كيف تعمل الألواح الشمسية؟

الألواح الشمسية تبدو ألواحًا زرقاء صامتة على الأسطح، لكنها في الحقيقة تؤدي حيلة فيزيائية أنيقة: تحوّل ضوء الشمس مباشرةً إلى كهرباء دون وقود ولا أجزاء متحركة. القلب النابض لكل لوح هو الخلية الكهروضوئية المصنوعة غالبًا من السيليكون.

الأساس هو التأثير الكهروضوئي: حين تصطدم جسيمات الضوء (الفوتونات) بذرات السيليكون، تنقل طاقتها إلى بعض الإلكترونات فتتحرّر من مكانها. لكن الإلكترونات الحرة وحدها لا تكفي؛ نحتاج أن تسير في اتجاه واحد لتكوّن تيارًا مفيدًا.

لتحقيق ذلك، تُصنع الخلية من طبقتين من السيليكون المطعّم: طبقة علوية بها ذرات تمنح إلكترونات زائدة (نوع N)، وطبقة سفلية بها «فجوات» تستقبل الإلكترونات (نوع P). عند التقائهما ينشأ مجال كهربائي عند الحدود يعمل كباب أحادي الاتجاه، فيدفع الإلكترونات المتحرّرة نحو جهة واحدة عبر أسلاك خارجية — وهذا هو التيار الكهربائي.

التيار الناتج مستمر (DC)، بينما تعمل أجهزة المنزل بالتيار المتردّد (AC). لذلك يمرّ الكهرباء عبر جهاز اسمه العاكس (inverter) يحوّله إلى الشكل المناسب، ويمكن تخزين الفائض في بطاريات أو تصديره للشبكة.

لا تتحوّل كل طاقة الشمس إلى كهرباء؛ فجزء ينعكس وجزء يتحوّل إلى حرارة. كفاءة الألواح التجارية اليوم تتراوح غالبًا بين 18% و22%، وترتفع في النماذج المخبرية. كما تتأثر بزاوية الشمس ودرجة الحرارة ونظافة السطح، لذلك يُوضع اللوح بميل واتجاه يعظّمان التعرّض للشمس.

خلاصة: اللوح الشمسي أشبه بمضخة صامتة تدفعها فوتونات الشمس؛ تحرّر الإلكترونات وتوجّهها فتصير تيارًا يضيء بيتك — تقنية نظيفة أصبحت من أرخص مصادر الكهرباء الجديدة في كثير من المناطق.