تعريف الطاقة الشمسية مع الأمثلة والاستخدامات

تعريف الطاقة الشمسية مع الأمثلة والاستخدامات
تعريف الطاقة الشمسية هي الطاقة التي تأتي من الشمس والتي يمكننا التقاطها بفضل الإشعاع الشمسي.غالبًا ما يستخدم 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.ولأنها مصدر لا ينضب، فهي تعتبر طاقة متجددة.

ومن هذه الطاقة يتم استخلاص العديد من مصادر الطاقة الأخرى، مثل:

طاقة الرياح، والتي تستغل قوة الرياح.تتولد الرياح عندما تقوم الشمس بتسخين كميات كبيرة من الهواء.
الوقود الأحفوري: يأتي من عملية طويلة للغاية من تحلل الجزيئات العضوية.كانت المحللات العضوية عبارة عن نباتات تقوم بالتمثيل الضوئي إلى حد كبير.
الطاقة الهيدروليكية، والتي تستغل الطاقة الكامنة للمياه.وبدون الإشعاع الشمسي، لن تكون دورة المياه ممكنة.
مرة أخرى، تأتي الطاقة من الكتلة الحيوية نتيجة لعملية التمثيل الضوئي للنباتات.
ويعتبر هذا النوع من الطاقة المتجددة بديلاً للوقود الأحفوري الذي لا ينبعث منه غازات دفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون.

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

تقوم الألواح الشمسية الكهروضوئية بتوليد الكهرباء؛وتستخدم هذه المرافق في المنازل والملاجئ الجبلية وغيرها.
محطات الطاقة الكهروضوئية: هي امتدادات مهمة للألواح الكهروضوئية التي تهدف إلى توليد الكهرباء لتزويد شبكة الكهرباء.
تستخدم السيارات الشمسية الخلايا الكهروضوئية لتحويل الإشعاع الشمسي إلى كهرباء لتشغيل محرك كهربائي.
المواقد الشمسية: وهي مصنوعة من نظام قطع مكافئ لتركيز ضوء الشمس إلى درجة لرفع درجة الحرارة والتمكن من الطهي.
أنظمة التدفئة: باستخدام الطاقة الحرارية الشمسية يمكن تسخين سائل يمكن استخدامه في دائرة التدفئة.
تسخين حمام السباحة عبارة عن دائرة سائلة بسيطة تدور فيها المياه على طول مجموعة من المجمعات الحرارية الشمسية المعرضة للشمس.
الآلات الحاسبة: تحتوي بعض الأجهزة الإلكترونية على لوحة شمسية صغيرة لتزويد الدائرة الكهربائية بالطاقة.
التهوية الشمسية هي نوع من الطاقة الشمسية التي تستخدم حرارة الشمس لتهوية الفضاء.وغالبًا ما يستخدم في المنازل والمباني لتحسين جودة الهواء وتقليل تكاليف الطاقة.يمكن استخدام التهوية الشمسية لتهوية غرفة واحدة أو مبنى بأكمله.
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 يضرب الإشعاع الشمسي، تطلق إلكترونات وتولد تيارًا كهربائيًا.
الطاقة الشمسية الحرارية: يستفيد هذا النظام من السعة الحرارية لأشعة الشمس.يتم تحويل الإشعاع الشمسي إلى طاقة حرارية لتسخين سائل يمكن استخدامه لتسخين المياه الساخنة المنزلية.في محطات الطاقة الحرارية الشمسية، يتم توليد البخار، ومن ثم الكهرباء.
الطاقة الشمسية السلبية هي مورد للاستفادة من حرارة الشمس دون استخدام موارد خارجية.على سبيل المثال، يمكن للمهندسين المعماريين توجيه المنازل وتحديد مكان وضع النوافذ، مع الأخذ في الاعتبار مكان استقبال الإشعاع الشمسي.تُعرف هذه التقنية بالهندسة المعمارية المناخية الحيوية.
كيف يتم إنتاج الطاقة الشمسية؟
من الناحية الفيزيائية، يتم إنتاج الطاقة الشمسية في الشمس من خلال سلسلة من التفاعلات النووية.وعندما تصلنا هذه الطاقة على الأرض يمكننا الاستفادة منها بعدة طرق:

الألواح الشمسية مع الخلايا الكهروضوئية.الألواح الكهروضوئية مصنوعة من مادة تتأين مباشرة وتطلق إلكترونًا عند استقبال الضوء.وبهذه الطريقة يتحول الإشعاع الشمسي إلى طاقة كهربائية.
استخدام المجمعات الشمسية المصممة لتحويل الإشعاع الشمسي إلى طاقة حرارية.والغرض منه هو تسخين السائل الذي يدور في الداخل.وفي هذه الحالة ليس لدينا كهرباء، ولكن لدينا سائل عند درجة حرارة عالية يمكن استخدامه في العديد من التطبيقات.
الطاقة الشمسية المركزة هي نظام يعكس كافة الإضاءة الشمسية إلى نقطة محورية للوصول إلى درجات حرارة عالية.وتستخدم هذه التكنولوجيا في محطات الطاقة الشمسية لتوليد الطاقة.
تستخدم أنظمة الطاقة الشمسية السلبية الطاقة الشمسية دون أي مدخلات طاقة خارجية.على سبيل المثال، تسمح التصاميم المعمارية بأقصى قدر من الإشعاع الشمسي في الشتاء وتجنب الحرارة الزائدة في الصيف.
أنواع الألواح الشمسية
ويستخدم مصطلح الألواح الشمسية لكلا الطريقتين (الضوئية والحرارية).على أية حال، يختلف التصميم اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على نوع تكنولوجيا الطاقة الشمسية التي سيتم استخدامها من أجلها:

تستخدم اللوحة الحرارية الشمسية الأشعة الشمسية لتسخين السائل الذي ينقل الحرارة إلى السائل ثم يسخن الماء.تستخدم سخانات المياه بالطاقة الشمسية في المنازل للحصول على الماء الساخن.
تستغل اللوحة الكهروضوئية خصائص عناصر شبه موصلة معينة توضع في الخلايا الشمسية.تنتج الخلايا الشمسية الطاقة الكهربائية عند تعرضها للإشعاع الشمسي.بفضل ما يسمى بالتأثير الكهروضوئي، يؤدي التعرض لأشعة الشمس إلى حركة الإلكترونات في أحد المكونات (السيليكون عادة)، مما يولد تيارًا كهربائيًا مستمرًا.
تستخدم اللوحة الشمسية المركزة أيضًا سلسلة من المرايا المكافئة ذات الهيكل الخطي.الهدف من هذه المرايا هو تركيز الإشعاع الشمسي في نقطة محورية للوصول إلى درجات حرارة عالية بما يكفي لتوليد البخار.
استخدامات الطاقة الشمسية

تسخير قوة الشمس: دليل الخلايا الكهروضوئية
للطاقة الشمسية العديد من الاستخدامات والتطبيقات التي يمكن تلخيصها في ثلاث نقاط:

الماء الساخن المنزلي DHW
يتم استخدام تسخين المياه بالطاقة الشمسية لتوفير الماء الساخن المنزلي (DHW) والتدفئة للمنازل ومجمعات المباني الصغيرة.وقد تم بناء محطات الطاقة الشمسية التي تستخدم التوربينات البخارية لتحويل الحرارة المخزنة إلى كهرباء.

ومع ذلك، لم يتم استخدام هذه النماذج الأولية على نطاق واسع بسبب الأداء المنخفض لمحطات الطاقة هذه مقارنة بتكاليفها المرتفعة وعدم انتظام إمدادات الكهرباء.

توليد الكهرباء
تُستخدم الألواح الكهروضوئية في أنظمة الطاقة الشمسية المعزولة لتزويد الأجهزة بالطاقة بعيدًا عن الشبكات الكهربائية (المسابير الفضائية، ومكررات الهاتف على ارتفاعات عالية، وما إلى ذلك).كما أنها تستخدم أيضًا في التطبيقات ذات متطلبات الطاقة المنخفضة بحيث لن يكون الاتصال بشبكة الكهرباء اقتصاديًا (الإشارات الضوئية، عدادات مواقف السيارات، وما إلى ذلك).

ويجب أن تكون هذه الأجهزة مجهزة بمراكم قادرة على تجميع الكهرباء الزائدة المنتجة أثناء النهار لتشغيل المعدات ليلاً وأثناء الفترات الغائمة، وعادةً ما تكون بطاريات شمسية.

كما أنها تستخدم في الأنظمة الكبيرة المتصلة بالشبكة، على الرغم من أن مصدر الطاقة متغير في الظروف اليومية والموسمية.لذلك يصعب التنبؤ به وغير قابل للبرمجة.

وهذا الانقطاع يجعل من الصعب تلبية الطلب على الكهرباء في أي وقت، باستثناء الإنتاج بهامش أمان واسع يتجاوز ذروة الطلب السنوية.ومع ذلك، نظرًا لأن ذروة إنتاج محطات الطاقة الشمسية في فصل الصيف، فإنها تتمكن من تعويض الطلب الداخلي الأكبر بسبب مكيفات الهواء.

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

الانتقادات أو العيوب الرئيسية هي:

ارتفاع تكلفة الاستثمار لكل كيلووات تم الحصول عليها.
إنه يوفر كفاءة عالية جدًا.
يعتمد الأداء الذي يتم الحصول عليه على الجدول الشمسي والطقس والتقويم.ولهذا السبب، من الصعب معرفة ما هي الطاقة الكهربائية التي سنتمكن من الحصول عليها في لحظة معينة.ويختفي هذا العيب مع مصادر الطاقة الأخرى، مثل الطاقة النووية أو الأحفورية.
كمية الطاقة اللازمة لصنع لوحة شمسية.يتطلب إنتاج الألواح الكهروضوئية الكثير من الطاقة، وغالبًا ما يتم استخدام مصادر طاقة غير متجددة مثل الفحم.
ومن ناحية أخرى، عليك أن تأخذ بعين الاعتبار فوائد الطاقة الشمسية:

ويدعم مناصروها خفض التكاليف وتحقيق مكاسب في الكفاءة بسبب وفورات الحجم والتحسينات التكنولوجية في أنظمة الطاقة الشمسية المستقبلية.
وعن غياب مصدر الطاقة هذا ليلاً، يشيرون أيضاً إلى أن الحد الأقصى لاستهلاك الطاقة الكهربائية يتم الوصول إليه خلال النهار، أي خلال أقصى إنتاج للطاقة الشمسية.
وهو مصدر للطاقة المتجددة.وبعبارة أخرى، فإنه لا ينضب.
إنها طاقة غير ملوثة: فهي لا تولد غازات دفيئة، وبالتالي لا تساهم في تفاقم مشكلة تغير المناخ.
المؤلف: أوريول بلاناس – مهندس فني صناعي