الطاقة الشمسية
جدول المحتويات
الطاقة الشمسية (بالإنجليزية: Solar Energy) هي أحد مصادر الطاقة المتجددة وأكثرها وِفرةَ في العالم، وهي عبارة عن إشعاع شمسي يٍمكن الاستفادة منه في عدّة أمور أهمها: إنتاج تفاعلات كيميائية، وإنتاج الحرارة وتوليد الكهرباء، إضافةً لأنَّ الطاقة الشمسية منتشرة في جميع أنحاء العالم، فإنها تعتبر مصدراً نظيفاً لا يسبب تلوث، بالتالي إذا تم استغلاله والاستفادة منه بشكلٍ مناسب، فإنه سيُلبي نسبة كبيرة من حاجات العالم من الطاقة في المستقبل.
إمكانات الطاقة الشمسية كمودر للطاقة
يمكن الاستفادة من أشعة الشمس وتجميعها لتحويلها إلى شكلٍ آخر من أشكال الطاقة، مثل: الطاقة الكهربائية، وذلك باستخدام التكنولوجيا والتقنيات الحديثة، بالتالي فإنَّ إقامة مشاريع لتوليد الطاقة الشمسية يعتمد على كمية الأشعة الشمسية التي تسقط على منطقة معينة لتحديد إمكانات الطاقة الشمسية فيها، وقد وُجد أنَّ كمية الأشعة الواصلة لمنطقة معينة تختلف باختلاف موقع المنطقة الجغرافي، ومناخها العام، وطول اليوم لهذه المنطقة.
وحتى يتم تحديد إمكانات الطاقة الشمسية كمورد مهم للطاقة في منطقة معينة، يتم قياس كمية الأشعة الساقطة على هذه المنطقة في أوقات مختلفة من السنة، ثم مقارنتها مع مناطق أخرى واقعة على نفس خط العرض، ويتم التعبير عن البيانات الناتجة عن قياس كمية الأشعة الساقطة بالكيلو واط في الساعة لكل متر مربع (كيلو واط*ساعة/ مترمربع)، فإذا كانت إمكانات الطاقة الشمسية مؤهلة لإقامة مشاريع توليد الطاقة الشمسية، فيتم إقامتها في هذه المنطقة.
إقرأ أيضا:بحث عن الموارد الطبيعيةتوليد الطاقة الشمسية
لتوليد طاقة شمسية وتحويلها إلى شكل يمكن الاستفادة منه ينبغي توفر بعض التقنيات التي تعمل على جمع الفوتونات الناتجة من الإشعاع الشمسي والعمل على تحويلها إلى كهرباء أو حرارة ومن هذه التقنيات:
المصفوفات الكهروضوئية
المصفوفات الكهروضوئية (بالإنجليزية: Photovoltaic Arrays) تعمل على تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية بعملية التحويل الكهروضوئي باستخدام الخلايا الكهروضوئية، فهذه المصفوفة عبارة عن عدد من الخلايا الكهروضوئية الموصولة معاً باستخدام مواد فلزية، وموصولة بإطارٍ يدعمها، مما ينتج طاقة أكبر من الطاقة المُنتجة من خلية واحدة، وكل خلية كهروضوئية مكوّنة بشكلٍ أساسي من مادة السيليكون المُعالَج حيث يتم تصنيعه بشكلٍ يسمح بنقل الكهرباء عبره، ويتم وصل المصفوفة بباقي نظام توليد الطاقة الشمسية.
العاكسات
العاكس (بالإنجليزية: Inverter) هو الجزء المسؤول عن تحويل الطاقة الشمسية لشكل يُمكن الاستفادة منه، حيث إنّ كمية ونوع الطاقة الناتجة من الخلايا الكهروضوئية تعاني من مشاكل، فهي تُنتج تيار كهربائي مستمر وهذا النوع من التيارات لا يناسب جميع الأجهزة، كما أنَّ مقدار الطاقة التي تنتجه الخلية غير ثابت بسبب اختلاف كمية الأشعة الساقطة عليها، فالعاكس يُعالج هذه المشاكل بتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد يناسب جميع الأجهزة، كما أنّه يُعالج مشكلة مقدار الطاقة غير الثابتة ويعمل على إنتاج كمية ثابتة من الطاقة، كما يضمن ثبات الجهد للنظام.
إقرأ أيضا:أنواع الوقودمصفوفة التحكم الكهروضوئية
تعمل مصفوفة التحكم الكهروضوئية (بالإنجليزية: Photovoltaic Array Controller) على زيادة كفائة نظام توليد الطاقة الشمسية، عن طريق تعقُّب أشعة الشمس باستخدام مجسّات الضوء، وتحريك المصفوفة الكهروضوئية باتجاه أشعة الشمس لتجميع أكبر كمية من أشعة الشمس باستخدام وحدات تحكم، وبعد إنتاج الطاقة يمكن استخدامها لتشغيل الأجهزة أوغيرها من الأمور عن طريق تثبيت هذا النظام مع الأجهزة المطلوبة.
تخزين الطاقة الشمسية
عند توليد الطاقة الشمسية من أجل تحويلها إلى شكل آخر، فإنها تواجه مشكلة عدم قدرتها على توليد وإنتاج الطاقة مساءً، لذلك كان لا بد من وجود أساليب لتخزين هذه الطاقة ومن هذه الأساليب:
- تخزين الطاقة الضوئية: يتم استخدام بطاريات داخل النظام لتخزين الكهرباء عند شحنها، ومن الشرط الأساسي لهذه البطاريات أن تكون قابلة لإعادة الشحن، حيث تُخزِّن الطاقة في النهار، ليتم الاستفادة منها مساءً، ثم يتم إعادة شحنها نهاراً.
- تخزين الطاقة الحرارية: وهذا النمط خاص في أنظمة تسخين الماء والتي تحوّل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية، حيث تحتوي هذه الأنظمة على نظام تخزين مُبسّط على شكل مجمعات لطاقة الشمس، وعند الحاجة ينتقل الماء الساخن من مجمعات التخزين إلى المكان المرغوب به.
إيجابيات وسلبيات الطاقة الشمسية
تعتبر الطاقة الشمسية من أهم مصادر الطاقة، وكغيرها من أشكال الطاقة فإنَّ لها مجموعة من الإيجابيات والسلبيات.
إقرأ أيضا:أنواع الجرانيتإيجابيات الطاقة الشمسية
تتمتع الطاقة الشمسية بمجموعة من الإيجابيات والتي تشجّع على الاعتماد عليها واستغلالها، ومن أهم هذه الإيجابيات:
- مصدر متجدد للطاقة، فأشعة الشمس لا تنضب ومتوفرة دوماً وفي جميع أنحاء العالم.
- إمكانية استخدامها لعدة تطبيقات، مثل: إنتاج الكهرباء والحرارة، وتحلية وتقطير المياه خاصة في الأماكن التي لا تتوفر فيها مياه نظيفة، ومن الممكن استخدامها لتزويد الأقمار الصناعية بالطاقة، وغيرها من الاستخدامات.
- انخفاض تكاليف صيانتها، فبالرغم من ارتفاع تكاليف إنشائها إلّا أن صيانتها مُتاحة ورخيصة، وبالمحافظة عليها وعلى نظافتها يمكن أن تدوم عدة سنوات.
- التطوّر المستمر في مجال تكنولوجيا الطاقة الشمسية، وخصوصاً تكنولوجيا النانو وفيزياء الكم والتي تسعى لتحسين كفاءة وفعالية أنظمة توليد الطاقة الشمسية مستقبلاً.
سلبيات الطاقة الشمسية
بالرغم من الإيجابيات التي تتمتع بها الطاقة الشمسية، إلّا أنّ هناك مجموعة من السلبيات لها ومنها:
- تغيُّر الطقس، فاختلاف الطقس صيفاً وشتاءً يقلل من نسبة الاستفادة منها.
- عدم القدرة على الاستفادة منها في المساء، بالتالي لا بد من وجود جهاز يخزن الطاقة مثل البطارية.
- لا بد من توفير مساحات واسعة لتجميع أكبر قدر من الطاقة الشمسية؛ حتى يتم الاستفادة من الطاقة الشمسية بشكل مثالي.
- كلفتها العالية لأنها تحتاج لتقنيات وتكنولوجيا لتطوير أنظمة توليد الطاقة الشمسية، حيث إنَّ توليد الكهرباء من توليد الطاقة الشمسية تساوي خمسة أضعاف توليد الكهرباء باستخدام الوقود الأحفوري.
