كيفية استخدام الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء

كيفية استخدام الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء
كيفية استخدام الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء

الطاقة الشمسية

تعد الطاقة الشمسية من أكثر مصادر الطاقة المتجددة وفرة في العالم، وهي من الموارد المتجددة التي لا تنضب، ولا تنبعث من الطاقة الشمسية أي غازات دفيئة أثناء عملية توليد الطاقة، ولكن بالرغم من تلك المميزات إلا أن تكلفة الطاقة الشمسية في ما يتعلق بمصادر الوقود الأخرى تعيق تبنيها، بالإضافة إلى اختلاف ضوء الشمس حسب الموقع الجغرافي، وحسب الموسم وحسب الوقت من اليوم، مما يخلق عددًا من القيود على استخدامها،[١] ويمكن تعريف الطاقة الشمسية بأنها التكنولوجيا المستخدمة لتحويل طاقة الشمس وجعلها قابلة للاستخدام، وقد استُخدمت هذه الطاقة بدءًا من عام ألفين وأحد عشر ميلاديًا، إذ أنتجت التكنولوجيا أقل من عُشر واحد في المائة من الطلب العالمي على الطاقة، وتحول محطات التوليد الطاقة الشمسية الحرارية إلى تقنيات مختلفة من أجل تركيز طاقة الشمس كمصدر للحرارة، ثم تستخدم هذه الحرارة الناتجة في كثير من الاستخدامات، مثل غلي الماء، وقيادة التوربينات البخارية التي تعمل على توليد الكهرباء بنفس الطريقة التي تعمل بها محطات الفحم والطاقة النووية، والتي توفر الكهرباء لآلاف الأشخاص، وفي المقال التالي توضيح كيفية استخدام الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء، إضافةً إلى بيان مزايا الطاقة الشمسية وسلبياتها، ومقدار الكهرباء التي تنتجها الألواح الشمسية.[٢]


كيفية استخدام الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء

تتكون اللوحة الشمسية القياسية والتي تعرف بالوحدة الشمسية من طبقة من خلايا السيليكون ومن إطار معدني ومن غلاف زجاجي، إضافة إلى أسلاك متنوعة، وذلك للسماح بتدفق التيار من خلايا السيليكون، وهو عبارة عن مادة غير معدنية، لها خصائص موصلة تسمح بامتصاص وتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، وعندما يتفاعل ضوء الشمس مع خلية السيليكون، فإنه يضع الإلكترونات في حال الحركة، مما يسبب تدفق التيار الكهربائي، ويُعرف هذا التحول باسم التأثير الكهروضوئي، ويصف هذا التحول الوظيفة الرئيسية لتكنولوجيا الألواح الشمسية، ويمكن تلخيص علم توليد الكهرباء باستخدام الألواح الشمسية في التأثير الكهروضوئي، إذ اكتُشف هذا التأثير لأول مرة في عام 1839 بواسطة العالم إدموند بيكريل، ويعد هذا التأثير خاصية مميزة لبعض المواد التي تعرف باسم أشباه الموصلات، وهي المواد التي تولد تيارًا كهربائيًا عند تعرضها لأشعة الشمس، وتُحول أشعة الشمس إلى كهرباء من خلال الخطوات الآتية:[٣]

  • تمتص الخلايا الشمسية الضوئية المكونة من السيليكون الأشعة الشمسية.
  • تتفاعل أشعة الشمس التي تُمتص مع خلية السيليكون، ثم تبدأ الإلكترونات في التحرك، مما يخلق تيارًا كهربائيًا متدفقًا.
  • تلتقط الأسلاك هذا التيار، وتغذي به التيار المباشر المسمى (DC)، ثم تحوله إلى عاكس للطاقة الشمسية لتحويلها إلى كهرباء التيار المتردد (AC).

وتعمل الألواح الشمسية من خلال امتصاص أشعة الشمس من الخلايا الكهروضوئية، وتوليد طاقة تيار باستمرار، تسمى هذه الطاقة المتولدة (DC)، ثم بعد ذلك تُحول إلى طاقة تيار متناوب، تكون صالحة للاستعمال بمساعدة تقنية العاكس، تتدفق طاقة التيار المتردد عبر اللوحة الكهربائية في المنزل، وبعد ذلك تُوزع، فيما يأتي الخطوات الرئيسية لكيفية عمل الألواح الشمسية وكيف تحول هذه الألواح الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية:[٣]

  • تمتص الخلايا الكهروضوئية الطاقة الشمسية، وتحولها إلى تيار كهرباء مستمر.
  • يحول العاكس الشمسي الطاقة الكهربائية الرئيسية من الوحدات الشمسية إلى كهرباء التيار المتردد، إذ تستخدم أغلب المنازل الأجهزة المنزلية على طاقة الكهرباء المترددة.
  • تبدأ الكهرباء بالتدفق عبر المنزل، ويستطيع المستخدم تشغيل أي أجهزة كهربائية إلكترونية.
  • أي كهرباء زائدة تُنتج، تُغذى بالألواح الشمسية ومن ثم بالشبكة الكهربائية.


مزايا الطاقة الشمسية وعيوبها

الطاقة الشمسية شأنها شأن أي شيء في العالم، لها مزايا ولها عيوب، في ما يأتي أهمها:[٤]


مزايا الطاقة الشمسية

  • تعد الطاقة الشميسة مصدرًا رئيسيًا للطاقة المتجددة، ويمكن تسخيرها في جميع آنحاء العالم، كما أنها متوفرة كل يوم.
  • التقليل من فواتير الكهرباء، وذلك نظرًا لتلبية أغلب احتياجات الطاقة بالكهرباء التي يولدها النظام الشمسي.
  • وجود تطبيقات متنوعة لاستخدام الطاقة الشمسية، مثل الطاقة الحرارية، والطاقة الضوئية.
  • انخفاض تكاليف الصيانة، إذ لا تتطلب أنظمة الطاقة الشمسية صيانةً مستمرة.
  • التكنولوجيا الخاصة في تحويل الطاقة الشمسية تتطور باستمرار، إذ يمكن أن تزيد فعالية الألواح الشميسية في السنين القادمة.


عيوب الطاقة الشمسية

  • ارتفاع التكلفة، إذ إن التكلفة الأولية لشراء النظام الشمسي مرتفعة جدًا.
  • اعتماد الطاقة الشمسية على الطقس، فعلى الرغم من إمكانية جمع الطاقة الشمسية في الأيام الممطرة والغائمة، إلا أن كفاءة النظام الشمسي تكون منخفضة.
  • تخزين الطاقة الشمسية الزائدة، أو التي نرغب في استخدامها أثناء الليل مثلًا يعد أمرًا باهظ الثمن.
  • تتطلب الألواح الشمسية مساحة كبيرة من الأسطح، فكلما زادت الطاقة المرغوب في إنتاجها، كلما زاد عدد الألواح الشمسية التي يجب وضعها.
  • ترتبط الطاقة الشمسية بالتلوث، إذ توجد بعض الأنواع السامة والخطيرة المستخدمة أثناء عملية تصنيع أنظمة الطاقة الشمسية.


مقدار الكهرباء التي تنتجها الألواح الشمسية

تكون الطاقة الكهربائية المنتجة من الأشعة الشمسية قادرة على إنتاج طاقة كافية لتشغيل منزل يحتوي على أسرة مكونة من أربعة أشخاص أو خمسة، وسيولد النظام 4 كيلو واط في المتوسط ، وحوالي ثلاثة آلاف وأربعمائة كيلو واط من الكهرباء سنويًا، بالتأكيد تختلف كل مجموعة من الألواح الشمسية عن غيرها على حسب عدد الألواح الشمسية المستخدمة، وبالتالي قد يكون من الصعب تحديد مقدار الطاقة التي ستولدها بالضبط، لذلك فيما يأتي بعض الحقائق الأساسية لنظام الألواح الشمسية المتوسط​ الذي يستخدم بشكل شائع:[٥]

  • تميل النظم المحلية الشائعة إلى إنتاج طاقة كهربائية تتراوح في الحجم من كيلو واط واحد إلى 5 كيلو واط في الحجم.
  • يمكن أن ينتج نظام كيلو واط واحد حوالي ثمانمائة وخمسين كيلو واط سنويًا، ونظام 2 كيلو واط يمكن أن ينتج في العام حوالي 1700 واط، ونظام 5 كيلو واط يمكن أن ينتج في العام أربعة آلاف وخمسمائة.
  • يقدر صندوق توفير الطاقة المسمى (EST) أن المنزل الذي يتكون من ثلاث غرف نوم في المملكة المتحدة يكون استخدامه من الكهرباء ما يزيد قليلًا عن 3000 كيلو واط في السنة.


المراجع

  1. "SOLAR", studentenergy, Retrieved 2019-11-29. Edited.
  2. "Solar Energy", nationalgeographic, Retrieved 2019-11-29. Edited.
  3. ^ أ ب "How do solar panels work?", news energysage, Retrieved 2019-11-29. Edited.
  4. "Pros and Cons of Solar Energy", greenmatch, Retrieved 2019-11-29. Edited.
  5. "HOW MUCH ELECTRICITY DOES A SOLAR PANEL PRODUCE?", renewableenergyhub, Retrieved 2019-11-29. Edited.

343 مشاهدة