تعريف الطاقة الشمسية
تشير الطاقة الشمسية إلى الطاقة المتولدة باستخدام الخلايا الشمسية الكهروضوئية لتحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية ، وهي من أهم مصادر الطاقة المتجددة وأسرعها نمواً، حيث يحمل وعدًا كبيرًا في توفير الطاقة لمجموعة متنوعة من الأغراض.
يتلقى كل موقع على الأرض قدرًا معينًا من ضوء الشمس على مدار العام ، لكن كمية الإشعاع الشمسي التي يتلقاها موقع ما في أماكن مختلفة على سطح الأرض مختلفة. وتسمى هذه الكمية بالإشعاع الشمسي ، والمعروف أيضًا بالإشعاع الكهروضوئي ؛ حيث تنبعث من الشمس على شكل ضوء يتم التقاطه بواسطة تقنيات الطاقة الشمسية وتحويلها إلى أشكال مفيدة للطاقة.
المجالات التي يتم فيها استخدام الطاقة الشمسية
أنظمة الطاقة الكهروضوئية
وهي أكثر طرق الطاقة الشمسية انتشارًا والتي تُعرف أيضًا باسم أنظمة الخلايا الشمسية وتنتج الكهرباء مباشرة من ضوء الشمس ، عندما تتعرض الألواح الشمسية لضوء الشمس ، تمتص هذه الخلايا الطاقة من ضوء الشمس ، وتولد هذه الطاقة شحنات كهربائية تتحرك استجابةً لمجال كهربائي داخلي في الخلايا ، مما يؤدي إلى تدفق الكهرباء.
يتكون النظام من خلايا شمسية مصنوعة من مواد شبه موصلة ، وعندما تتعرض هذه المواد لأشعة الشمس ، تحفز الطاقة الشمسية الإلكترونات الموجودة في ذرات هذه المواد بعيدًا عن نواتها؛ مما يتسبب في مرورها عبر مواد أشباه الموصلات، وبالتالي توليد الكهرباء التي يمكن استخدامها مباشرة أو تخزينها في بطارية ، ويطلق على عملية تحويل ضوء الشمس (الفوتونات) إلى كهرباء فولتية اسم (التأثير الكهروضوئي).
يتكون النظام من خلايا شمسية مصنوعة من مواد شبه موصلة ، وعندما تتعرض هذه المواد لأشعة الشمس ، تحفز الطاقة الشمسية الإلكترونات الموجودة في ذرات هذه المواد بعيدًا عن نواتها؛ مما يتسبب في مرورها عبر مواد أشباه الموصلات، وبالتالي توليد الكهرباء التي يمكن استخدامها مباشرة أو تخزينها في بطارية ، ويطلق على عملية تحويل ضوء الشمس (الفوتونات) إلى كهرباء فولتية اسم (التأثير الكهروضوئي).
نظام الطاقة الشمسية المركزة
يعتمد نظام الطاقة الشمسية المركزة على المرايا والعدسات لتركيز كمية كبيرة من ضوء الشمس على مساحة صغيرة ثم تحويل الطاقة الشمسية إلى حرارة ويتكون النظام الشمسي المركز من 3 وحدات رئيسية وهي كالتالي:
- المجال الشمسي: والذي يقوم بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقر حرارية.
- الخزان الحراري: يستخدم الملح المصهور كوسيط تخزين حراري لتخزين الطاقة الحرارية.
- وحدة إنتاج الطاقة: تقوم هذه الوحدة بتوليد الكهرباء باستخدام توربينات بخارية تعمل بالبخار المتولد من الشمس.
أنظمة الطاقة الشمسية للتسخين
تستخدم أنظمة التسخين الشمسي تقنية التسخين الشمسي لاستخدام حرارة الشمس لتوفير الماء الساخن والحرارة للمنشآت السكنية والتجارية والصناعية. وتوفر هذه الأنظمة بديلاً لاستخدام الكهرباء أو الغاز الطبيعي. وتتكون هذه الأنظمة من ثلاثة عناصر رئيسية: المجمع الرئيسي والأنابيب المعزولة وخزان الماء الساخن ، ويمكن أن تشتمل هذه الأنظمة على أدوات اختيارية مثل: وحدات التحكم الإلكترونية ، وأنظمة مقاومة التجمد عند الحاجة، خاصة في المناطق ذات المناخ البارد.توفر هذه الأنظمة الحرارة الداخلية المناسبة بطريقتين:
- طرق التسخين بالطاقة الشمسية النشطة: يوفر تدوير الماء الساخن أو الغاز عبر المضخات أو المراوح الحرارة المناسبة بهذه الطريقة.
- التسخين الشمسي السلبي: تسمح هذه الطريقة للحرارة بالدوران بشكل طبيعي داخل المبنى دون استخدام مصادر الطاقة الخارجية.
فوائد الطاقة الشمسية
الفوائد الشخصية للطاقة الشمسية
هناك العديد من الفوائد لاستخدام الطاقة الشمسية على المستوى الشخصي ، بما في ذلك:
- الطاقة المتجددة: الطاقة الشمسية هي مصدر للطاقة المتجددة ، حيث تتوفر الطاقة الشمسية كل يوم في جميع أنحاء العالم ، وعلى عكس مصادر الطاقة الأخرى ، فإنها لن تنفد ، ويمكن للبشرية الاستفادة منها لمدة 5 مليارات سنة على الأقل ؛ أي حتى نهاية العمر المتبقي للشمس وفقًا لما يحدده العلماء.
- طريقة لتقليل فواتير الطاقة: يمكن لأي شخص استبدال الطاقة التي يستخدمها بالطاقة الشمسية التي ينتجها النظام الشمسي الذي يستخدمه ، لذا فإن قيمة التوفير في فاتورة الطاقة تعتمد على كمية الكهرباء والحرارة المستخدمة بالإضافة إلى حجم النظام الشمسي الحالي.
- تطبيقات مختلفة: للطاقة الشمسية العديد من التطبيقات إلى جانب توليد الطاقة والتدفئة كما يمكن استخدامه أيضًا لتقطير المياه في المناطق التي تفتقر إلى المياه النظيفة ، ولتشغيل الأقمار الصناعية في الفضاء.
- تكلفة صيانة منخفضة: النظام الشمسي هو نظام لا يتطلب الكثير من الصيانة ، ويكفي أن يتم تنظيفه من قبل شخص عدة مرات في السنة
الفوائد البيئية للطاقة الشمسية
إن استخدام الطاقة الشمسية له العديد من الفوائد البيئية ، بما في ذلك:
- الحفاظ على المياه.
- تقليل تلوث الهواء.
- تغير المناخ البطيء.
- تقليل البصمة الكربونية.
- تقليل الاعتماد على الوقود العضوي التقليدي.
معوقات استخدام الطاقة الشمسية
هناك العديد من الأسباب للانتقال إلى الطاقة المتجددة كبديل للطاقة التقليدية ، ولكن هناك بعض العوائق التي تمنع العالم من الاعتماد عليها بشكل أساسي ، ومنها ما يلي:
- تكاليف البناء الأولية: تعتمد تكلفة إنشاء نظام شمسي على الموقع ، وعدد الألواح المطلوبة ، ومتطلبات التركيب ، وتكاليف العمالة ، وما إلى ذلك ، وهذه التكلفة مرتفعة ؛ لذلك لا تستطيع بعض الأسر تحمل تكاليفها دون اللجوء إلى القروض.
- الاستخدام الليلي: تحتاج الأنظمة الشمسية إلى ضوء الشمس لتعمل ، لذلك لا تستطيع هذه الأنظمة في الليل توليد الكهرباء ويحتاج الناس إلى الاعتماد على مصادر أخرى للطاقة ، وتجدر الإشارة إلى أن بعض أنظمة الألواح الشمسية تشتمل على بطارية احتياطية ، لكنها اختيارية وليست جميع الأنظمة مجهزة.
- المساحة المطلوبة: تتطلب الألواح الشمسية مساحة للتثبيت ، وكلما زاد الاستهلاك ، زادت المساحة المطلوبة لتثبيت النظام الشمسي.
- الموقع: تختلف شدة ضوء الشمس وتوافره من مكان إلى آخر. في بعض أنحاء العالم ، هناك أيام بدون سطوع الشمس في الشتاء. وقد ترك هذا أولئك الذين يعتمدون على الطاقة الشمسية بدون كهرباء ، ويمكن أن يؤثر الكسوف أيضًا على مولدات الطاقة الشمسية.
تعليقات: 0
إرسال تعليق