ما هي الطاقة الشمسية؟
الطاقة الشمسية، والمعروفة أيضاً بإشعاع الشمس، هي الطاقة التي تُعتبر ناتجة عن أشعة الشمس بشكل أساسي على هيئة حراروة وضوء، وهي ناتج التفاعلات النووية التي تحدث داخل الشمس، أقرب النجوم إلينا. تلعب هذه الطاقة دوراً حيوياً في الحياة على كوكب الأرض وتعتبر كمية الطاقة الناتجة تفوق بكثير الاحتياجات الطاقوية الحالية في العالم. إذا تم استغلالها بشكل فعال، يمكن أن تلبي جميع احتياجات الطاقة المستقبلية.
أهمية الطاقة الشمسية
تكمن أهمية الطاقة الشمسية في أنها ساهمت في تطور الكائنات الحية، وهي المسؤولة عن عملية البناء الضوئي في النباتات التي تنتج الغذاء والكتلة الحيوية. كما تلعب الطاقة الشمسية دوراً مهماً في مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة المائية وطاقة الرياح. تساهم الطاقة الشمسية في تعزيز نمو المحاصيل الزراعية وتجفيف المواد الغذائية للحفاظ عليها، كما تُستخدم في إنشاء البيوت البلاستيكية لرفع درجة الحرارة داخلها. يُلاحظ بشكل متزايد أهمية الطاقة الشمسية كمصدر طاقة متجدد، بسبب استدامتها وانخفاض تأثيرها الضار على البيئة، خصوصاً في ظل تناقص مصادر الوقود الأحفوري.
تطبيقات استغلال الطاقة الشمسية
تُستخدم الطاقة الشمسية في العديد من التطبيقات على مر العصور، ونعرض فيما يلي بعضاً من هذه التطبيقات:
التطبيقات القديمة
تشمل التطبيقات القديمة لاستغلال الطاقة الشمسية ما يلي:
تطبيقات العمارة والبناء
تشمل توجيه المباني ونوافذها نحو أشعة الشمس للاستفادة من الضوء والحرارة، وكذلك اختيار مواد بناء تكون قادرة على امتصاص وتخزين الحرارة بتأثير إيجابي على استهلاك الطاقة.
التطبيقات الزراعية
تشمل الزراعة في البيوت البلاستيكية، حيث يتم تحويل أشعة الشمس إلى طاقة حرارية، مما يسهل نمو النباتات في غير مواسمها الطبيعية.
تطبيقات التعقيم
استُخدمت في بعض المجتمعات طباخات شمسية لتحسين تعقيم الأدوات الطبية، وقد أظهرت الدراسات أن تعريض المياه لأشعة الشمس لعدة ساعات يقلل من البكتيريا والفيروسات الموجودة فيها. يُقدّر أن أكثر من 2 مليون شخص في الدول النامية يعتمدون على هذه الطرق يومياً.
تطبيقات متنوعة
تشمل التطبيقات التقليدية الأخرى للطاقة الشمسية ما يلي:
- الطبخ بواسطة طباخ شمسي، وهو جهاز يجمع أشعة الشمس لاستغلال الحرارة في تجهيز الطعام، وقد صُمم لأول مرة في عام 1767 بواسطة الفيزيائي السويسري هوراس دي سوسير.
- التسخين باستخدام سخانات شمسية، التي تستخدم الأشعة الشمسية لتسخين المياه في المنازل والمباني.
التطبيقات الحديثة
تزايد استخدام الطاقة الشمسية في التطبيقات الحديثة، ومنها توليد الكهرباء. من أبرز هذه الطرق:
الخلايا الشمسية
تعمل الخلايا الشمسية على تحويل أشعة الشمس إلى كهرباء. نظراً لأن الطاقة التي تنتجها كل خلية تعتبر منخفضة نسبياً، يتطلب ذلك تجميع عدد كبير من الخلايا في الألواح الشمسية الموجودة على أسطح المباني لضمان إنتاج الطاقة الكافية. استُخدمت هذه الخلايا في الأقمار الصناعية وشبكات الاتصالات، وفي الأرض استخدمت في العديد من الأجهزة مثل الآلات الحاسبة والساعات والمنازل وحتى الملاعب. مثلاً ،استُخدم 8800 لوح شمسي في ملعب Kaohsiung World Stadium في تايوان.
تكنولوجيا تركيز الطاقة الشمسية
تستفيد هذه التكنولوجيا من حرارة الشمس بدلاً من الأشعة، حيث تستخدم عدسات أو مرايا لتركيز الضوء من الشمس كإشعاع حراري، والذي يُستخدم في تشغيل سخانات المياه، محدثاً بخاراً يُستخدم لتحريك توربينات لتوليد الكهرباء.
مميزات الطاقة الكهربائية الناتجة من الطاقة الشمسية
تتمتع الطاقة الشمسية والامتيازات المترتبة عليها بعدد من الفوائد، ومن أهمها:
- تكاليف الإنتاج والتوليد المنخفضة.
- تمكن الأفراد من تجنب ارتفاع أسعار الكهرباء.
- مصدر طاقة متجدد ومتواصل، حيث تقدر وكالة ناسا أن الشمس ستستمر في الإشعاع لمدة 6.5 مليار سنة.
- صديقة للبيئة وغير ملوثة.
- متوفرة جغرافياً بشكل واسع.
- تساهم في خفض تكلفة الكهرباء المستهلكة، إذ يمكن لمالكي المنازل بيع الفائض من الطاقة.
- تخفف من مشاكل تركيب الألواح الشمسية على منزل فردي من خلال استخدام أنظمة جماعية.
- قلة الأجزاء المتحركة، مما يعني قلة الحاجة للصيانة مقارنة بالطاقة المتولدة من الرياح.
- الدعم المالي من الحكومات.
الاستخدامات المنزلية الشائعة للطاقة الشمسية
مع تقدم التقنية، تم استخدام الطاقة الشمسية في المنازل بطرق متنوعة، ومن أبرز هذه الاستخدامات:
- مراوح التهوية الخارجية التي تعمل بالطاقة الشمسية.
- تسخين مياه برك السباحة باستخدام أنظمة تسخين شمسية مختصة.
- أنظمة تسخين مياه المنازل.
- أنظمة تسخين شمسية للتدفئة المنزلية.
- مضخات المياه المنزلية المزودة بألواح شمسية صغيرة.
- شحن البطاريات باستخدام الطاقة الشمسية.
- توفير الكهرباء للمنازل باستخدام الألواح الشمسية.
- الطبخ باستخدام الطباخ الشمسي المعتمد على الطاقة الشمسية.
- الإضاءة الخارجية كإضاءة الحدائق أو الأماكن البعيدة عن شبكة الكهرباء المنزلية.
أساليب تخزين الطاقة الشمسية
يمكن تخزين الطاقة الشمسية عبر عدة طرق، منها:
- تخزينها في بطاريات أو خزانات كبيرة لاستخدامها في الليل أو عند وجود غيوم تعيق وصول الشمس.
- استغلال ضوء الشمس لإنتاج الوقود، مثل استخدام بعض الخلايا الكهروكيميائية لتفكيك جزيء الماء إلى هيدروجين وأكسجين، ومن ثم تخزينهما كغاز، بحيث يمكن دمجهما لاحقاً لإنتاج الكهرباء عبر خلية وقود.
- تخزين الطاقة الحرارية المركزة لأشعة الشمس في أملاح مذابة عالية الحرارة، حيث تُحول الحرارة من الملح المذاب إلى الماء لتوليد بخار يُحرك التوربينات وينتج الكهرباء.
فيديو حول أشكال الطاقة ومصادرها
لمعرفة المزيد عن أشكال الطاقة وأفضل مصادرها، يُمكنك مشاهدة الفيديو.