محتويات
الطاقة الشمسية
ضوء الشمس هو أكبر مصدر للطاقة التي تتلقاها الأرض، فتعد الشمس مصدرًا قويًا لطاقة، لكن شدتها على سطح الأرض منخفضة، وهذا هو أساسًا بسبب الانتشار الشعاعي الهائل للإشعاع الشمسي من الشمس البعيدة، وتعود الخسارة الإضافية البسيطة نسبيًا إلى الغلاف الجوي للأرض والغيوم التي تمتص أو تشتت ما يصل إلى 54% من ضوء الشمس الوارد إلى الأرض، ويتكون ضوء الشمس الذي يصل إلى الأرض من حوالي 50% من الضوء المرئي، و45% من الأشعة تحت الحمراء، وكميات أصغر من الأشعة فوق البنفسجية وغيرها من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي.
والطاقة الشمسية أو الإشعاع الصادرعن الشمس قادرعلى إنتاج الحرارة أو التسبب بالتفاعلات الكيميائية أو توليد الكهرباء، وإجمالي كمية الطاقة الشمسية الساقطة على الأرض يتجاوز إلى حدّ كبير متطلبات الطاقة الحالية والمتوقعة في العالم، وإذا استخدمت هذه الطاقة بطريقة مناسبة فإن هذا المصدر شديد الانتشار لديه القدرة على تلبية جميع احتياجات الطاقة المستقبلية، ومن المتوقع أن تصبح الطاقة الشمسية في القرن الحادي والعشرين مهمة ومحببة بصورة متزايدة كمصدر للطاقة المتجددة، وهذا بسبب إمدادها الذي لا ينضب وخاصيتها المهمة بأنها غير ملوثة لطبيعة، وهي في تناقض صارخ مع الوقود الأحفوري المحدود مثل الفحم والبترول والغاز الطبيعي.[١]
استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الطاقة الكهربائية
وضُعت سياسة فعالة في عددٍ كبيرٍ من البلدان خلال العقد الحالي لدعم استخدام الطاقة الشمسية؛ وذلك لأن الطاقة الشمسية بأشكالها المختلفة من الحرارة الشمسية والطاقة الشمسية الضوئية والكهرباء الحرارية الشمسية والوقود الشمسي جميعها يمكنها توليد طاقة كهربائية، وبالتالي يمكن أن تقدم مساهمات كبيرة في حلّ بعض المشاكل الأكثر إلحاحًا التي تواجه العالم في الوقت الحالي مثل: تغير المناخ ونقص الطاقة، وتوفر الطاقة الشمسية موردًا نظيفًا وصديقًا للبيئة، وكذلك مورد لا ينفذ، فهو وفيرًا للغاية ومنتشر في جميع أنحاء العالم، وتتوافر أكثر في البلدان الدافئة والمشمسة، ويؤدي استخدم الطاقة الشمسية في تلك البلدان إلى النمو الاقتصادي فيها على مدى العقود المقبلة، ومن المحتمل أن تحتوي البلاد المشمسة والحارة على حوالي 7 مليارات نسمة بحلول عام 2050 مقابل 2 مليار في البلدان الباردة والمعتدلة، بما في ذلك معظم أوروبا وروسيا وأجزاء من الصين والولايات المتحدة الأمريكية، وتكاليف الطاقة الشمسية تنخفض بسرعة وتدخل في مجالات جديدة من القدرة التنافسية، وتتنافس الكهرباء الحرارية الشمسية (STE) والكهرباء الضوئية الشمسية (PV) مقابل توليد الكهرباء الذي يعمل بالوقود في البلدان المشمسة.[٢]
وفي أوروبا توجد علاقة تكاملية بين الطاقة الكهربائية الناتجة من الطاقة الشمسية والطاقة الكهربائية الناتجة من الوقود، ومن مميزات الطاقة الشمسية الضوئية أنه يمكن بناؤها بالقرب من المستهلكين مثالًا على أسطح المباني، أما بالنسبة للبلدان النامية المحرومة حاليًا من الكهرباء يمكن للطاقة الشمسية أن تحول حياة سكانها الذي يبلغ عددهم حوالي مليار وأربعمائة مليون، وذلك بالاعتماد على الطاقة الشمسية بدلًا من الوقود في توليد الكهرباء، وأيضًا يمكن الطهي بالطاقة الشمسية، كما يمكن تسخين المياه بالطاقة الشمسية وبالتالي يمكن أن يساهم استثمار الطاقة الشمسية برفع مستويات المعيشة والاقتصاد في الدول النامية كثيرًا، وحتى في البلدان التي لديها أنظمة طاقة متطورة ومتقدمة، ويمكن أن تساهم وتساعد تقنيات الطاقة الشمسية في ضمان قدر أكبر في تأمين الطاقة واستدامتها.[٢]
الأجهزة المستخدمة في إلتقاط الطاقة الشمسية
من بين الأجهزة الأكثر شيوعًا المستخدمة لالتقاط الطاقة الشمسية وتحويلها إلى طاقة حرارية اللوحات المسطحة والتي تستخدم لتطبيقات التدفئة الشمسية، ولأن كثافة الإشعاع الشمسي على سطح الأرض منخفضة للغاية يجب أن تكون هذه المجمعات كبيرة في المنطقة، على سبيل المثال حتى في المناطق المشمسة من المناطق المعتدلة في العالم يجب أن يكون للمجمع مساحة تبلغ حوالي 40 مترًا مربعًا أي 430 قدمًا مربعًا لجمع ما يكفي من الطاقة وتلبية احتياجات شخص واحد. تتكون مجمعات الألواح المسطحة الأكثر استخدامًا عادةً من لوحة معدنية سوداء اللون مغطاة بواحد أو اثنين من ألواح الزجاج، والتي تُسخن بواسطة أشعة الشمس التي تسقط عليها، وتُسخن بنقل هذه الحرارة إلى الهواء أو الماء والتي تسمى سوائل الناقل، والذي يتدفق خلف اللوحة، فيمكن استخدام الحرارة مباشرة أو يمكن نقلها إلى وسيط آخر للتخزين، والألواح المسطحة تُستخدم عادة لسخانات المياه بالطاقة الشمسية وتدفئة المنزل، وعادة تخزن الحرارة للاستخدام في الليل أو في الأيام التي تكون فيها السماء ملبدة بالغيوم، إذ يصعب فيها تجميع أشعة الشمس، ويكون هذا التخزين للحرارة عن طريق استخدام خزانات معزولة لتخزين المياه التي تسخن خلال فترات مشمسة، يمكن لمثل هذا النظام تزويد المنزل بالماء الساخن المسحوب من خزان التخزين أو مع تدفق المياه الدافئة عبر الأنابيب في الأرضيات والسقوف، ويمكن أن يوفر التدفئة في الجو، وتسخن مجمعات الألواح المسطحة عادة سوائل الناقل إلى درجات حرارة تتراوح من 66-93 درجة مئوية أي تساوي 150-200 درجة فهرنهايت، وتتراوح كفاءة هذه المجمّعات أي نسبة الطاقة المستلمة التي يحوّلونها إلى طاقة قابلة للاستخدام من 20-80%، ويعود سبب اختلاف النسبة إلى تصميم المجمع.[١]
تطبيقات الطاقة الشمسية
تنقسم تطبيقات الطاقة الشمسية في الصناعة إلى فئتين رئيسيتين: تطبيقات تعتمد على الطاقة الشمسية الحرارية وتطبيقات أخرى تعتمد على الطاقة الشمسية الضوئية، وبعض التطبيقات الأكثر شيوعًا هي الماء الساخن والبخار وعمليات التجفيف والجفاف والغسيل والتنظيف والتسخين والتعقيم والغذاء وصناعة الورق وصناعة النسيج والصناعات الكيماوية وصناعة البلاستيك وتسخين المساحة الصناعية، ويمكن أن توفر التكنولوجيا الحرارية الشمسية أيضًا بديلًا لعمليات التبريد في قطاعات مثل قطاع الأغذية والتبغ، إذ تبرد معظم المنتجات حاليًا بواسطة مبردات كهربائية.[٣]
وعلى نطاق صغير لأغراض أخرى غير تلك المذكورة أعلاه، في بعض البلدان تُستخدم الطاقة الشمسية لإنتاج الملح من مياه البحر عن طريق التبخر، وبالمثل تحول وحدات تحلية المياه التي تعمل بالطاقة الشمسية المياه المالحة إلى مياه شرب عن طريق تحويل طاقة الشمس إلى حرارة مباشرة أو غير مباشرة، وكذلك ظهرت تكنولوجيا الطاقة الشمسية لإنتاج الهيدروجين النظيف والمتجدد كمصدر بديل للطاقة، وتحاكي عملية التمثيل الضوئي وهي عبارة عن أجهزة قائمة على السيليكون تستخدم الطاقة الشمسية لتقسيم المياه إلى الهيدروجين والأكسجين دون ترك أي ملوثات تقريبًا، وتوجد حاجة إلى المزيد من العمل لتحسين كفاءة وفعالية التكلفة لهذه الأجهزة للاستخدام الصناعي.[١]
المراجع
- ^ أ ب ت "Solar energy", britannica, Retrieved 13-12-2012. Edited.
- ^ أ ب "Executive Summary", archive,13-1-2012، Retrieved 13-12-2019. Edited.
- ↑ "Solar Water and Space-Heating Systems", sciencedirect, Retrieved 14-12-2019. Edited.
