معلومات عن الطاقة الشمسية يجب أن نعرفها نظرًا لأهميتها في حياتنا، وعلى رأسها أن الطاقة الشمسية مصدر مستقر مدى الحياة لا ينفذ، وأنها مصدر الطاقة الأكثر وفرة على وجه الأرض، حيث تصل 173000 تيراواط من الطاقة الشمسية إلى الأرض بشكل مستمر، وهذا يمثل أكثر من 10 آلاف مرة إجمالي استخدام الطاقة في العالم.
والطاقة الشمسية هي المصدر الأساسي لأنواع الطاقة الأخرى، فالطاقة الكهرومائية تحدث عندما تعمل حرارة الشمس على تبخر الماء، فيسقط على شكل أمطار في الأماكن المرتفعة، ثم ينحدر إلى سد ويحرك التوربينات التي تولد الكهرباء، وتنشأ الرياح نتيجة لاختلاف درجات الحرارة الناتج عن تسخين الشمس وتولد طاقة الرياح، وبدورها تتسبب الرياح في الأمواج التي تولد الطاقة من حركتها، وفي النهاية الشمس ذاتها يتم تحويل ضوئها مباشرة إلى طاقة مفيدة.
وفيما يتعلق بالمضخات الحرارية تستخرج الحرارة الممتصة من الشمس عن طريق الهواء أو الماء أو الأرض الضحل، وأما توليد الكهرباء من الكتلة (المواد النباتية مثل الخشب). تقوم النباتات بتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى كربوهيدرات (مخزن كيميائي للطاقة) باستخدام الطاقة الضوئية لدفع العملية، كما أن الوقود الأحفوري مثل البنزين والغاز والنفط هي ببساطة كتلة حيوية تعرضت لضغوط كبيرة تحت الأرض منذ آلاف السنين.
والاستثناء من القاعدة الانشطار النووي لأنه تفاعل متسلسل معتدل يقسم النظائر المشعة المستخرجة من قشرة الأرض، وقوة المد والجزر مدفوعة بمدار القمر وقوى الجاذبية.
إن كمية الطاقة الشمسية التي تصل إلى الأرض في ساعة واحدة تفوق ما تحتاج إليه البشرية لمدة عام كامل. تستغل الألواح الشمسية مصدر الطاقة النظيفة هذا عبر الخلايا الشمسية الكهروضوئية.
معلومات عن الطاقة الشمسية من حيث تعريفها
الطاقة الشمسية هي أي نوع من الطاقة التي تولدها الشمس، حيث تنشأ في الشمس من خلال الاندماج النووي، وهو عندما تصطدم البروتونات الموجودة في ذرات الهيدروجين في قلب الشمس وتندمج لتكوين ذرة الهيليوم تولد هذه العملية حرارة وضوءًا مشعًا.
تستخدم الطاقة الشمسية ضوء الشمس وحرارتها لتوليد طاقة متجددة أو خضراء، حيث يتم جمع الشكل الأكثر شيوعًا للطاقة الشمسية بواسطة الألواح الشمسية أو الخلايا الكهروضوئية في محطات الطاقة الكهروضوئية، حيث يتم صف الألواح الشمسية وترتيبها في صفوف لالتقاط ضوء الشمس، وذلك في مساحة تعرف باسم الحقل الشمسي، وكذلك توضع ألواح الطاقة الشمسية فوق المباني.
ويتم إنشاء الخلايا من مواد شبه موصلة، عندما تضرب أشعة الشمس الخلايا، فإنها تحرر الإلكترونات من ذراتها، وهذا يسمح للإلكترونات بالتدفق عبر الخلية وتوليد الكهرباء.
وعلى نطاق أوسع بكثير، يمكن لحقول الطاقة الشمسية توليد الطاقة لآلاف الأشخاص في وقت واحد، وتستخدم محطات الطاقة الشمسية الحرارية مجموعة متنوعة من التقنيات لإنتاج الطاقة أشهرها غلي الماء الذي يقوم بدوره بتشغيل توربين بخاري لتوليده بطريقة مماثلة لتلك التي تعمل بالفحم أو محطات الطاقة النووية.
والطاقة الشمسية بمفهوم واسع أكبر من ذلك، حيث تعمل عملية التمثيل الضوئي على تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية بفضل النباتات، وتنتج هذه الطاقة الكيميائية في النهاية الكتلة الحيوية المعروفة أيضًا باسم الوقود الحيوي، والكتلة الحيوية هي مادة نباتية أو حيوانية تتحول في النهاية إلى وقود لإنتاج الحرارة أو الكهرباء.
يعد الخشب ومحاصيل الطاقة والنفايات العضوية مثل الساحات والمزارع والغابات كلها أمثلة على الكتلة الحيوية، وتتحول تدريجياً إلى وقود أحفوري بعد فترات طويلة من الزمن، ويتضمن استخدام الطاقة الشمسية إلى أقصى إمكاناتها إتقان بعض التقنيات الزراعية، والتي تتضمن توقيت دورات الزراعة وخلط أصناف النباتات التي تحتاج إلى مستويات مماثلة من ضوء الشمس بشكل صحيح، وعادةً ما يستخدم العاملون في صناعات البستنة والزراعة البيوت الزجاجية لأنها تحول الإشعاع الشمسي إلى حرارة.
معلومات عن الطاقة الشمسية وبداية استغلالها
- من الناحية النظرية، استخدم البشر الطاقة الشمسية لأول مرة في وقت مبكر من القرن السابع قبل الميلاد، وذلك باستخدام النظارات المكبرة لإشعال النار بأشعة الشمس.
- في القرن الثالث قبل الميلاد، بدأ اليونانيون والرومان في تسخير الطاقة الشمسية مع المرايا لإضاءة المشاعل في التجمعات الدينية.
- وثّق الصينيون استخدام المرايا لإضاءة المشاعل لاحقًا، في عام 20 بعد الميلاد.
- اكتشف ألكسندر إدموند بيكريل “التأثير الكهروضوئي” في عام 1839، بعد عام واحد من قيام إحدى الشركات ببناء أول محطة للطاقة تعمل بالفحم. ي
- تعد شركة Bell Labs مسؤولة عن إنشاء الخلايا الكهروضوئية السيليكونية الحديثة في عام 1954. ومنذ ذلك الحين، زادت كفاءة هذه الخلايا أكثر من أربع مرات، وانخفض سعرها بشكل ملحوظ.
- أصبحت الطاقة الشمسية الشكل المفضل للكهرباء الجديدة بسبب انخفاض تكلفة الألواح الشمسية وكفاءتها الأعلى.
معلومات عن الطاقة الشمسية من حيث أنواعها
على الرغم من أن الشمس هي المصدر النهائي لمعظم أشكال الطاقة فإن مصطلح الطاقة الشمسية يستخدم عمومًا للإشارة إلى طرق جمع الضوء وتحويله مباشرة إلى شكل مفيد من أشكال الطاقة، وتنقسم هذه الطرق إلى أربعة طرق.
- الكسب الشمسي السلبي
غالبًا ما يعتبر هذا الشكل من الطاقة أمرًا مفروغًا منه؛ ولكنه يمكن أن يساهم بقدر كبير من متطلبات الطاقة لمبنى مصمم جيدًا في موسم التدفئة، حيث يدخل ضوء الشمس إلى المبنى من خلال النوافذ، ويدفئ الداخل، وفي البلاد ذات الطاقة الباردة يساهم اكتساب الطاقة الشمسية السلبية بنسبة 14٪ من الطلب على التدفئة، ويمكن للتصميم المدروس تحسين هذا الرقم بشكل أكبر مع زيادة قليلة جدًا، إن وجدت، في تكلفة بناء العقار على النحو التالي.
- توجيه المنزل بحيث تواجه الغرف الجنوب في كثير من الأحيان.
- نوافذ أكبر في الجانب الجنوبي وأصغر في الشمال.
- استخدام مواد البناء التي تخزن الحرارة.
- تخطيط التطويرات السكنية بحيث لا تطغى المباني على بعضها البعض.
- الطاقة الشمسية الحرارية
اللوحة الحرارية الشمسية هي ببساطة سطح أسود يمتص الضوء ويسخن وينقل الحرارة إلى سائل عامل، يمكن أن تكون غير مزججة أو مزججة، و يمكن أن تكون الألواح الزجاجية مسطحة، أو مكونة من مجموعة من الأنابيب الزجاجية، يقوم مائع التشغيل بنقل الحرارة إلى مكان يكون مفيدًا فيه، مثل مخزن للمياه الساخنة، أو حمام سباحة، أو مباشرة إلى تدفئة المبنى.
الألواح ذات مستويات العزل الأعلى، مثل الغطاء الزجاجي بالأعلى والعزل الحراري بالخلف، لا تتطلب أشعة الشمس المباشرة لتعمل وستجمع الحرارة في يوم غائم، وفي أغلب الأحيان يتم استخدام الطاقة لتوفير تطبيقات درجات الحرارة المنخفضة مثل الماء الساخن للغسيل، وتدفئة المساحات، وتغذية شبكات التدفئة المركزية بالحرارة أو توفير الحرارة للعمليات الصناعية.
- الطاقة الشمسية المركزة
إذا تم تركيز أشعة الشمس بواسطة المرايا، يمكن أن تنشأ درجات حرارة أعلى بكثير. يتم تركيز الضوء على نقطة مركزية يتدفق من خلالها سائل حامل مثل الزيت، ويسخن الزيت إلى حوالي 400 درجة مئوية، وهو ساخن بدرجة كافية لتسخين الماء وإنتاج بخار عالي الضغط يمكنه تشغيل التوربينات وتوليد الكهرباء.
وتعمل مكثفات الطاقة الشمسية فقط تحت أشعة الشمس المباشرة، ويتم تثبيت المرآة على دعامة يمكنها الدوران لتتبع الشمس أثناء تحركها طوال اليوم، مما يزيد من التعقيد والتكلفة، ولهذا السبب، يتم استخدامها فقط في المناطق ذات الاشعاع الشمسي الكبير طول العام مثل أفريقيا والشرق الأوسط.
- الطاقة الشمسية الكهروضوئية
تم تطبيق الخلايا الكهروضوئية (PV)، التي تحول الضوء مباشرة إلى كهرباء، لأول مرة في الفضاء قبل أن تصبح شائعة في أجهزة مثل الآلات الحاسبة والساعات، كما توفير الطاقة للمواقع التي لا تتصل بشبكة الكهرباء. ومع انخفاض التكاليف وارتفاع كفاءة المواد الكهروضوئية، قدمت الحكومات دعمًا سخيًا لنشر الطاقة الشمسية.
وتستخدم التقنية الأكثر شيوعًا رقائق من مواد أشباه الموصلات السيليكونية، متصلة على التوالي في لوحة أو وحدة كهروضوئية، ويتم تحويل كهرباء التيار المباشر (DC) التي تنتجها الألواح الشمسية الكهروضوئية إلى تيار متردد (AC) للتطبيقات المتصلة بالشبكة، ويقوم عاكس الطاقة الشمسية بهذه الحيلة، مما يتيح تصدير أي طاقة تزيد عن الطلب المحلي إلى الشبكة واستخدامها في أماكن أخرى.
معلومات عن الطاقة الشمسية من حيث مزاياها
كلما تمكنا من الاستفادة من فوائد الطاقة الشمسية، قل اعتمادنا على الوقود الأحفوري. تتيح لك إضافة نظام الطاقة الشمسية إلى منزلك الاستفادة من مزايا الطاقة الشمسية التالية:
- الطاقة الشمسية هي أحد مصادر الطاقة المتجددة وتقلل من انبعاثات الكربون
الطاقة الشمسية هي مصدر طاقة متجدد، مما يعني أنك لا تستنزفها أبدًا. الطاقة الشمسية نظيفة. فهي لا تنتج أي انبعاثات كربونية أو غازات “دفيئة” أخرى تحبس الحرارة. إنها تتجنب الأضرار البيئية المرتبطة بالتعدين أو التنقيب عن الوقود الأحفوري. علاوة على ذلك، تستخدم الطاقة الشمسية أيضًا القليل من الماء أو لا تستخدمه على الإطلاق، على عكس محطات الطاقة التي تولد الكهرباء باستخدام التوربينات البخارية.
- تقلل من فاتورة الكهرباء في منزلك
يمكن لنظام الطاقة الشمسية لمنزلك أن يقلل من اعتمادك على الشبكة ويساعدك على توفير فاتورة الكهرباء. قد يكون لدى بعض مالكي أنظمة الطاقة الشمسية السكنية طاقة فائضة يمكنهم بيعها للمرافق. بدلا من دفع المرافق مقابل الكهرباء، يحصل أصحاب المنازل على أموال من المرافق. قد لا تضطر إلى شراء نظام طاقة شمسية كامل لخفض فاتورة الكهرباء في منزلك. ما عليك سوى اختيار المصابيح الشمسية، المصابيح التي تعمل بالطاقة الشمسية بدلاً من النظام الكهربائي في منزلك، للمساعدة في توفير المال.
- تحسن قيمة المنزل
من المرجح أن يدفع مشترو المنازل المزيد مقابل منزل مثبت عليه الألواح الشمسية. بالنظر إلى إيجابيات وسلبيات الطاقة الشمسية، فإن التوفير في فواتير الكهرباء والأموال المكتسبة من بيع الطاقة إلى المرافق، يتم احتسابها جميعًا في خانة الزائد.
- سهلة التركيب والصيانة
أنظمة الطاقة الشمسية سهلة التركيب إلى حد ما وتتطلب القليل جدًا من الصيانة، ويتم التعامل مع كليهما من قبل مزود الطاقة الشمسية الخاص بك.
من السهل صيانة الألواح الشمسية، حيث لا تحتوي على أجزاء متحركة تتآكل مع مرور الوقت. كل ما عليك فعله هو الحفاظ على نظافتهم وفي حالة بدنية جيدة حتى يتمكنوا من العمل بشكل صحيح. بفضل تكاليف الصيانة المنخفضة ومتوسط العمر الافتراضي الذي يصل إلى 25 عامًا، قد يكون من السهل الحصول على قيمة أموالك عند الاستثمار في الألواح الشمسية.
- يمكن للطاقة الشمسية توليد الكهرباء في أي مناخ
يمكن لأنظمة الطاقة الشمسية توليد الكهرباء في أي مناخ. أحد عيوب الطاقة الشمسية هو أنها عرضة لاضطرابات الطقس المؤقتة. الأيام الغائمة تقلل من كمية الكهرباء التي تنتجها. لكن البرد لا يؤثر على الإنتاجية. يمكن أن يساعد تساقط الثلوج نظامك الشمسي بالفعل، حيث ينظف الثلج الألواح أثناء ذوبانه وتؤدي أشعة الشمس المنعكسة على الثلج إلى زيادة كمية الضوء التي تصل إلى الألواح. والنتيجة هي المزيد من إنتاج الكهرباء.
- ينقلنا نحو الاستقلال في مجال الطاقة
سوف تنفد الموارد المحدودة مثل الوقود الأحفوري يومًا ما ولا يمكن استبدالها، لكن الشمس ستستمر في السطوع إلى ما شاء الله، إن البقاء مستقلاً سيسمح لمواردنا المتجددة بالنمو مع تطور التكنولوجيا وإيجاد المزيد من الطرق لدمج الطاقة المتجددة في الحياة اليومية.
اقرأ أيضا :
