تعريف الطاقة الشمسية مع الأمثلة والاستخدامات

تعريف الطاقة الشمسية مع الأمثلة والاستخدامات
تعريف الطاقة الشمسية هو الطاقة التي تأتي من الشمس ويمكننا التقاطها بفضل الإشعاع الشمسي. غالبًا ما يتم استخدام مفهوم الطاقة الشمسية للإشارة إلى الطاقة الكهربائية أو الحرارية التي يتم الحصول عليها باستخدام الإشعاع الشمسي.

يمثل مصدر الطاقة هذا مصدر الطاقة الأساسي على الأرض. لأنه مصدر لا ينضب ، فإنه يعتبر طاقة متجددة.

من هذه الطاقة ، يتم اشتقاق العديد من مصادر الطاقة الأخرى ، مثل:

طاقة الرياح ، التي تسخر قوة الريح. يتم توليد الريح عندما تسخن الشمس كميات كبيرة من الهواء.
الوقود الأحفوري: إنها تأتي من عملية طويلة للغاية من تحلل الجسيمات العضوية. وكانت التحلل العضوي النباتات إلى حد كبير من النباتات.
الطاقة الهيدروليكية ، التي تسخر الطاقة المحتملة للمياه. بدون الإشعاع الشمسي ، لن تكون دورة الماء ممكنة.
الطاقة من الكتلة الحيوية ، مرة أخرى ، هي نتيجة التمثيل الضوئي للنباتات.
هذا النوع من الطاقة المتجددة هو بديل للوقود الأحفوري الذي لا ينبعث من غازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون.

أمثلة على الطاقة الشمسية
بعض الأمثلة على الطاقة الشمسية تشمل ما يلي:

الألواح الشمسية الكهروضوئية تولد الكهرباء. يتم استخدام هذه المنشآت في المنازل والملاجئ الجبلية ، إلخ.
محطات الطاقة الكهروضوئية: فهي ملحقات كبيرة من ألواح الكهروضوئية التي تهدف إلى توليد الكهرباء لتزويد شبكة الكهرباء.
تستخدم السيارات الشمسية الخلايا الكهروضوئية لتحويل الإشعاع الشمسي إلى كهرباء لدفع محرك كهربائي.
الطهي الشمسي: إنها مصنوعة من نظام مكافئ لتركيز ضوء الشمس إلى نقطة لرفع درجة الحرارة وتكون قادرة على الطهي.
أنظمة التدفئة: مع الطاقة الحرارية الشمسية ، يمكن تسخين السائل الذي يمكن استخدامه في دائرة التدفئة.
تسخين حمام السباحة هو دائرة سائلة بسيطة يتم فيها تدوير الماء على طول مجموعة من جامعي الحرارية الشمسية المعرضة للشمس.
الآلات الحاسبة: تحتوي بعض الأجهزة الإلكترونية على لوحة شمسية صغيرة لتوفير الطاقة للدائرة الكهربائية.
التهوية الشمسية هي نوع من الطاقة الشمسية التي تستخدم حرارة الشمس لتهوية المساحة. غالبًا ما يتم استخدامه في المنازل والمباني لتحسين جودة الهواء وتقليل تكاليف الطاقة. يمكن استخدام التهوية الشمسية لتهوية غرفة واحدة أو مبنى كامل.
التمثيل الضوئي هو طريقة طبيعية تستخدمها النباتات لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية.
أنواع الطاقة الشمسية
هناك ثلاثة أنواع من تقنيات الطاقة الشمسية:

الطاقة الشمسية الكهروضوئية: تتكون الألواح الشمسية الكهروضوئية من مادة ، عندما تطلق الإلكترونات الإلكترونية الشمسية ، وتولد التيار الكهربائي.
الطاقة الشمسية الحرارية: يستفيد هذا النظام من السعة الحرارية لأشعة الشمس. يتم تحويل الإشعاع الشمسي إلى طاقة حرارية لتسخين سائل يمكن استخدامه لتدفئة الماء الساخن المنزلي. في محطات الطاقة الحرارية الشمسية ، يتم إنشاء البخار ، ثم الكهرباء.
الطاقة الشمسية السلبية هي مورد للاستفادة من الحرارة الشمسية دون استخدام الموارد الخارجية. على سبيل المثال ، يمكن للمهندسين المعماريين توجيه المنازل وتحديد مكان وضع النوافذ ، مع الأخذ في الاعتبار مكان استلام الإشعاع الشمسي. تُعرف هذه التقنية باسم الهندسة المعمارية للمناخ الحيوي.
كيف يتم إنتاج الطاقة الشمسية؟
من وجهة نظر مادية ، يتم إنتاج الطاقة الشمسية في الشمس من خلال سلسلة من التفاعلات النووية. عندما تصل إلينا هذه الطاقة على الأرض ، يمكننا الاستفادة منها بعدة طرق:

الألواح الشمسية مع الخلايا الكهروضوئية. تتكون الألواح الكهروضوئية من مادة ، عند تلقي الضوء ، ويؤين بشكل مباشر وإطلاق الإلكترون. وبهذه الطريقة ، يتحول الإشعاع الشمسي إلى طاقة كهربائية.
باستخدام جامعي الطاقة الشمسية المصممة لتحويل الإشعاع الشمسي إلى طاقة حرارية. الغرض منه هو تسخين سائل يدور في الداخل. في هذه الحالة ، ليس لدينا كهرباء ، ولكن لدينا سائل في درجة حرارة عالية يمكن استخدامها في العديد من التطبيقات.
الطاقة الشمسية المركزة هي نظام يعكس جميع الإضاءة الشمسية إلى نقطة محورية للوصول إلى درجات حرارة عالية. يتم استخدام هذه التكنولوجيا في النباتات الحرارية لتوليد الطاقة.
تستخدم أنظمة الطاقة الشمسية السلبية الطاقة الشمسية دون أي مدخلات طاقة خارجية. على سبيل المثال ، تتيح التصميمات المعمارية الحد الأقصى للإشعاع الشمسي في فصل الشتاء وتجنب الحرارة الزائدة في الصيف.
أنواع الألواح الشمسية
يتم استخدام مصطلح الألواح الشمسية لكلا الطريقتين (الكهروضوئية والحرارية). على أي حال ، يختلف التصميم بشكل كبير اعتمادًا على نوع التكنولوجيا الشمسية التي سيتم استخدامها من أجل:

تستخدم اللوحة الحرارية الشمسية الأشعة الشمسية لتسخين السائل الذي ينقل الحرارة إلى السائل ثم تسخن الماء. يتم استخدام سخانات المياه الشمسية في المنازل للحصول على الماء الساخن.
تستغل اللوحة الكهروضوئية خصائص عناصر أشباه الموصلات المعينة الموضوعة في الخلايا الشمسية. تنتج الخلايا الشمسية طاقة كهربائية عندما تتعرض للإشعاع الشمسي. بفضل ما يسمى التأثير الضوئي ، يؤدي التعرض للشمس إلى حركة الإلكترونات في مكون (عادةً السيليكون) ، مما يولد تيارًا كهربائيًا مستمرًا.
تستخدم اللوحة الشمسية المركزة أيضًا سلسلة من المرايا المكافئة مع بنية خطي. الهدف من هذه المرايا هو تركيز الإشعاع الشمسي على نقطة محورية للوصول إلى درجات حرارة عالية بما يكفي لتوليد البخار.
استخدامات الطاقة الشمسية

تسخير قوة الشمس: دليل للخلايا الكهروضوئية
الطاقة الشمسية لديها العديد من الاستخدامات والتطبيقات التي يمكن تلخيصها في ثلاث نقاط:

الماء الساخن المحلي DHW
يتم استخدام تسخين المياه الشمسية لتزويد الماء الساخن المنزلي (DHW) والتدفئة إلى المنازل ومجمعات البناء الصغيرة. تم بناء محطات الطاقة الشمسية التي باستخدام التوربينات البخارية ، تحويل الحرارة المخزنة إلى كهرباء.

ومع ذلك ، لم يتم استخدام هذه النماذج الأولية على نطاق واسع بسبب انخفاض الأداء لمحطات الطاقة هذه مقارنة بالتكاليف العالية وإمدادات الكهرباء غير المنتظمة.

توليد الكهرباء
تُستخدم الألواح الكهروضوئية في أنظمة شمسية معزولة للأجهزة الكهربائية بعيدًا عن الشبكات الكهربائية (تحقيقات الفضاء ، والكرات الهاتفية ذات الارتفاع العالي ، وما إلى ذلك). يتم استخدامها أيضًا في التطبيقات التي تتطلب هذه المتطلبات المنخفضة للطاقة بحيث لا يكون الاتصال بشبكة الكهرباء اقتصادية (إشارات الضوء ، عدادات مواقف السيارات ، إلخ).

يجب أن تكون هذه الأجهزة مزودة بتراكم قادرين على تجميع الكهرباء الزائدة الناتجة خلال النهار لتشغيل المعدات في الليل وخلال الفترات الغائمة ، وعادة ما تكون البطاريات الشمسية.

كما أنها تستخدم في أنظمة كبيرة متصلة بالشبكة ، على الرغم من أن مصدر الطاقة متغير في الظروف اليومية والموسمية. لذلك ، من الصعب التنبؤ وليس قابل للبرمجة.

هذا التوقف يجعل من الصعب تلبية الطلب على الكهرباء في أي وقت ، باستثناء الإنتاج بهامش واسع من السلامة فوق قمم الطلب السنوية. ومع ذلك ، كونها ذروة إنتاج محطات الطاقة الشمسية في الصيف ، فإنها تمكنت من تعويض الطلب الداخلي الأكبر بسبب مكيفات الهواء.

ما هي إيجابيات وسلبيات الطاقة الشمسية؟
استخدام الطاقة الشمسية ينطوي على إيجابيات وسلبيات محددة.

الانتقادات الرئيسية أو العيوب هي:

ارتفاع تكلفة الاستثمار لكل كيلووات.
يوفر كفاءة عالية جدا.
يعتمد الأداء الذي تم الحصول عليه على جدول الطاقة الشمسية والطقس والتقويم. لهذا السبب ، من الصعب معرفة القوة الكهربائية التي سنكون قادرين على الحصول عليها في لحظة معينة. يختفي هذا العيب مع مصادر الطاقة الأخرى ، مثل الطاقة النووية أو الأحفورية.
كمية الطاقة التي يتطلبها لصنع لوحة شمسية. يتطلب إنتاج الألواح الكهروضوئية الكثير من الطاقة ، وغالبًا ما تستخدم مصادر الطاقة غير المتجددة مثل الفحم.
من ناحية أخرى ، عليك أن تفكر في فوائد الطاقة الشمسية:

يدعم المدافعون عن تخفيض التكاليف ومكاسب الكفاءة بسبب وفورات الحجم والتحسينات التكنولوجية في أنظمة الطاقة الشمسية المستقبلية.
فيما يتعلق بغياب مصدر الطاقة هذا في الليل ، يشيرون أيضًا إلى أنه يتم الوصول إلى أقصى ذروة الاستهلاك الكهربائي خلال النهار ، وهذا هو ، خلال الحد الأقصى لإنتاج الطاقة الشمسية.
إنه مصدر للطاقة المتجددة. وبعبارة أخرى ، إنه لا ينضب.
إنها طاقة غير ملوثة: إنها لا تولد غازات الدفيئة ، وبالتالي لا تسهم في تفاقم مشكلة تغير المناخ.
المؤلف: أوريول بلاناس - مهندس تقني صناعي