اللّوح الشمسيّ هو عبارة عن جهاز يُستخدم لتوليد الطّاقة الكهربائيّة من أشعّة الشّمس، وذلك عن طريق تحويل الطّاقة الضوئيّة إمّا إلى طاقة كهربائيّة، أو إلى طاقة حراريّة، أو بتحفيز ضوء الشّمس على إحداث تفاعُلات كيميائيّة مُعيّنة، والطّاقة النّاتجة عن الألواح والخلايا الشمسيّة تُعتبر طاقةً طبيعيّةً مُتجدّدةً؛ فمصدرُها الشّمس التي لا تنضبُ عمليّاً، وهي نظيفة وصديقة للبيئة.
الشّمس أكبرُ مصدر للطّاقة موجودٍ قُرب الأرض، إلا أنَّ قُوّة أشعتها عندما تصلُ إلى سطح الأرض تكون صغيرةً جدّاً مُقارنةً بطاقتها الأصلية، وذلك بسبب تشتُّتها في الفضاء وامتصاص سُحب الأرض والغلاف الجوي لجُزءٍ منها، فقد يتشتَّتُ أكثر من نصف أشعة الشّمس أثناء عُبورها من أعالي الغلاف الجوي إلى السّطح فحسبْ، ومع ذلك، تبقى كميّة الطّاقة التي يستقبلُها سطح الأرض من الشّمس كافيةً (عند إحسان إدارتها واستخدامها) لتغطية احتياجات الطّاقة لجميع بني البشر.[1]
الضّوء عبارةٌ عن أمواجٍ من الطّاقتين الكهربائيَّة والمغناطيسيَّة، تتكوَّن من جُسيماتٍ صغيرة جداً تُسمّى الفوتونات، ويُمكن استخدام تقنياتٍ وأنواع مُحدّدة من المادة للاستفادة من الفوتونات في إنتاج الطّاقة الكهربائيّة أو الحراريّة، ومن الأسهل تحويلُها إلى حرارة مُباشرة، إلا أنّ ذلك قد لا يَفي الاستخدامات المطلوبة لها. ويُمكن الحصول على الحرارة بوضع طبقةٍ زُجاجيّةٍ فوق مادّة معدنيَّة، وبالاستفادة من خواص الفلزّات النّاقلة للحرارة يمكن بسهُولة تجميع حرارة الشّمس والاستفادةُ منها في تسخين الهواء أو المياه للاستعمالات المنزليَّة، كما في السّخانات الشمسيّة.[1]
تُستخدم المواد شبه المُوصلة لإنتاج الخلايا الشمسيّة التي تحصلُ على الكهرباء، إذ تُعتبر مادة السّيليكون الأكثر شيوعاً في صناعتها، وذلك لأنّ السّيليكون من المواد المُوصلة للحرارة والتي لديها قدرةٌ على الثّبات والحفاظ على خصائصها في الظّروف الجويّة المُحيطة، ولكنَّه بالمُقابل ليس مُوصلاً قويّاً جدّاً، ممَّا يجعلهُ مثاليّاً للاستخدام في الخلايا الشمسيّة، وذلك بالإضافة إلى توفر السّيليكون بكميّات كبيرة في الطّبيعة، وكلفته المُنخفضة مُقارنةً بالمواد الأُخرى، وتتمُّ الاستفادة من فرق الجُهد للحصول على إلكتروناتٍ مشحونةٍ من شرائح السّليكون النقيّة عندَ إسقاط ضوء الشّمس عليها.[1]
عندما تتعرّض الخلايا الشمسيّة إلى أشعّة الشّمس تعمل الفوتونات الضوئيّة إلى تحميل طاقتها إلى الإلكترونات في القطب المُوجب للسّيليكون ممّا يُؤدّي إلى تأيُّنها، أي اكتساب ذرّاتها لشحنة كهربائيّة، وعندها تتحرك الإلكترونات - التي تتركُ الذرّات المشحونة - بين الأقطاب مُحدثةً تيّاراً كهربائيّاً مُستمرّاً، فينتقلُ عبر الأسلاك إلى مِصباحٍ كهربائيٍّ (مثلاً) ويعمل على تشغيله.[2]
يُمكن الاستفادة من المُكوّنات الآتية:[3]
يُمكن اتّباع الخطوات الآتية لصناعة لوحٍ شمسي:[3]
يعود ابتكار الخلايا الشمسيّة إلى العام 1839 عندما توصَّل عالم الفيزياء الفرنسي ألكسندر إيدموند بكويلير إلى اكتشافٍ مُهمّ، وكان وقتها شابّاً صغيراً في التّاسعة عشر من العُمر، إلا أنَّه تمكّن من اختراع الإلكترود؛ وهو أداةٌ قادرةٌ على تحويل أشعّة الضّوء إلى طاقة كهربائيّة بإسقاطها على شرائحَ من عناصرَ مُعيّنةٍ. ومن ذلك التّاريخ بدأت التّجاربُ المُتسلسة للتوصّل إلى إنتاج الطّاقة الكهربائيّة والاستفادة منها بشكل عمليّ من طاقة الشّمس؛ ففي عام 1888 حصلَ إدوارد ويستون على أول براءة اختراعٍ في الولايات المُتّحدة لصناعة الخلايا الشمسيّة، واستمرّت عمليّات التّطوير ولا تزال حتّى هذا اليوم لإنتاج خلايا شمسيّة بكفاءةٍ أعلى على توليد الكهرباء وبكلفةٍ أقلّ، وأحدث الأبحاث تجري حاليّاً باستخدام تكنولوجيا النّانو.[4]
من مزايا الطّاقة الشمسيّة ما يأتي:[5]
تُوجد العديد من أنواع الخلايا الشمسيّة التي تُصنَّع لمُلاقاة مُتطلَّبات مُعيّنةٍ، ومن أشهرها:[6]