الطاقة الشمسية وكيفية الاستفادة منها

التعريف بالطاقة الشمسية

تُعرف الطاقة الشمسية بأنّها من مصادر الطاقة المتجددة التي تنتج عن الأشعة الصادرة من الشمس، حيث تستقبل الكرة الأرضية الأشعة الشمسية على مدار العالم، إلا أنّ كميتها الساقطة تختلف من مكان لأخرى على الكرة الأرضية.

كما تتميز هذه الأشعة بقدرتها على إنتاج حرارة يُمكن استغلالها لتوليد الطاقة وغيرها من الطرق الأخرى، ومن الجدير بالذكر إلى أنّ استخدام الطاقة الشمسية يُعد هدف مستقبلي لتلبية جميع الاحتياجات من الطاقة فهي مصدر صديق للبيئة، ولا تصدر منه أي ملوثات .

الطرق المتبعة للاستفادة من الطاقة الشمسية

هناك العديد من الطرق والأساليب المتبعة للاستفادة قدر الإمكان من الطاقة الشمسية، ومن أهم هذه الطرق ما يأتي:

• الألواح الشمسية الكهروضوئية

تُعد الألواح الشمسية من أهم الطرق المتبعة للاستفادة من الطاقة الشمسية، حيث تُوضع هذه الألواح غالبًا على أسطح المنازل والأماكن المفتوحة كالساحات، وتُفيد في توفير الطاقة لإنتاج الطاقة الكهربائية ، وتجدر الإشارة إلى أنّه كلما زادت مساحة الألواح تزداد كمية الطاقة الناتجة.

• سخانات المياه بالطاقة الشمسية

يلجأ الكثير من الناس إلى استخدام الطاقة الشمسية كطريقة بديلة عن الغاز أو الكهرباء لتسخين المياه، ويقوم مبدأ عمل السخانات الشمسية من خلال تركيب سخان شمسي، يتم فيه تدوير المياه في حلقة مغطاة بسطح أسود معزول يهدف هذا السطح لزيادة امتصاص الطاقة الشمسية لتسخين المياه، ومن ثم تجميع الماء الساخنة، وتوجيهها مباشرةً إلى الخزان.

• الطاقة الحرارية بالإشعاع الكهرومغناطيسي

تنتج أشعة الشمس طيفًا واسعًا من الإشعاعات بأطوال موجية مختلفة من الأمثلة على هذه الإشعاعات؛ الأشعة تحت الحمراء ، حيث تقوم هذه الأشعة بنقل الطاقة الحرارية بكفاءة كبيرة من خلال أجسام تمتصها تُعرف هذه الأجسام باسم الأجسام السوداء، كما تُعرف الطاقة التي يحصل عليها بالطاقة الكهرومغناطيسية الحرارية التي تستعمل في عدة مجالات كالتدفئة.

• الملح المصهور بالطاقة الشمسية

تمكنت التكنولوجيا الحديثة من الاستفادة من دور الطاقة الشمسية في أنظمة الملح المصهور، وذلك من خلال صهر الملح في محطات توليد الطاقة باستخدام الإشعاع الكهرومغناطيسي، ومن ثم ينقل الملح المصهور إلى المبادل الحراري، ليقوم بدوره في تسخين الماء وتحويله لبخار، وبعد ذلك يدفع هذا البخار عبر التوربينات البخارية لتوليد الكهرباء.

تطبيقات الطاقة الشمسية

يوجد العديد من التطبيقات التي يُمكن الاستفادة منها في حياتنا من خلال استغلال الطاقة الشمسية، ولعل من أهم هذه التطبيقات ما ذكر فيما يأتي:

مصدر للطاقة الحرارية

من التطبيقات الحياتية للاستغلال الطاقة الشمسية هي توليد الطاقة الحرارية ، ويتم ذلك من خلال تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية باستعمال ألواح مسطحة معدنية سوداء مغطية بالزجاج، إذ تمتص هذه الألواح أشعة الشمس الساقطة عليها، ثم تنقل هذه الألواح الحرارة التي امتصتها من خلال الماء أو الهواء.

وتستعمل هذه الحرارة مباشرة أو يُمكن نقلها إلى وسيط آخر لتخزين الطاقة من أجل استعمالها في توليد الحرارة لتسخين الماء، أو إنتاج الأغذية، أو في تصنيع المواد الكيميائية، أو المنسوجات، أو تدفئة المنازل، وتجدر الإشارة إلى أنّ ذلك يتم عن طريق سخانات الطاقة الشمسية، وغيرها من الاستخدامات الأخرى للطاقة الحرارية.

توليد الكهرباء

تقوم العديد من المنازل والمصانع إلى استغلال الطاقة الشمسية في توليد الطاقة الكهربائية، وذلك من خلال الخلايا الشمسية، حيث تقوم هذه الخلايا بالتقاط الضوء الساقط عليه وتحويله إلى طاقة كهربائية، وتجدر الإشارة إلى أنّ الطاقة المتولدة من خلية واحدة تقدر بنحو 2 واط تقريبًا.

ويُشار إلى أنّه غالبًا يتم وصل مجموعة من الخلايا مع بعضها لزيادة القادرة على توليد كمية كبيرة من الطاقة الكهرباء، ويجدر التنويه إلى أنظمة الاتصالات، والأقمار الصناعية الخاصة بالطقس، ومضخات المياه تُعد من أهم الأمثلة على استخدامات الطاقة الشمسية في مجال توليد الكهرباء.

إنتاج الملح من مياه البحر

تستعمل بعض البلدان الطاقة الشمسية لإنتاج الملح من مياه البحر، وينتج ذلك من خلال عملية تبخر الماء المالح بعد تعرضه لحرارة الشمس الساطعة.

تحلية المياه

لجأت العديد من البلدان مؤخرًا لاستغلال الطاقة الشمسية في تحلية المياه من خلال عملية التقطير، والحصول على مياه عذبة صالحة للشرب، وتجدر الإشارة إلى أنّ وحدات التحلية هي التي تستغل الطاقة الشمسية وتقوم على تحويل المياه المالحة إلى مياه صالحة لشرب، عن طريق تحويل طاقة الشمس إلى حرارة سواء بشكل مباشر أو غير مباشر.

إنتاج الهيدروجين

استخدمت الطاقة الشمسية في الآونة الأخيرة كمصدر للطاقة البديلة لإنتاج الهيدروجين، ويتم ذلك من خلال أوراق اصطناعية تعتمد على السيليكون، يتم من خلالها استعمال الطاقة الشمسية لفصل ذرات الهيدروجين والأكسجين من الماء، ويجدر التنويه إلى أنّه على الرغم من أنّ هذه التقنية أثبتت نجاحها، إلا أنّها تحتاج إلى مزيد من العمل لتحسين كفاءتها وفعاليتها.

إيجابيات الطاقة الشمسية

هناك العديد من إيجابيات الطاقة الشمسية، ومن أهم هذه الإيجابيات ما يأتي:

• مصدر للطاقة المتجددة وغيرال محدودة، ويُمكن استخدامها في جميع أنحاء العالم وهي متاحة دومًا.
• خيار جيد ومناسب في المناطق النائية في العالم التي لا تتصل بشبكات الطاقة.
• خيار اقتصادي على المدى البعيد، إذ إن إنشاء وتركيب الخلايا الشمسية مكلفة فقط بنفقاتها الأولية.
• ردف المجتمع المحلي بالوظائف في تصنيع وبيع وتركيب الخلايا الشمسية.
• تتميز الألواح الشمسية بعدم احتوائها على أجزاء متحركة تتسبب بالضوضاء.
• مصدر صديق للبيئة، وذلك لأن الطاقة الشمسية منخفضة الانبعاثات ثاني أكسيد الكربون، ولا تتسبب بأي نوع من التلوث عند مقارنتها بمصادر الطاقة الأخرى كحرق الوقود الأحفوري.

عيوب الطاقة الشمسية

للطاقة الشمسية بعض العيوب، وتتضمن هذه العيوب ما يأتي:

• تُعد عملية إنشاء أنظمة أشعة الطاقة الشمسية مكلفة للغاية، وبالتالي لا يلجأ الكثير مِن الأشخاص إلى استعمالها في الأمور الشخصية، كالاستعمال المنزلي.
• انخفاض كفاءة استعمال الطاقة الشمسية في الأجواء الماطرة والضبابية كمصدر لتوليد الطّاقة.
• أسعار البطاريات المستعملة في تخزين الطاقة الشمسية باهظة الثمن.
• يجب تَنظيف ألواح الطاقة الشمسية باستمرار، وإزالة الأوساخ، والأتربة التي يُمكن أن تحجب عنها أشعة الشمس.
• حصر الاستفادة من الطّاقة الشّمسية أثناء فترة النّهار، وبالتالي لا يُمكن استعمالها أثناء الليل.
• عدم القدرة على استعمال أو تركيب الألواحِ الطّاقة الشمسية في الأماكن الضيقة أو المغلقة، أو الأماكن التي لا تصلها أشعة الشمس بشكلٍ جيد.