تعريف الطاقة الشمسية
تُعرف الطاقة الشمسية بأنّها الطاقة الناتجة عن تحويل أشعة الشمس إلى كهرباء عن طريق استخدام الخلايا الشمسية الكهروضوئية، وتُعدّ إحدى أهم مصادر الطاقة المتجددة، والأسرع نمواً من بينها؛ حيث تَعِد بمستقبل واعد في توفير الطاقة للاستعمالات المختلفة.
يتلقّى كل موقع على الأرض كمية من ضوء الشمس على مدار العام، إلّا أنّ كمية الإشعاع الشمسي التي تتلقاها بقعة واحدة تختلف من مكان إلى آخر على سطح الأرض، وتُسمى تلك الكمية الإشعاع الشمسي الذي يُعرف أيضاً بالإشعاع الكهروضوئي؛ حيث ينبعث من الشمس على شكل ضوء تلتقطه تقنيات الطاقة الشمسية، وتحوله إلى أشكال مفيدة من الطاقة .
مجالات استخدام الطاقة الشمسية
أنظمة الطاقة الكهروضوئية
تُعتبر أنظمة الطاقة الكهروضوئية من أكثر طرق استخدام الطاقة الشمسية شيوعاً، وتُعرف أيضاً بأنظمة الخلايا الشمسية وهي تُنتج الكهرباء مباشرةً من ضوء الشمس، عندما تتعرض الألواح الشمسية لأشعة الشمس، تقوم هذه الخلايا بامتصاص الطاقة من ضوء الشمس، وتولد هذه الطاقة شحنات كهربائية تتحرك استجابة لمجال كهربائي داخلي في الخلايا مما يؤدي إلى تدفق الكهرباء.
يتكون هذا النظام من خلايا شمسية مصنوعة من مواد شبه موصلة، وعندما تتعرض هذه المواد إلى أشعة الشمس، فإنّ الطاقة الشمسية تُحفّز الإلكترونات الموجودة في ذرات هذه المواد للابتعاد عن الأنوية؛ مما يتسبب في حركتها خلال المادة شبه الموصلة، وبالتالي توليد الكهرباء التي يُمكن استخدامها مباشرةً أو تخزينها في بطاريات، وتُسمى عملية تحويل أشعة الشمس (الفوتونات) إلى كهرباء (فولتية) بعملية التأثير الكهروضوئي.
أنظمة الطاقة الشمسية المركزة
تعتمد أنظمة الطاقة الشمسية المُركَّزة (بالإنجليزية: Concentrated Solar Power) على استخدام المرايا والعدسات لتركيز كمية كبيرة من ضوء الشمس على منطقة صغيرة، ثمّ تُحوّل الطاقة الشمسية إلى حرارة، ويتكون نظام الطاقة الشمسية المركزة من 3 وحدات رئيسية، وهي كما يأتي:
- المجال الشمسي: يحوّل المجال الشمسي الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية.
- خزان الحرارة: يعمل على تخزين الطاقة الحرارية باستخدام الملح المصهور كوسيط لتخزين الحرارة.
- وحدة إنتاج الطاقة: تُولّد الطاقة الكهربائية في هذه الوحدة باستخدام توربينات بخارية تعمل على البخار الناتج من الطاقة الشمسية.
أنظمة الطاقة الشمسية للتسخين
تستخدم تقنيات أنظمة الطاقة الشمسية للتسخين (بالإنجليزية: Solar Power Systems for Heating) الطاقة الحرارية من الشمس لتوفير الماء الساخن والتدفئة للمنشآت السكنية والتجارية والصناعية، وتُوفر هذه الأنظمة البديل عن استخدام الكهرباء أو الغاز الطبيعي ، وتتكون هذه الأنظمة من ثلاث عناصر رئيسية، وهي: المجمع الرئيسي، والأنابيب المعزولة، وخزان الماء الساخن، ويُمكن أن تتضمن هذه الأنظمة أدوات اختيارية، مثل: وحدات تحكم إلكترونية، ونظام حماية من التجمد عند الحاجة خاصة في المناطق ذات المناخ البارد.
تُوفّر هذه الأنظمة حرارة داخلية مناسبة، وذلك بطريقتين كما يأتي:
- طريقة التدفئة الشمسية النشطة: تُوفَّر الحرارة المناسبة بهذه الطريقة عن طريق تدوير الماء أو الغاز الساخن بواسطة مضخة أو مروحة.
- طريقة التسخين الشمسي السلبي: تسمح هذه الطريقة بانتقال الحرارة داخل المباني بطريقة طبيعية دون استخدام طاقة خارجية.
فوائد الطاقة الشمسية
فوائد الطاقة الشمسية على الفرد
يعود استخدام الطاقة الشمسية على المستوى الفردي بالعديد من الفوائد، ومنها ما ياتي:
- مصدر للطاقة المتجددة: تُعتبر الطاقة الشمسية من مصادر الطاقة المتجددة ؛ حيث تتوفّر كل يوم في مختلف أنحاء العالم، ولا تنفد الطاقة الشمسية بعكس بعض مصادر الطاقة الأخرى، ويستطيع الإنسان الاستفادة من الطاقة الشمسية لمدة 5 مليارات سنة على الأقل؛ أيّ حتّى انتهاء عمر الشمس المتبقي حسب ما حدده العلماء.
- وسيلة لتقليل فواتير الطاقة: يستطيع الإنسان استبدال مصادر الطاقة التي يستعملها بالطاقة الشمسية التي يُولدها النظام الشمسي الذي يستخدمه، بالتالي ستعتمد قيمة التوفير في فواتير الطاقة على كمية استخدام الكهرباء والتدفئة، بالإضافة إلى حجم النظام الشمسي الموجود، فكلما زاد حجمه قلّت الحاجة إلى استخدام مصادر طاقة أخرى وقلّ سعر الفواتير المترتبة.
- تطبيقات متنوعة: تُستخدم الطاقة الشمسية في الكثير من التطبيقات بالإضافة لتوليد الكهرباء والحرارة؛ حيث يُمكن استخدامها أيضاً في تقطير المياه في المناطق التي تفتقر إلى المياه النظيفة، وكذلك في تشغيل الأقمار الصناعية في الفضاء.
- انخفاض تكاليف الصيانة: تُعتبر أنظمة الطاقة الشمسية من الأنظمة التي لا تحتاج إلى كثير من الصيانة، ويكفي تنظيفها عدّة مرات في السنة عن طريق الشخص نفسه أو شركات التنظيف المتخصصة.
فوائد الطاقة الشمسية على البيئة
يعود استخدام الطاقة الشمسية بفوائد عديدة على البيئة نذكر منها ما يأتي:
- حفظ المياه.
- تقليل تلوث الهواء.
- إبطاء تغير المناخ.
- تقليل أثر انبعاث الكربون.
- تقليل الاعتماد على الوقود العضوي التقليدي.
معيقات استخدام الطاقة الشمسية
يُوجد هناك الكثير من الأسباب للتحول إلى خيار استخدام مصادر الطاقة المتجددة كبديل عن المصادر التقليدية، ولكن هناك بعض المعيقات التي لا تُمكّن العالم من الاعتماد عليها بشكل رئيسي، ومنها ما يأتي:
- تكلفة الإنشاء الأولية: تعتمد تكلفة إنشاء نظام للطاقة الشمسية على الموقع، وعدد الألواح المطلوبة، ومتطلبات التركيب، ورسوم العمالة، وغيرها، وتكون هذه التكلفة عالية؛ بالتالي لا تستطيع بعض الأسر تحملها دون اللجوء للقروض.
- الاستخدام الليلي: تحتاج أنظمة الطاقة الشمسية إلى الشمس لكي تعمل، لذلك في الليل لا تستطيع هذه الأنظمة توليد الكهرباء، ويحتاج الشخص إلى الاعتماد على مصادر أخرى للحصول على الطاقة، ومن الجدير بالذكر أنّ بعض أنظمة الألواح الشمسية تحتوي على بطاريات احتياطية إلا أنّها اختيارية، ولا تأتي مع جميع الأنظمة.
- الحاجة إلى مساحة: تحتاج الألواح الشمسية إلى مساحةٍ لتركيبها، وكلما زاد حجم الاستهلاك المطلوب زادت المساحة اللازمة لتركيب نظام الطاقة الشمسية.
- الموقع: تختلف شدة وتُوفر الشمس من مكان لآخر، ففي بعض أجزاء العالم لا تظهر الشمس لعدة أيام في فصل الشتاء؛ الأمر الذي يُؤدّي إلى التعرّض لمشكلة عدم القدرة على التزوّد بالكهرباء لمن يعتمد على الطاقة الشمسية، كما يُؤثّر كسوف الشمس أيضاً على مولدات الطاقة الشمسية.
