استخدام الطاقة الشمسية في تسخين المياه

استخدام الطاقة الشمسية في تسخين المياه
استخدام الطاقة الشمسية في تسخين المياه

الشمس

الشمس هي أقرب نجم إلى الأرض، وتبعد مسافة 150 مليون كيلومتر، وتشع الشمس الضوء والحرارة أو ما يسمى بالطاقة الشمسية وهذا ما يجعل الحياة ممكنة على سطح الأرض، وتحتاج الكائنات الحية جميعها إلى أشعة الشمس لتنمو وتعيش وتشعر بالدفء، ويستخدم الناس الطاقة الشمسية بطرق متنوعة منذ الآلاف السنين، فالطاقة الشمسية ضرورية لزراعة الأراضي وإنتاج المحاصيل وتربية الماشية.

واستخدمت الطاقة الشمسية في تقنيات عديدة كدوران المحاصيل بالتالي ازدياد المحاصيل، كما جففوا الطعام باستخدام الشمس والرياح، كما استفيد من الطاقة الشمسية قديمًا في الأبنية؛ إذ بنوا النوافذ مواجهة لأشعة الشمس لجمع الحرارة والضوء، واستخدمت الحجارة ذات الكتلة الحرارية، مما يعني أنها تخزن الحرارة، مثل الحجر والخرسانة، كما استفيد من الطاقة الشمسية لزراعة المحاصيل المتنوعة، وحين رغب الإمبراطور الروماني تيبيريوس أن يتناول الخيار على مدار العام بني البيت البلاستيكي الذي يحول ضوء الشمس فيه إلى حرارة، وفيه يمكن زراعة النباتات في غير موسمها، وطور أسلوب البيت الكلاسيكي وأضيفت التحسينات لزيادة تنوع وكمية المحاصيل المزروعة.[١]


استخدام الطاقة الشمسية في تسخين المياه

يلجأ الناس للتفكير بالخلايا الشمسية نظرًا لارتفاع فاتورة الكهرباء أو الغاز، إذ تحول ضوء الشمس إلى حرارة، وتتكون الخلايا الشمسية من عدة أجزاء وهي:[٢]

  • الجامع: وهو الاسم التقني للوحة السوداء الكبيرة الموجودة على السطح، يمكن استخدام ألواح أصغر حجمًا للبيوت الصغيرة، ويوجد نوعان من المجمعات المعروفة باسم الأنبوب المسطح والإخلاء، وتعد الألواح المسطحة أبسط أدوات التجميع وهي أكبر بقليل من أنابيب المياه التي تمر عبر صناديق معدنية مغلفة بزجاج أسود سميك، ويجمع الزجاج الحرارة، وتسخن المياه الجارية عبر الأنابيب وتحولها إلى خزان الماء الساخن، أما النوع الآخر فهي الأنابيب المفرغة وهي أكثر تطورًا وهي عبارة عن قوارير فارغة تجمع الحرارة من ضوء الشمس، ثم تتدفق إلى جهاز تجميع الحرارة الذي يقع في الجزء العلوي حيث يتدفق عبره الماء، ويحمل الحرارة إلى خزان الماء الساخن، وتعد هذه الطريقة أكثر كفاءة وأغلى ثمنًا.
  • خزان الماء الساخن: وهو خزان لتجميع المياه الساخنة موجود على السقف، ولا بد أن يتناسب حجم الخزان مع عدد أفراد الأسرة، فكلما زاد عدد الأفراد يفضل أن يكون حجم الخزان أكبر.
  • المبادل الحراري: تعمل الألواح الشمسية عن طريق نقل الحرارة من المجمع إلى الخزان من خلال دائرة منفصلة ومبادل حراري، وتسخن الحرارة التي تجمعها اللوحة الماء أو الزيت أو السائل الذي يتدفق عبر دائرة من الأنابيب إلى ملف نحاسي داخل خزان الماء الساخن، ثم تمرر الحرارة في خزان الماء الساخن، ويعود الماء المبرد إلى المجمع لجمع المزيد من الحرارة.
  • المضخة: يحتاج الماء إلى مضخة كهربائية صغيرة ليتدفق الماء بين المجمع والخزان، وتستخدم بعض الأنظمة الحرارية الشمسية مضخات تعمل بالطاقة الشمسية بدلًا من الكهربائية، مما يعني أنها تعمل بالكامل على الطاقة المتجددة، وتكون المضخة الشمسية أكثر نشاطًا في الأيام المشمسة وأقل نشاطًا في الأيام الباردة.
  • نظام التحكم: يوجد نظام تحكم موصول بلوحة شمسية حرارية مزودة بصمام يمكنه إغلاق دائرة المياه في الطقس البارد.


الفرق بين الألواح الشمسية والسخانات الشمسية

إن النظامين يعملان بشكل مختلف ولهما أغراض مميزة، إلا أنهما يصلان إلى نفس الهدف وهو استخدام الطاقة المتجددة منخفضة التكلفة بدلًا من مصادر الطاقة التقليدية المكلفة والتي تسبب التلوث، كما يسمح النظامان بتوفير المال ومساعدة البيئة، ويعتمد النظامان على الطاقة الشمسية، وهما الألواح الشمسية وسخانات المياه بالطاقة الشمسية، ويعمل كلاهما عن طريق امتصاص أشعة الشمس، وبالتالي يجب وضعه على سطح المنزل بحيث يكون مواجهًا للجنوب.

الفرق الأساسي الأول بين الألواح الشمسية وسخانات المياه بالطاقة الشمسية هو أن الألواح الشمسية تستغل التأثير الكهروضوئي عن طريق امتصاص جزيئات الضوء (الفوتونات) واستخراج الإلكترونات وقيادتها عبر سلك، ويكون ذلك باستخدام الخلايا الشمسية المصنوعة من مواد أشباه الموصلات مثل السيليكون التي لها شحنة سلبية وشحنة إيجابية، واستخدمت الألواح الشمسية لإنتاج الكهرباء التي يحتاجها المنزل، في حين أن سخانات المياه بالطاقة الشمسية لا تنتج أي كهرباء، بل تحول ضوء الشمس لحرارة بدلًا من الطاقة، وتصنع مجمعات الطاقة الشمسية من سلسلة من الأنابيب التي تحتوي على محلول يحول الطاقة الشمسية إلى حرارة، ثم تنقل وتخزن في خزان المياه، وسيوفر النظام الحراري الشمسي 90٪ من الماء الساخن في فصل الصيف و40-60٪ في فصل الشتاء.[٣]


مزايا الطاقة الشمسية

توجد العديد من المزايا للطاقة الشمسية ومنها:[٤][٥]

  • طاقة متجددة: الطاقة الشمسية مصدر للطاقة المتجددة التي لا تفنى، وتقدر ناسا أن الشمس سوف تشرق لمدة 6.5 مليار سنة أخرى بالتالي يمكن الاعتماد عليها كمصدر للطاقة، ويستقبل سطح الأرض 120000 تيراوات من الإشعاع الشمسي؛ أي طاقة أكبر بمقدار 20 ضعفًا من ما هو مطلوب لتزويد العالم بأسره.
  • الطاقة الشمسية غير مكلفة: بمجرد سداد التكلفة الرأسمالية للتركيب، تصبح الطاقة مجانية، كما يمكن استغلال الطاقة الشمسية وتركيب الألواح الشمسية وإنتاج الكهرباء.
  • التأمين ضد ارتفاع أسعار الطاقة: تثبيت نظام الطاقة الشمسية في المنزل يمكّن من تثبيت سعر الطاقة لمدة لا تقل عن 25 عامًا من عمر الألواح الشمسية، إذ يمكن التنبؤ بمقدار الطاقة التي ستنتجها الألواح وبالتالي معرفة كم تكلفة الكيلو واط في الساعة من الطاقة خلال الـ 25 عامًا القادمة.
  • صديقة للبيئة: استخدام الطاقة الشمسية لا يسبب التلوث، إلا أنه توجد بعض الانبعاثات المرتبطة بإنتاج وتركيب معدات الطاقة الشمسية، وهذه الانبعاثات تكون ضئيلة عند مقارنتها بتوليد الكهرباء من الوقود الأحفوري.
  • متاح جغرافيًا على نطاق واسع: يختلف مستوى الإشعاع الشمسي الذي يقع على الأرض باختلاف جغرافية الكوكب، فكلما اقتربنا من خط الاستواء زادت الطاقة الشمسية، ولكن يمكن استخدام الطاقة الشمسية في أي مكان.
  • التقليل من تكاليف الكهرباء: يمكن لأصحاب المنازل بيع الكهرباء الزائدة عن حاجتهم، والتقليل من قيمة الفواتير خلال الأوقات التي ينتجون فيها كهرباء أكثر مما يستهلكونها بالفعل.

رغم الفوائد العديدة التي توفرها الطاقة الشمسية إلا إن لها بعض العيوب فتركيب الألواح الشمسية مكلف ماديًا، كما أنها غير متوافرة في جميع الأوقات، فلا يمكن الاعتماد عليها كخيار أول للطاقة، كما يعد تخزين الطاقة باهظ الثمن؛ إذ يمكن استخدام البطاريات في تخفيف الطلب والحمل، مما يجعل الطاقة الشمسية أكثر استقرارًا، إلا أنها باهظة الثمن، كما تساهم عمليات التصنيع بانبعاثات غازات الدفيئة مثل ثلاثي فلوريد النيتروجين وسداسي فلوريد الكبريت وهذه الغازات هي التي تؤثر على ظاهرة الاحتباس الحراري.[٥]


المراجع

  1. " The Power of the Sun ", nationalgeographic,26-11-2019، Retrieved 26-11-2019. Edited.
  2. "Solar hot-water systems", explainthatstuff,26-11-2019، Retrieved 26-11-2019. Edited.
  3. "What is the Difference Between Solar Panels and Solar Water Heaters?", greenmatch,26-11-2019، Retrieved 26-11-2019. Edited.
  4. " How the pros and cons of solar power have changed in 2019?", solarreviews,26-11-2019، Retrieved 26-11-2019. Edited.
  5. ^ أ ب "Solar Energy Pros and Cons", energyinformative,26-11-2019، Retrieved 26-11-2019. Edited.

فيديو ذو صلة :

725 مشاهدة