عندما نتحدث عن أكثر مصادر الطاقة وفرة في العالم فسرعان ما تتبادر الشمس إلى الذهن، يقدر عمر الشمس بأكثر من 4.5 مليار سنة إلى جانب 5 مليارات سنة أخرى من وقود الهيدروجين ليحترق خلال حياتها، هذا تعريف مثالي لمورد طاقة متجددة لن ينضب في أي وقت.
تعد الطاقة الشمسية مفيدة إلى حد كبير، حيث يمكن استخدامها دون إطلاق غازات الدفيئة أو المنتجات الثانوية الخطرة، يمكن استخدام طاقة الشمس مباشرة للتدفئة والتبريد والإضاءة ويمكن أيضًا تحويلها إلى كهرباء لتشغيل أي شيء بدءًا من المنازل والمباني التجارية والعمليات الصناعية، في الواقع يتوقع العلماء أن تكون طاقة الشمس أكبر مصدر للكهرباء بحلول عام 2050.
الألواح الشمسية: هي عبارة عن أجهزة مصممة خصيصًا تستفيد من طاقة الشمس وتحولها إلى كهرباء، وهي تتكون من وحدات أصغر تُعرف بالخلايا الشمسية أو الخلايا الكهروضوئية، الخلايا الشمسية هي المكونات الرئيسية المسؤولة عن تحويل طاقة الشمس إلى كهرباء.
غالبية الألواح الشمسية (80٪) مصنوعة من السيليكون البلوري، حيث تشمل الأمثلة على الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري: أحادي البلورية ومتعدد البلورات وسيليكون غير متبلور وهجينة، يتم وضعها عادةً على أسطح المنازل أو تثبيتها في أماكن مفتوحة لضمان أقصى وصول لأشعة الشمس.
نسبة (20٪) المتبقية من الألواح الشمسية يشمل بشكل أساسي الخلايا الشمسية المصنوعة من تيلورايد الكادميوم بما في ذلك كمية صغيرة ولكنها سريعة النمو من CIGS، يذهب الناس إلى الألواح الشمسية من الكادميوم تيلورايد؛ لأنها رخيصة الثمن إلى حد ما، حيث يمكن تصنيعها في صفائح مفردة كبيرة.
بعد التطوير يتم دائمًا إغلاق الألواح الشمسية تمامًا لعزلها عن الظروف المناخية القاسية، يتم لفها لاحقًا بزجاج غير عاكس لتثبيتها من التلف الخارجي ووضعها بعناية في إطار صلب، تم تصميم الإطار خصيصًا لمنع التشوه الناتج عن الطقس المتجمد والرياح القوية، يأتي الإطار أيضًا مع فتحة تصريف لتخفيف تراكم الماء على الألواح، حيث يمكن أن يؤدي تراكم المياه إلى تقليل الإنتاج بشكل كبير.
في الخلية الشمسية يتم ضغط السيليكون البلوري بين الطبقات الموصلة، تقترن كل ذرة سيليكون بجيرانها بأربعة روابط قوية والتي تحافظ على الإلكترونات في مكانها مما يمنع التيار من التدفق، التفسير الأساسي هو أن السيليكون يستخدم طبقتين مميزتين من السيليكون؛ السيليكون من النوع N والذي يتكون من إلكترونات إضافية وسيليكون من النوع P والذي يتكون من مساحات إضافية للإلكترون تُعرف بالثقوب، تسمح المنطقة التي يلتقي فيها نوعان من السيليكون والتي تسمى تقاطع PN للإلكترونات بالتجول عبرها مما يخلق شحنة موجبة على جانب وشحنة سالبة على الجانب الآخر.
تحمل أشعة الشمس عددًا كبيرًا من الفوتونات وعندما يضرب فوتون واحد خلية السيليكون بطاقة كافية يمكنه أن يزيل إلكترونًا عن السندات تاركًا وراءه ثقبًا، يتمتع الإلكترون سالب الشحنة بالإضافة إلى موقع الثقب الموجب الشحنة بحرية التجول، ومع ذلك بسبب المجال الكهربائي عند تقاطع PN فإنهم سيذهبون في اتجاه واحد فقط.
يتم سحب الفتحة إلى الجانب P بينما يتم سحب الإلكترونات إلى الجانب N، ومن ثم يتم جمع الإلكترونات المتحركة باستخدام أصابع معدنية رفيعة تقع في الجزء العلوي من الخلية، من هناك يُسمح لهم بالتدفق عبر دائرة خارجية تؤدي وظائف كهربائية مثل تشغيل لمبة قبل أن تتدفق مرة أخرى عبر لوح من الألومنيوم الموجود في الخلف.
تم تصميم الألواح الشمسية لتسخير طاقة الشمس وتحويلها إلى كهرباء لتزويد المنازل والشركات بالطاقة، تتحول الطاقة الشمسية بسرعة إلى مصدر طاقة منخفض التكلفة وصديق للبيئة وشائع، أظهرت الأبحاث التي أجريت مؤخرًا أن فواتير الكهرباء قد زادت في السنوات الأربع الماضية، إضافةً إلى تكلفة المعيشة، ومدي فهم لماذا يلجأ الكثير من الناس إلى استخدام الطاقة الشمسية، فيما يلي فوائد التحول إلى الألواح الشمسية كوسيلة لتوليد الكهرباء: