مقدمة عن الطاقة الشمسية
تُعتبر الطاقة الشمسية أحد أبرز مصادر الطاقة المتجددة التي تستمد من الأشعة الضوئية التي تصدر عن الشمس، حيث تستقبل الأرض هذه الأشعة في جميع أنحاء الكرة الأرضية. ومع ذلك، فإن كمية الإشعاع الشمسي الساقط تختلف من منطقة إلى أخرى.
تتميز هذه الأشعة بقدرتها على إنتاج حرارة يمكن استغلالها في توليد الطاقة بطرق متنوعة. ومن الجدير بالذكر أن الاستفادة من الطاقة الشمسية أصبحت هدفًا مستقبليًا للتغلب على جميع احتياجات الطاقة، إذ تُعد مصدرًا صديقًا للبيئة ولا تصدر عنه أي ملوثات.
أساليب الاستفادة من الطاقة الشمسية
يوجد العديد من الطرق المبتكرة للاستفادة من الطاقة الشمسية، وأهم هذه الطرق تشمل:
- الألواح الشمسية الكهروضوئية
تُعتبر الألواح الشمسية واحدة من أبرز الأساليب المُعتمدة لاستغلال الطاقة الشمسية، حيث يُمكن تركيبها على أسطح المنازل والأماكن المفتوحة مثل الساحات، وتساعد هذه الألواح في توفير الطاقة لإنتاج الكهرباء. ومن المهم الإشارة إلى أن زيادة مساحة الألواح تؤدي إلى زيادة كمية الطاقة المنتجة.
- سخانات المياه بالطاقة الشمسية
يستخدم الكثيرون الطاقة الشمسية كوسيلة بديلة لتسخين المياه بدلاً من الغاز أو الكهرباء. يعتمد مبدأ عمل السخانات الشمسية على تركيب جهاز يقوم بتدوير المياه في حلقة مغطاة بسطح أسود معزول، حيث يعمل هذا السطح على زيادة امتصاص الطاقة الشمسية لتسخين المياه وجمعها في خزانات.
- الطاقة الحرارية الناتجة عن الإشعاع الكهرومغناطيسي
تنتج الشمس طيفًا واسعًا من الإشعاعات ذات الأطوال الموجية المتنوعة، مثل الأشعة تحت الحمراء. تقوم هذه الأشعة بنقل الحرارة بكفاءة عالية إلى الأجسام التي تمتصها، والمعروفة باسم الأجسام السوداء. تُسمى الطاقة الناتجة عن هذه العملية بالطاقة الكهرومغناطيسية الحرارية، والتي تستخدم في مجالات عديدة تشمل التدفئة.
- الملح المصهور بواسطة الطاقة الشمسية
استطاعت التقنية الحديثة استغلال الطاقة الشمسية في أنظمة الملح المصهور، حيث يتم صهر الملح في محطات توليد الطاقة باستخدام الإشعاع الكهرومغناطيسي، ويُستخدم الملح المصهور لتسخين الماء وتحويله إلى بخار يدفع عبر التوربينات البخارية لتوليد الكهرباء.
تطبيقات الطاقة الشمسية
هناك العديد من الاستخدامات العملية التي يمكن الاستفادة منها عبر استغلال الطاقة الشمسية، ومن أبرز هذه التطبيقات:
مصادر الطاقة الحرارية
تُعتبر الطاقة الشمسية مصدرًا لتوليد الحرارة، حيث يتم تحويل الأشعة الشمسية إلى طاقة حرارية باستخدام ألواح معدنية مسطحة سوداء مغطاة بالزجاج. تمتص هذه الألواح أشعة الشمس وتحولها إلى حرارة تُنقل عبر الماء أو الهواء.
تُستخدم هذه الحرارة في مجموعة من التطبيقات، منها تسخين المياه، وإنتاج الغذاء، وتصنيع المواد الكيميائية، وتدفئة المنازل عبر استخدام سخانات الطاقة الشمسية.
توليد الكهرباء
تستفيد العديد من المنازل والمصانع من الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء من خلال الخلايا الشمسية، التي تلتقط الضوء وتحوله إلى طاقة كهربائية. يُشار إلى أن الطاقة التي تنتجها خلية واحدة تقدر بحوالي 2 واط تقريبًا.
غالبًا ما تتصل مجموعة من الخلايا معًا لزيادة القدرة على توليد الطاقة الكهربائية، وتُعتبر أنظمة الاتصال، والأقمار الصناعية، ومضخات المياه من أهم التطبيقات التي تستخدم الطاقة الشمسية.
إنتاج الملح من مياه البحر
تستفيد بعض الدول من الطاقة الشمسية لإنتاج الملح عبر عملية تبخر الماء المالح بفعل حرارة الشمس.
تحلية المياه
قام العديد من الدول مؤخرًا بتطبيق تقنيات الطاقة الشمسية في تحلية المياه بعمليات التقطير للحصول على مياه عذبة صالحة للشرب. تعتمد وحدات التحلية على الطاقة الشمسية لتحويل المياه المالحة إلى مياه صالحة للشرب عبر تحويل الطاقة الشمسية إلى حرارة.
إنتاج الهيدروجين
استخدمت الطاقة الشمسية كمصدر بديل لإنتاج الهيدروجين، من خلال استخدام أوراق اصطناعية تعتمد على السيليكون. وتعمل هذه التقنية على فصل ذرات الهيدروجين والأكسجين من الماء باستخدام الطاقة الشمسية، وعلى الرغم من نجاح هذه التقنية، إلا أنها تتطلب المزيد من التطوير لتحسين كفاءتها.
مميزات الطاقة الشمسية
تتمتع الطاقة الشمسية بعدد من المزايا، من أهمها:
- مصدر متجدد وغير محدود، ويمتاز بتوافره في جميع أنحاء العالم.
- خيار مثالي للمناطق النائية التي تفتقر إلى شبكات الطاقة.
- اقتصادي على المدى الطويل، إذ تقتصر التكلفة على المصروفات الأولية لتثبيت الأنظمة.
- خلق فرص عمل محلية في مجال تصنيع وتركيب الخلايا الشمسية.
- تتميز الألواح الشمسية بقلة ضوضائها لعدم احتوائها على أجزاء متحركة.
- مصدر صديق للبيئة، إذ تُعد انبعاثاتها من ثاني أكسيد الكربون منخفضة مقارنة بمصادر الطاقة الأخرى.
سلبيات الطاقة الشمسية
على الرغم من مميزاتها، إلا أن للطاقة الشمسية بعض العيوب، منها:
- تكاليف إنشاء أنظمة الطاقة الشمسية مرتفعة، مما قد يحجم استخدامها في المنازل.
- تقل كفاءة الطاقة الشمسية في الأجواء الماطرة والضبابية.
- أسعار البطاريات اللازمة لتخزين الطاقة الشمسية مرتفعة.
- تتطلب الألواح الشمسية تنظيفًا دوريًا لإزالة الأوساخ والأتربة.
- تقتصر الاستفادة من الطاقة الشمسية خلال النهار، ولا يمكن استخدامها ليلاً.
- صعوبة تركيب الألواح الشمسية في الأماكن الضيقة أو المغلقة أو حيث لا تصلها أشعة الشمس.