الطاقة الشمسية محمد القحطاني

المشروع العلمي لسنة 2019-2020

العنوان: جعل الطاقة الشمسية هي الطاقة الأساسية للبيوت.

عمل الطالب: محمد عبد الله القحطاني، فراس السحيمي، طلال الزامل

بإشراف الأستاذ: عبد القادر عيد

الصف التاسع أ

Step 1: المشكلة

ما هو تأثير استخدام خامات مختلفة للألواح الشمسية للاستفادة القصوى منها في توليد كهرباء كافية للاستخدام المنزلي؟

Step 2: الفرضية

بفرض استخدام ألواح شمسية متنوعة والوصول بها لأقصى استفادة من الطاقة الشمسية وانتاج أكبر كمية من الطاقة الكهربائية.

Step 3: المتغيرات

المتغير المستقل:

خلايا شمسية من السليكون المتبلور، خلايا شمسية من السيليكون متصدعة التبلور، خلايا شمسية شمسية مصنوعة من طبقة سبه موصلة، خلايا شمسية من أفلام رقيقة، خلايا شمسية من مواد عضوية صبغية تحتوي على جسيمات نانونية.

المتغير التابع:

كفاءة الخلايا الشمسية وتقليل تكلفتها وامتصاصها للطاقة الضوئية بشكل أكبر وبالتالي الحصول على طاقة كهربائية كبيرة.

المتغير الضابط:

علاقة استخدام عدة خلايا شمسية وكمية الطاقة الكهربائية المنتجة وأنه كلما تحسنت الخلايا الشمسية ورفعت كفاءتها حصلنا على طاقة شمسية أكبر وبالتالي كهربائية أكبر.

Step 4: مصادر البحث

- بحث علمي من كاوست

لتحويل منزلك إلى محطة طاقة شمسية لتوليد الكهرباء.

- بحث من مؤسسة الكويت للتقدم العلمي عن إرساء مفهوم الطاقة الشمسية كواقع جديد في الكويت.

- تكنولوجيا النانو لإنتاج الخلايا الشمسية مستقبل الطاقة المتجددة.

Step 5: المواد

■ شرائح من السيليكون

البلورية.

■ جهاز عاكس.

■ طبقات شبه موصلة.

■ أفلام رقيقة مصنوعة من تيلوريد الكاديوم أو نحاس الإنديوم.

■ مواد عضوية صبغية تحتوي على جسيمات نانونية.

■ الأحبار الشمسية.

■ مواد بلاستيكية.

■ الأصباغ العضوية.

■ أنابيب نانونية.

■ أسلاك السيليكون.

Step 6: الخطوات

1.

استعمال خلايا كهروضوئية من مادة السليكون المعالج يسمح بنقل الكهرباء عبره ويتم توصيله على شكل مصفوفة.

2. استعمال العاكسات لتحويل التيار المستمر إلى متردد وانتاج كمية طاقة ثابتة.

3. استعمال وحدات تحكم لتتعقب أشعة الشمس وتجمع أكبر كمية منها.

4. استعمال خلايا مصنوعة من أغشية رقيقة مترسبة على الزجاج أو البلاستيك.

5. استعمال خلايا مصنوعة من المواد النانونية ومنها المصنوعة من الخلايا الشمسية الصبغية.

Step 7: البيانات

■ الخلايا الشمسية

عبارة عن محولات فولتوضوئية تحول ضوء الشمس إلى كهرباء وهي شبه موصلة وحساسة ضوئياً ومحاطة بغلاف أمامي وخلفي موصل للكهرباء.

■ هناك 3 أجيال مختلفة يعتمد عليها توليد الطاقة الكهربائية باستخدام الخلايا الفولتوضوئية الأول من شرائح السيليكون والثاني أفلام رقيقة مصنوعة من معادن نادرة تصنع بطريقة الترسيب على شريحة من الزجاج أو البلاستيك أو المعدن والثالث من مواد عضوية صبغية من الأحبار القابلة للطباعة.

■ تطبيقات الخلايا الشمسية ذات القدرة المنخفضة كالحواسيب وذات القدرة المتوسطة والعالية كالإنارة ومحطات ضخ المياه والاستثمارات العالية في مجال الطاقة الشمسية كبناء أكبر حائط شمسي في العالم واستثمارات الطاقة الشمسية في لوطن العربي كتسخين المياه والتدفئة وتسخين برك السباحة

Step 8: تحليل البيانات

تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية عبر الخلايا الشمسية، والخلايا الشمسية هي عبارة عن محولات فولتضوئية تحول ضوء الشمس إلى كهرباء فأول خلايا شمسية تتكون من شريحة من السليكون وقد تم تطويرها واستخدامها في قطاع السكن والصحة والتعليم والصناعة والزراعة والنفط فالمسطحات فولتضوئية هي مصدر القدرة الكهربائية لهذه التطبيقات، وتم توصيل الخلايا على شكل مصفوفة لأن الجهد الذي تولده خلية واحدة صغير وتم استخدام العاكس وانتاج تيار يناسب جميع الأجهزة واستخدام الأغشية الرقيقة لاستخدام الطاقة الشمسية في الأماكن العامة، النانو والمنازل وخلايا شمسية قابلة للطباعة تحول جدران وأسطح المنازل لألواح شمسية لتوليد الكهرباء قريبا.

Step 9: النتائج

أثبتت الخلايا الشمسية المصنوعة من أغشية رقيقة كفاءة عالية في امتصاص الضوء ولكن نحن بحاجة إلى تحسين كفاءة الخلايا الشمسية حتى يمكن استخدامها على نطاق واسع في الدول التي لا تشرق الشمس فيها بصورة كبيرة وكانت بالفعل خلايا شمسية تحتوي على مواد عضوية صبغية وتحتوي على جسيمات نانوية.

Step 10: التطبيقات

■

من المهم أن يعلم الإنسان أن ما صل من إشعاعات شمسية إلى كوكبنا خلال ساعة واحدة فقط يكفي لسد احتياجاتنا من الطاقة لمدة عام واحد وبالتالي استغلال الطاقة الشمسية في التوليد المباشر للكهرباء وكيف يمكن الاعتماد عليها لتوفير متطلباتنا المستقبلية من الطاقة النظيفة المتجددة وما هي الجهود المبذولة في هذا المجال وصولاً للجيل الثالث المصنوع من الخلايا النانونية وتحقيق كفاءة غير مسبوقة لإنتاج الطاقة الكهربائية من الشمس.

■ يمكن تحويل منزلك إلى محطة طاقة شمسية لتوليد الكهرباء عن طريق طلاء جدران المنزل لمادة عضوية فولطوية ضوئية تجمع ضوء الشمس وتحوله إلى طاقة وأيضا ادخل الشمس كمصدر للطاقة المتجددة في التطبيقات الأرضية وخصوصاً في المناطق المعزولة والنائية حيث تنقص شبكات الكهرباء العامة وفي تطبيقات ذات قدرة منخفضة كالساعات والحاسبات والتطبيقات ذات قدرة متوسطة كإشارات المرور ومراوح الأسقف وتطبيقات ذات قدرة عالية كضخ المياه ومحطات الأقمار الصناعية الأرضية.

■ تعلمت من هذا البحث أنه يمكن تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية بتقنية جديدة وتطوره والوصول إلى أقصى استفادة من طاقة الشمس كمصدر نظيف ومتجدد للطاقة وتحويلها لطاقة كهربائية واستخدامها في تطبيقات مختلفة.

Step 11: الإستنتاج

هذا البحث يبين كيف أننا بحاجة ملحة للتقليل من التأثيرات السلبية المؤثرة على المناخ نتيجة استخدام الوقود الأحفوري وبالتالي لابد من الاعتماد على الطاقة المتجددة وبالأخص الطاقة الشمسية وبالتالي تطوير أساليب استخدامها ومقدار ما يصل إلى الأرض منها.