ما هي الطاقة الشمسية؟
تُعرف الطاقة الشمسية بأنها الطاقة المتحولة من ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية، وذلك باستخدام ما يُعرف بالخلايا الشمسية الكهروضوئية. تُعتبر الطاقة الشمسية من أهم مصادر الطاقة المتجددة، والأكثر تطوراً ونمواً؛ حيث أنها تبشر بمستقبل مشرق في تأمين الطاقة اللازمة لمختلف الاستخدامات.
تتلقى جميع المواقع على سطح الأرض كميات متفاوتة من ضوء الشمس طوال العام. تختلف كمية الإشعاع الشمسي الذي تستقبله منطقة معينة من مكان إلى آخر. يُعرف هذا الإشعاع الشمسي أيضًا بالإشعاع الكهروضوئي، وهو ينبعث من الشمس على شكل ضوء يتم التقاطه بواسطة تقنيات الطاقة الشمسية، ليتحول إلى أشكال متعددة من الطاقة المفيدة.
نطاقات استخدام الطاقة الشمسية
تتنوع استخدامات الطاقة الشمسية لتشمل العديد من المجالات والتطبيقات، مما يجعلها حلاً واعدًا لتلبية احتياجات الطاقة المختلفة.
المنظومات الكهروضوئية
تعتبر المنظومات الكهروضوئية من أكثر الطرق انتشاراً لاستخدام الطاقة الشمسية. تُعرف هذه الأنظمة أيضًا بأنظمة الخلايا الشمسية، وتقوم بإنتاج الكهرباء مباشرةً من ضوء الشمس.
عندما تتعرض الألواح الشمسية لضوء الشمس، تقوم الخلايا الشمسية بامتصاص الطاقة وتحويلها إلى شحنات كهربائية. تتحرك هذه الشحنات استجابة لمجال كهربائي داخلي في الخلايا، مما يؤدي إلى تدفق التيار الكهربائي.
يتكون هذا النظام من خلايا شمسية مصنوعة من مواد شبه موصلة. عندما تتعرض هذه المواد لضوء الشمس، تحفز الطاقة الشمسية الإلكترونات الموجودة في ذرات هذه المواد على الحركة، مما يؤدي إلى تدفقها عبر المادة شبه الموصلة، وبالتالي توليد الكهرباء. يمكن استخدام هذه الكهرباء مباشرةً أو تخزينها في بطاريات. تسمى عملية تحويل الفوتونات الضوئية إلى طاقة كهربائية بعملية التأثير الكهروضوئي.
نظم الطاقة الشمسية ذات التركيز
تعتمد نظم الطاقة الشمسية المركزة على استخدام المرايا والعدسات لتجميع كمية كبيرة من ضوء الشمس في منطقة صغيرة، ومن ثم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية.
يتكون نظام الطاقة الشمسية المركزة من ثلاثة أجزاء رئيسية:
- الحقل الشمسي: يقوم بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية.
- خزان الحرارة: يعمل على تخزين الطاقة الحرارية باستخدام الملح المنصهر كوسيط لتخزين الحرارة.
- وحدة توليد الطاقة: تقوم بتوليد الطاقة الكهربائية باستخدام توربينات بخارية تعمل على البخار الناتج من الطاقة الشمسية.
حلول الطاقة الشمسية في التدفئة
تستخدم تقنيات الطاقة الشمسية للتدفئة الطاقة الحرارية من الشمس لتوفير الماء الساخن والتدفئة للمباني السكنية والتجارية والصناعية. تعتبر هذه الأنظمة بديلاً فعالاً لاستخدام الكهرباء أو الغاز الطبيعي.
تتكون هذه الأنظمة من ثلاثة عناصر أساسية: المجمع الرئيسي، والأنابيب المعزولة، وخزان الماء الساخن. يمكن أن تتضمن هذه الأنظمة أدوات إضافية مثل وحدات التحكم الإلكترونية وأنظمة الحماية من التجمد، خاصة في المناطق ذات المناخ البارد.
توفر هذه الأنظمة تدفئة داخلية مناسبة بطريقتين رئيسيتين:
- التدفئة الشمسية النشطة: يتم توفير الحرارة عن طريق تدوير الماء أو الغاز الساخن بواسطة مضخة أو مروحة.
- التسخين الشمسي السلبي: تسمح هذه الطريقة بانتقال الحرارة داخل المباني بشكل طبيعي دون الحاجة إلى طاقة خارجية.
إيجابيات الطاقة الشمسية
لاستخدام الطاقة الشمسية العديد من المزايا التي تعود بالنفع على الفرد والبيئة على حد سواء.
مزايا الطاقة الشمسية للفرد
يستفيد الفرد من استخدام الطاقة الشمسية بشكل مباشر من خلال:
- مصدر متجدد للطاقة: تُعدّ الطاقة الشمسية من مصادر الطاقة المتجددة التي تتوفر بشكل دائم في جميع أنحاء العالم. على عكس مصادر الطاقة الأخرى، فإن الطاقة الشمسية لا تنضب، ويمكن الاستفادة منها لمدة لا تقل عن 5 مليارات سنة، أي حتى نهاية عمر الشمس المتوقع.
- تقليل تكاليف الطاقة: يمكن استبدال مصادر الطاقة التقليدية المستخدمة بالطاقة الشمسية التي يتم توليدها بواسطة النظام الشمسي. يعتمد مقدار التوفير في فواتير الطاقة على كمية استهلاك الكهرباء والتدفئة، بالإضافة إلى حجم النظام الشمسي المستخدم. كلما زاد حجم النظام الشمسي، قل الاعتماد على مصادر الطاقة الأخرى وانخفضت تكلفة الفواتير.
- تطبيقات متعددة: تستخدم الطاقة الشمسية في العديد من التطبيقات بالإضافة إلى توليد الكهرباء والحرارة. يمكن استخدامها أيضًا في تقطير المياه في المناطق التي تعاني من نقص المياه النظيفة، وكذلك في تشغيل الأقمار الصناعية في الفضاء.
- تكاليف صيانة منخفضة: تعتبر أنظمة الطاقة الشمسية من الأنظمة التي لا تحتاج إلى الكثير من الصيانة. يكفي تنظيفها عدة مرات في السنة، ويمكن القيام بذلك إما شخصيًا أو عن طريق شركات تنظيف متخصصة.
منافع الطاقة الشمسية للبيئة
يساهم استخدام الطاقة الشمسية في الحفاظ على البيئة من خلال:
- الحفاظ على الموارد المائية.
- تقليل تلوث الهواء.
- الحد من تغير المناخ.
- تقليل انبعاثات الكربون.
- تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري التقليدي.
تحديات استخدام الطاقة الشمسية
على الرغم من المزايا العديدة، إلا أن هناك بعض التحديات التي تواجه الاعتماد الكامل على الطاقة الشمسية، منها:
- التكلفة الأولية للإنشاء: تعتمد تكلفة إنشاء نظام للطاقة الشمسية على عدة عوامل، بما في ذلك الموقع وعدد الألواح المطلوبة وتكاليف التركيب ورسوم العمالة. قد تكون هذه التكلفة مرتفعة، مما يجعلها غير متاحة لبعض الأسر دون اللجوء إلى القروض.
- القيود المتعلقة بالاستخدام الليلي: تحتاج أنظمة الطاقة الشمسية إلى ضوء الشمس لكي تعمل. لذلك، لا يمكن لهذه الأنظمة توليد الكهرباء خلال الليل، مما يتطلب الاعتماد على مصادر أخرى للحصول على الطاقة. على الرغم من أن بعض الأنظمة تحتوي على بطاريات احتياطية، إلا أنها غالبًا ما تكون اختيارية وليست جزءًا أساسيًا من جميع الأنظمة.
- الحاجة إلى مساحة واسعة: تتطلب الألواح الشمسية مساحة كافية للتركيب. كلما زاد حجم الاستهلاك المطلوب، زادت المساحة اللازمة لتركيب نظام الطاقة الشمسية.
- التأثيرات الجغرافية والطقسية: يختلف توافر وشدة أشعة الشمس من مكان إلى آخر. في بعض المناطق، قد لا تظهر الشمس لعدة أيام خلال فصل الشتاء، مما يؤدي إلى صعوبة الحصول على الكهرباء لمن يعتمدون على الطاقة الشمسية. كما يمكن أن يؤثر كسوف الشمس أيضًا على مولدات الطاقة الشمسية.
المصادر
- “Solar Energy Power Generation”, www.electronicshub.org, 27-10-2015، تم الاطلاع عليه في 23-4-2021.
- “How Does Solar Work?”, www.energy.gov, تم الاطلاع عليه في 23-4-2021.
- “The Different Types of Solar Energy”, www.greentumble.com, 8-4-2019، تم الاطلاع عليه في 23-4-2021.
- “Types of Solar Energy Technologies and The Uses of Solar Energy in Daily Life”, www.scientificworldinfo.com, 26-10-2019، تم الاطلاع عليه في 23-4-2021.
- “Concentrated Solar Power (CSP)”, www.chiyodacorp.com, تم الاطلاع عليه في 23-4-2021.
- “Solar Heating & Cooling”, www.seia.org, تم الاطلاع عليه في 23-4-2021.
- Aris Vourvoulias (23-3-2021),”Pros and Cons of Solar Energy”، www.greenmatch.co.uk, تم الاطلاع عليه في 23-4-2021.
- Joe Clements (11-10-2019),”13 Important Health & Environmental Benefits of Solar Energy”، www.greencoast.org, تم الاطلاع عليه في 23-4-2021.
- “What Is Solar Energy?”, www.justenergy.com, تم الاطلاع عليه في 23-4-2021.
