تعريف الطاقة الشمسية

ما هي الطاقة الشمسية؟

الطاقة الشّمسية أو ما يسمّى بالإشعاع الشمسيّ (بالإنجليزية: solar energy) هي الطاقة المنبعثة من أشعّة الشّمس بشكلٍ رئيسيّ على شكل حرارة وضوء وهي نتاج التفاعلات النووية داخل النجم الأقرب إلينا وهو الشّمس، ولهذه الطاقة أهمية كبيرة في الكرة الأرضية والكائنات الحية الموجودة على سطحها وتعتبر كمية هذه الطاقة الناتجة تفوق بكثير متطلّبات الطاقة الحالية في العالم بشكل عام، وإذا تم تسخيرها واستغلالها بشكلٍ مناسب فقد تلبي جميع احتياجات الطاقة المستقبلية.

أهمية الطاقة الشمسية

تكمن أهمية الطاقة الشمسية بدايةً بأن أشعة الشّمس سهّلت عمليات التطور في الكائنات الحية، وهي المسؤولة عن عمليات البناء الضوئي في النباتات لإنتاج الغذاء والكتلة الحيوية بالإضافة إلى دور هذه الأشعة في الطاقة المائية وطاقة الرياح.وأيضاً هنالك أهمية كبيرة للطاقة الشمسية في زراعة الأرض وإنتاج ونمو المحاصيل وتجفيف الطعام لمنعه من التلف بالإضافة إلى استخدام البيوت البلاستيكية لرفع الحرارة.إضافة إلى ذلك تعتبر الطاقة الشّمسية هي المسؤولة عن ما يسمى بمجموعة مصادر الطاقة المتجددة وأهمها، ومن الملاحظ زياده أهمية الطاقة الشمسية كمصدر من مصادر الطاقة المتجددة لأنها لا تتناقص وذي طابع غير ملوث، في الوقت الذي أصبح فيه تناقص ملحوظ في مستويات الوقود الأحفوري والنفط والفحم وبالإضافة إلى الغاز الطبيعي.

تطبيقات استغلال الطاقة الشمسية

يوجد عدد كبير من التطبيقات القديمة والحديثة على استغلال الطاقة الشمسية في حياتنا ، وفيما يأتي توضيح لذلك:

التطبيقات القديمة

من الأمثلة على التطبيقات القديمة لاستغلال الطاقة الشمسية ما يأتي:

تطبيقات العمارة والبناء

توجيه البيوت ونوافذها باتجاه أشعة الشمس، حيث يستفاد من الضّوء والحرارة في المنازل، بالإضافة إلى اختيار نوع المواد في البناء بحيث تكون قادرة على امتصاص وتخزين الحرارة.

تطبيقات زراعية

الزراعة في البيوت البلاستيكية أو الحرارية، حيث تُحوّل أشعة الشّمس إلى طاقة حرارية، ويُذكر أنّ هذه الطريقة أسهمت في تسهيل عملية زراعة ونمو النباتات في غير موسمها.

تطبيقات في التعقيم

ذُكر أنّه في بعض المناطق كان يُستخدم طباخ شمسي معدل ومتخصص لغرض تعقيم الأدوات الطبية في العيادات، كما ذكرت الدراسات أنه عند تعرض المياه لعدة ساعات لأشعة الشّمس يقلّل وجود البكتيريا والفيروسات والطفيليات الموجودة فيها، حيث أن هنالك أكثر من 2 مليون شخص في الدول النامية يستخدمون هذه الطريقة يومياً.

تطبيقات مختلفة

من التطبيقات المختلفة القديمة على استغلال الطاقة الشمسية ما يأتي:

• الطبخ باستخدام الطّباخ الشمسي، وهو عبارة عن صندوق يتم فيه جمع أشعة الشّمس واستغلال حرارتها في طبخ الطّعام، حيث صنع لأول مرة سنة 1767 من قبل الفيزيائي السويسري (Horace de Saussure).
• التسخين باستخدام السّخان الشمسي، الذي يَستَغل الأشعة الشمسية ويستخدمها لتسخين المياه في المنازل والمباني عن طريق نظام متخصص من الألواح الشمسية والمثبت على أسطح المباني.

التطبيقات الحديثة

من الأمثلة على التطبيقات الحديثة لاستغلال الطاقة الشمسية توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية، وفيما يأتي توضيح لأشهر هذه الطرق:

الخلايا الشّمسية

تحوّل الخلايا الشمسية أشعه الشّمس إلى كهرباء مباشرةً ، تعتبر كمية الطاقة المولّدة في الخلية الواحدة قليلة نسبياً لذلك من الضروري جمع عدد كبير من الخلايا معاً كالموجودة في الألواح الشمسية على أسطح المباني لتوليد الطاقة الكافية، واستُخدم هذا النوع من الخلايا في الأقمار الصناعية وشبكات الاتصال على مستوى الفضاء، وعلى مستوى الأرض فقد استخدمت هذه الخلايا في الآلات الحاسبة والساعات والمنازل والمباني التجارية وحتى الملاعب، حيث بني ملعب Kaohsiung World Stadium في تايوان عام 2009 وتم استخدام 8800 لوح شمسي في أعلى الملعب.

تكنولوجيا تركيز الطاقة الشمسية

تستخدم في هذه التكنولوجيا حرارة الشمس بدلاً من الأشعة كما في الخلايا الشمسية، بحيث يوجد مجموعة عدسات أو مرايا تركز الضوء من الشمس على شكل شعاع يستخدم لجعل سخان مياه يبدأ بالعمل والذي بدوره ينتج بخار يحفز توربينات للبدء في إنتاج الكهرباء.

مميزات الكهرباء الناتجة من الطاقة الشّمسية

هناك العديد من المميزات والإيجابيات التي تمتاز فيها الطاقة الشمسية والكهرباء المولدة منها ، ومن أهمها:

• كلفة إنتاج وتوليد الطاقة منخفضة.
• ضمان التخلّص من ارتفاع أسعار الكهرباء لأصحاب البيوت.
• مصدر طاقة متجدد ودائم حيث قدرت وكالة ناسا بأن الشمس ستستمر بالإشعاع لمدة 6.5 مليار سنة.
• تعتبر صديقة للبيئة فهي غير مسببة للتلوث.
• الإشعاع متاح جغرافياً بشكل واسع.
• تقليل تكلفة الكهرباء المستهلكة (حيث يمكن لمالكي البيوت بيع الفائض عن حاجتهم بعد إنتاج الطاقة).
• استخدام الألواح الشمسية الجماعيه يقلل ويتغلب على مشاكل التثبيت والتركيب الفردي لكل منزل.
• قلّة الأجزاء المتحركة فبالتالي قلّة الحاجة للصيانة بالمقارنة مع الطاقة اللمولدة من الرياح.
• الدعم المادي من الحكومات والبلدان.

أشهر استخدامات منزلية للطاقة الشمسية

بعد البدء باستخدام تطبيقات الطاقة الشمسية ومع توافقها مع التكنولوجيا الحديثة تم استخدامها في المنازل في عدة أشكال ومن أشهرها:

• مراوح التهوية الخارجية المعتمدة على الشمس.
• التسخين الشمسي لبرك السباحة عن طريق استخدام نظام تسخين شمسي خاص.
• أنظمة التسخين الشمسي لمياه المنازل.
• أنظمة التسخين الشّمسي لاستخدامه في التدفئة المنزلية.
• مضخات المياه المنزلية عن طريق احتوائها على ألواح شمسية صغيرة.
• شحن البطاريات عن طريق الطاقة الشمسية.
• تغذية المنزل بالكهرباء عن طريق الألواح الشمسية.
• الطبخ باستخدام الطّباخ الشّمسي والمعتمد على أشعة الشّمس والطّاقة الشّمسية.
• الإضاءة الخارجية، كالإضاءة في الحديقة والأماكن البعيدة عن كهرباء المنزل فيمكن استخدام ألواح الطاقة الشمسية لتزويدها بالكهرباء.

أساليب تخزين الطاقة الشمسية

يمكن تخزين الطاقة الشمسية في عدة طرق ومنها:

• تخزينها في بطاريات مخصصة أو مواسعات كبيرة ومن ثم استخدامها في الليل أو عندما تكون الغيوم حاجبة للشمس.
• توظيف ضوء الشّمس لإنتاج الوقود، فمثلا بعض الخلايا الكهروكيموضوئية تستخدم الطاقة الشمسية لشطر جزيء الماء إلى هيدروجين وأكسجين وبالتالي تخزينهم على شكل وقود (غاز)، وعند الحاجة يتم دمج هذين الغازين مره أخرى لإنتاج الكهرباء عن طريق جهاز يسمى خلية الوقود.
• يمكن تخزين الطاقة الحرارية المركزة من أشعة الشّمس في ملح مذاب أو محلول ملحيّ على درجة حرارة عالية وعند الحاجة للكهرباء يتم نقل الحرارة من الملح المذاب إلى الماء عن طريق جهاز يغير الحرارة لتوليد بخار يفعِّل توربينات مخصصة لتنتج الكهرباء.

فيديو أشكال الطاقة ومصادرها