مصباح شمسي

تصنع الألواح الشمسية من البلورات التي تصنع من الرابطة التساهمية بين الإلكترونات على الهيكل الخارجي لذرة السيلكون. السيلكون هو شبه موصل أي ليس من المعادن الموصلة التي تمرر الكهرباء بشكل كامل وليس من العوازل التي تعزل الكهرباء بشكل كامل. عادة لاتمرر المعادن شبه الموصلة الكهرباء لكن تمررها تحت طروف معينة مثلا التعرض للضوء.[7]

تملك الخلية الشمسية طبقتين مختلفتين من سيلكون. لدى الطبقة السفلى إلكترونات أقل ولهذا السبب تملك شحنة موجبة ضعيفة بسبب طبيعة الشحنة السالبة للإلكترونات. ولدى الطبقة العليا إلكترونات أكثر وتملك شحنة سالبة جزئية.

يصنع حاجز بين الطبقتين وعندما تمر ذرات الضوء التي تسمى فوتونات الداخلة تعطي طاقة للذرات في السيلكون. ترفع الطاقة الإلكترون في الرابطة التساهمية إلى مستوى طاقة التالي من مستوى طاقة أعلى إلى المستوى الأسفل.[2] تسمح هذه الترقية للإلكترون بالحركة الحرة داخل البلورات والتي تولد التيار. وكلما دخلت أشعة ضوء إضافية، تحركت الإلكترونات وبالتالي يعطي المزيد من تدفق التيار بين الطبقتين. تسمى هذه العملية بالكهرضوئية أو التأثير الكهرضوئي.[7] تعني الأنظمة الكهرضوئية حرفيا الجمع بين الضوء والقوة المحركة الكهربائية ويتم استخدام الخلايا الكهرضوئية للتحويل المباشر من الضوء إلى الكهرباء.[8]

تصنع الألواح الشمسية من طبقات ذات معادن مختلفة، كما هو موضح في الصورة 2، بالترتيب، زجاج، طبقة تغليف، خلايا بلورية، طبقة تغليف، صفيحة خلفية، صندوق الوصل وأخيرا الإطار. يمنع المغلف الرطوبة والأوساخ التي تسبب الأعطال.[9]

Figure 2 [6]

توضع البطارية عادة داخل صندوق بلاستيك أو معدن. يوجد داخل الصندوق قطب كهربائي ويتضمن القطب الكهربائي السالب والطقب الكهربائي الموجب حيث تحدث التفاعلات الكيميائية. يوجد فاصل أيضا بين القطبين ليمنع التفاعل بينهما في الوقت نفسه والسماح للشحنة الكهربائية بالمرور بينهما. ويمرر المجمع الشحنة من البطارية إلى الخارج.[10]

تستخدم البطاريات داخل المصباح الشمسي تقنية سائل الجل الكهربائي وهي ذات أداء عالي، وتستطيع العمل تحت درجات مختلفة من الحرارة.[11] يمكن أن تستخدم بطارية الرصاص، نيكل هيدريد-معدن، نيكل كادميوم أو ليثيوم.

يأخذ هذا الجزء من المصباح الطاقة من اللوح الشمسي في النهار ويعطيها عند الليل.

الفعالية للتحويل الكهرضوئي محدودة لأسباب فيزيائية. لايمتص من أشعة الشمس إلا حوالي 24% من الموجة الطويلة ويفقد 33% على شكل حرارة، ويكون الفقد الآخر بحوالي 15-20%. يمتص 23% فقط مما يعني أن البطارية مكون أساسي في المصباح الشمسي.[12]

يتحكم هذا بأنظمة العمل كلها لحماية البطارية، بحيث لا يتأثر شحن البطارية بحيث تُشحن أو تعمل بشكل زائد تحت أي ظرف طارئ مثل أحوال الطقس السيئة ودرجات الحرارة العالية.[13]

يضاف إلى هذا القسم أجزاء إضافية مثل متحكم بالضوء، موقت زمني، ومتحكم بالصوت ومُعدل الحرارة والحماية من الصواعق وحماية من عكس القطبية.[11]

تعطي الطاقة الشمسية تيار مستمر وذلك تحتاج إلى عاكس من التيار المستمر إلى التيار المتناوب 110 فولط أو 220 فولط ليعمل المصباح.