فوائد الطاقة الشمسية

الطاقة الشمسية

الطاقة الشمسية: هي الإشعاع الشمسي الذي تبعثه الشمس والذي ينتج عنه حرارة، ويؤدي إلى حدوث تفاعلات كيميائية. ويمكن استغلاله في العديد من المجالات عن طريق تحويلها إلى أشكال أخرى من الطاقة مثل الطاقة الحرارية والكهربائية. وتعد كمية الطاقة الشمسية الساقطة على الأرض أكبر بكثير من متطلبات الطاقة الحالية والمستقبلية للأرض، لذا إذا تم استغلال هذه الطاقة بالشكل الجيد فإنها ستكون قادرة على تلبية جميع احتياجات الطاقة المستقبلية، وتُعدّ الطاقة الشمسية من مصادر الطاقة المتجددة والتي لا يمكن أن تنضب، كما أنها لا تُعَد ملوّثة للبيئة كما هو الوقود الأحفوري، والفحم والبترول، والغاز الطبيعي، وتُعدّ كميّة الأشعة الشمسيّة السّاقطة على سطح الأرض قليلةً مقارنةً بكمية الأشعة التي تطلقها الشمس باتجاه الأرض، حيث يقوم الغلاف الجوي بعكس نسبة كبيرة من الأشعة قبل دخولها إلى الغلاف الداخلي، وتُساهم المحيطات والغيوم في امتصاص كمية كبيرة أخرى من الأشعة الشمسية الساقطة، ويتم استغلال النسبة المتبقية في تحويل الطاقة الشمسية إلى أشكال أخرى من الطاقة، وتنقسم الأشعة الشمسية الساقطة إلى ضوء مرئي بنسبة 50% تقريباً، وأشعّة تحت حمراء بنسبة 45%، وكميات قليلة من الأشعة فوق البنفسجية.

فوائد الطاقة الشمسية

تكمن أهمية الطاقة الشمسية في إمكانية استغلالها وتحويلها إلى طاقة حرارية أو كهربائية، كما يمكن استعمالها في العديد من المجالات الأخرى، وفي يأتي نذكر أهم الفوائد العامة للطاقة الشمسية:

• توليد الطاقة الحرارية: من أكثر المجالات شيوعاً لاستغلال الطاقة الشمسية هو تحويلها إلى مصدر للطاقة الحرارية، وتتم هذه العملية عبر وضع مجموعة من الألواح الشمسيّة والتي تحتوي على طبقة معدنية سوداء، مُغطّاة بلوح أو اثنين من الزجاج، حيث يتم تسخينها عند تعرضها المباشر لأشعة الشمس، ويتم نقل الحرارة المخزّنة في الطبقة المعدنية السوداء إلى الوسط المُلامس لها في الأسفل سواء كان هواء أو ماء، والتي يتم استخدامها بشكل مباشر أو قد يتم نقلها إلى وسط آخر ليتم تخزينها واستخدامها في الليل وفي فترات غياب أشعة الشمس، وتُستخدم الطاقة الحرارية الناتجة في سخّانات المياه الشمسية والتدفئة المركزية في المنازل عند سريان المياه الساخنة في أنابيب التدفئة في الأرضيات والأسقف.
• توليد الكهرباء: يمكن استخدام الطاقة الشمسية والإشعاع الشمسي في إنتاج الطاقة الكهربائية بواسطة الخلايا الشمسية (الخلايا الكهروضوئية)، وتعمل هذه الخلايا على توليد جهد كهربائي صغير عند تعرضها لأشعة الشمس بشكل مباشر، حيث تحتوي الخلايا الشمسية على مواد شبه موصلة (مثل السليكون) والتي تعمل على تحويل الطاقة الضوئية للشمس إلى طاقة كهربائية، ويمكن للخلية الشمسية المنفردة أن تولد 2 واط من الكهرباء فقط، وبجمع أكثر من خلية شمسية على شكل مجموعات تسمى (مصفوفات) والقادرة على توليد مئات أو حتى آلاف الكيلوواط من الطاقة الكهربائية لتشغيل المصانع وتزويد التجمعات السكانية بالكهرباء.
• تحلية المياه: قام فريق من مركز (نويت) بتطوير نظام لتحلية المياه بواسطة الطاقة الشمسية، باستخدام تقنية النانو، حيث يتم تحلية المياه عن طريق فصل مجرى الماء البارد والماء الساخن بغشاء رقيق، ويتم سحب بخار الماء عبر هذا الغشاء من الجانب الساخن إلى البارد وتصفية جزيئات الملح المُذابة فيه، وتم تطوير النظام بإضافة المزيد من الأغشية وجزيئات نانو الكربون الأسود التي تحوّل طاقة ضوء الشمس إلى حرارة، والتي تقوم أيضاً بتسخين الغشاء الفاصل، وبالتالي لا يحتاج هذا الغشاء إلى المزيد من الإمدادات الثابتة للمياه الساخنة، حيث يتم تسخين الغشاء مباشرة عن طريق أشعة الشمس، ولا يحتاج لطاقة لتسخين المياه. وبذلك يعد هذا النظام بكامل مكوناته موفّراً أساسياً للطاقة بحيث يعتمد على وجود ألواح الطاقة الشمسية، حيث يحتاج فقط إلى مضخة لدفع الماء السائل خلال العملية، واستطاع القائمون على النظام من زيادة كفاءته عن طريق زيادة تركيز أشعة الشمس، حيث قاموا باستخدام عدسة لتركيز الأشعة الشمسية بمقدار 25 مرة ووصلت الطاقة الناتجة إلى 17.5 كيلو واط لكل متر مربع من مساحة الأشعة الشمسية المركّزة، وبالتالي ارتفع إنتاج الماء بنحو ستة لترات لكل متر مربع في الساعة.
• استخدامات أخرى: تُستخدم الطّاقة الشمسية في بعض الأحيان لإنتاج الهيدروجين النظيف والمتجدد، والتي تشبه إلى حد كبيرة مبدأ عملية التمثيل الضوئي، حيث يتم فصل الأوكسجين عن الهيدروجين في المياه.

كمية الطاقة الشمسية الساقطة على سطح الأرض

تقدر كمية الطاقة والإشعاعات الشمسية الساقطة على الغلاف الخارجي لكوكب الأرض حوالي 174 مليون بيتا واط كل عام، 30% من هذه الطاقة يتم عكسها بواسطة الغلاف الجوي، والنسبة المتبقة من الطاقة يتم امتصاصها عن طريق المحيطات والكتل الأرضية والغلاف الجوي، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارتها كما يحدث في المحيطات، حيث تتبخّر مياه المحيطات نتيجة ارتفاع حرارة المياه ليتشكل بخار الماء الذي يرتفع إلى الأعلى حيث درجات الحرارة المنخفضة ليتكاثف ويسقط على شكل أمطار. وقد تؤدّي زيادة الحرارة الكامنة لعملية تكثف الماء إلى انتقال الحرارة بخاصية الحمل، مما يشكّل الظواهر الجويّة المُختلفة مثل الأعاصير والرياح، وتلعب الطاقة الشمسية دوراً أساسياً في عملية التمثيل الضوئي في النباتات الخضراء، والتي تستهلك ما يقارب 3000 كونتليون جول من الطاقة الشمسية في العام، حيث يتم عن طريقها تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية، مما يؤدي إلى إنتاج الغذاء والأخشاب والكتل الحيوية التي يُستخرج منها الوقود الأحفوري.