طبقتين من السيليكون ؛ طبقة واحدة ، تسمى نوع N ، تحتوي على آثار لعناصر مثل الزرنيخ لإعطاء المادة شحنة كهربائية سالبة ؛ الطبقة الثانية ، المسماة P-type ، مغطاة بعناصر أخرى تعطي شحنة موجبة. كهربائيًا ، يعمل الجانبان مثل أطراف البطارية ؛ عند الاتصال بدائرة ، يتدفق تيار كهربائي من الجانب الموجب ، عبر مكونات الدائرة وإلى الجانب السلبي للخلية الشمسية. تستخدم بعض الخلايا الشمسية السيليكون في شكل بلوري ؛ يستخدم البعض الآخر السيليكون غير المتبلور أو الزجاجي. يميل السيليكون البلوري إلى أن يكون أكثر كفاءة في تحويل الضوء ولكنه يكلف أكثر من النوع غير المتبلور.

السطوع أو اللمعان هو مقدار الضوء الذي يضيء على خلية شمسية. في الظلام الدامس ، لا تنتج الزنزانة كهرباء. مع زيادة كمية الضوء ، يزداد كذلك تيار الخلية. ومع ذلك ، عند مستوى معين من السطوع ، يصل إخراج الخلية إلى حد معين ؛ بعد هذه النقطة ، لا يعطي المزيد من الضوء أي تيار إضافي. تتضمن مواصفات الخلية الشمسية جهدًا اسميًا وتصنيفًا للتيار وهو ناتج الخلية تحت أشعة الشمس الساطعة المباشرة. للحصول على أكبر ناتج من خلية شمسية ، من المهم مواجهتها نحو الشمس بشكل مباشر قدر الإمكان. يقوم مُثبِّت الألواح الشمسية ، على سبيل المثال ، بتركيب لوحة بزاوية تلتقط معظم أشعة الشمس. تعتمد الزاوية على مكان وجودك على الأرض: كلما ابتعدت عن خط الاستواء في الشمال أو الجنوب ، كانت الزاوية أكثر انحدارًا. تحتوي بعض "مزارع" الطاقة الشمسية على ألواح على آلية مائلة ، لتتبع حركة الشمس اليومية في السماء.

الضوء المرئي هو جزء من الطيف الكهرومغناطيسي ، وهو شكل من أشكال الطاقة يشمل أيضًا موجات الراديو والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية. تمثل ألوان قوس قزح الموجودة في الضوء المرئي أطوال موجية مختلفة ؛ الطول الموجي للون الأحمر ، على سبيل المثال ، حوالي 700 نانومتر ، أو جزء من المليار من المتر ، و 400 نانومتر هو الطول الموجي للبنفسجي. تستجيب الخلايا الشمسية للعديد من الأطوال الموجية نفسها التي تكتشفها العين البشرية.

تعمل الخلايا الشمسية بشكل جيد بشكل عام مع ضوء الشمس الطبيعي ، حيث أن معظم استخدامات الأجهزة التي تعمل بالطاقة الشمسية تكون في الهواء الطلق أو في الفضاء. نظرًا لأن المصادر الاصطناعية للضوء مثل المصابيح المتوهجة والمصابيح الفلورية تحاكي طيف الشمس ، يمكن للخلايا الشمسية أيضًا العمل في الداخل ، وتشغيل الأجهزة الصغيرة مثل الآلات الحاسبة والساعات. المصادر الاصطناعية الأخرى مثل الليزر ومصابيح النيون لها أطياف ألوان محدودة للغاية ؛ قد لا تعمل الخلايا الشمسية بفعالية مع ضوءها.