نظرة عامة على نظام الإضاءة الشمسية

في السنوات الأخيرة، تفاقمت أزمة الطاقة العالمية، ولم تعد الطاقة التقليدية قادرة على تلبية احتياجات التنمية الاقتصادية العالمية. وباعتبارها مصدراً مهماً للطاقة المتجددة النظيفة، تحظى الطاقة الشمسية باهتمام دول العالم أجمع. يجمع نظام الإضاءة الشمسية بين مزايا أشباه الموصلات وموارد الطاقة الشمسية، مما يُحسّن كفاءة الإضاءة ويُقلّل من استهلاك الطاقة النظيفة. يتكون نظام الإضاءة الشمسية لأشباه الموصلات بشكل أساسي من نظام بصري، وأقطاب كهربائية، ورقائق وصلات PN، وغيرها. تبلغ مساحة الجسم المُضيئ على الرقاقة حوالي 0.025 مليمتر مربع. تمر عملية الإضاءة بثلاث مراحل: حقن حاملات الشحنة في حالة الانحياز الأمامي؛ نقل طاقة الضوء؛ إعادة التركيب الإشعاعي. تُغلّف رقائق أشباه الموصلات بالإيبوكسي. عندما تتدفق الإلكترونات عبر الرقاقة، تتحد الإلكترونات الموجبة الشحنة والإلكترونات السالبة الشحنة في منطقة الثقوب، وتختفي الثقوب والإلكترونات، مُنتجةً فوتونات. تتناسب فجوة النطاق طردياً مع طاقة الفوتون، ويتناسب لون الضوء مع طاقة الفوتون. بحسب تحليل الطيف المرئي، يتميز الضوء الأحمر والبرتقالي بأقل طاقة ضوئية، بينما يتميز الضوء البنفسجي والأزرق بأعلى طاقة ضوئية. وأفاد مصنّعو أنظمة الإضاءة الشمسية أنه مع التطور السريع لتقنيات التغليف والمواد، تصل كفاءة الإضاءة لمصابيح LED الخضراء إلى حوالي 50 لومن/واط، بينما تصل كفاءة الإضاءة لمصابيح LED البرتقالية والحمراء إلى 100 لومن/واط. وتشهد مصابيح LED استخدامًا متزايدًا نظرًا لخصائصها من حيث الألوان الكاملة والسطوع الفائق والكفاءة العالية، لا سيما في أنظمة الإضاءة الخارجية. وتُتيح مصابيح LED إمكانية عرض جميع ألوان الضوء المرئي، وخاصةً مع ظهور مصابيح LED البيضاء فائقة السطوع، مما يُسهم في التطور السريع لمصادر الإضاءة. ويرى مصنّعو أنظمة الإضاءة الشمسية أن شدة إضاءة شاشات LCD هي العامل الحاسم بين مصابيح LED عالية السطوع ومصابيح LED العادية. وتُستخدم مواد مثل GalnAs وAlnGaP وAlGaAs بشكل أساسي في تصنيع مصابيح LED عالية السطوع. من بينها، تستخدم مصابيح LED الحمراء عالية السطوع مادة AlGaAs، بينما تستخدم مصابيح LED الصفراء والخضراء والصفراء والبرتقالية والحمراء عالية السطوع مادة AlInGaP، وتستخدم مصابيح LED البنفسجية والزرقاء والخضراء الداكنة عالية السطوع مادة GalnAs. تتميز أشباه موصلات LED بكفاءة إضاءة عالية، حيث تتراوح كفاءة إضاءة مصابيح الهالوجين والتنغستن والمصابيح المتوهجة بين 12 و20 لومن/واط، بينما تتراوح كفاءة إضاءة مصابيح الصوديوم عالية الضغط بين 90 و130 لومن/واط، ومصابيح الفلورسنت بين 50 و60 لومن/واط. كما تتميز هذه المصابيح بطيف ضيق، وتجانس لوني جيد، وتصدر ضوءًا مرئيًا ملونًا دون الحاجة إلى ترشيح. في الوقت نفسه، تُعد مصابيح LED عبارة عن جسم باعث للضوء صلب بالكامل، مما يجعلها مقاومة للصدمات والارتطام، وغير قابلة للكسر بسهولة، وغير ملوثة. ويمكن تطويرها إلى منتجات إضاءة صغيرة ورقيقة لسهولة الصيانة والإصلاح والتركيب. علاوة على ذلك، يتميز مصدر ضوء LED بسرعة بدء التشغيل، وتعتمد سرعة بدء التشغيل بشكل كبير على خصائص مصدر ضوء التفريغ الغازي. يتميز مصدر الضوء شبه الموصل المغلف بالإيبوكسي هذا بخلوّه من الفتيل والزجاج والمكونات الأخرى المعرضة للتلف، كما أنه مقاوم للصدمات والاهتزازات.