الطاقة الشمسية
تعرف الطاقة الشمسية (بالإنجليزية: Solar energy) بأنها الإشعاع الصادر عن الشمس، والذي يُنتج الحرارة، ويتسبب في حدوث تفاعلات كيميائية، وهي أحد المصادر المتجددة للطاقة ، والتي تعدّ مصادر غير منتهية الإمدادات، ونظيفةً غير ملوثة للبيئة على عكس المصادر الأخرى كالفحم، والغاز الطبيعي ، والبترول، ويمثل إجمالي كمية الطاقة الشمسية الساقطة على الأرض أكبر بكثير من متطلبات الأرض الحالية والمستقبلية من الطاقة، لذلك فإذا استُثمرت هذه الطاقة بشكل مناسب فإنها ستلبي كافة الاحتياجات المستقبلية للطاقة، وعلى الرغم من أنّ الطاقة الشمسية تعد مصدراً قوياً للطاقة، والضوء الشمسي هو أكبر مصدر للطاقة المُمتص من قبل الأرض، إلا أن كمية الأشعة الشمسية التي تصل إلى سطح الأرض تعدّ قليلة بعض الشيء، ويرجع ذلك إلى بعد الشمس الذي يتسبب في خسارة الإشعاع الشمسي، بالإضافة إلى خسارته الناتجة عن الغلاف الجوي والغيوم، والتي تمتص أو تشتت ما يصل إلى 54% من الأشعة الواصلة من الشمس التي تتكون من 50% تقريباً من الضوء المرئي، و45% من الأشعة تحت الحمراء، بالإضافة إلى كميات قليلة من الأشعة فوق البنفسجية، وغير ذلك من أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي، ويمكن استثمار الطاقة الشمسية في العديد من المجالات باستخدام تقنيات الطاقة المتجددة كالألواح والخلايا الشمسية .
فوائد الطاقة الشمسية
توليد الطاقة الكهربائية
يمكن تحويل الطاقة الشمسية إلى الطاقة الكهربائية بشكل مباشر باستخدام تقنيات الطاقة الكهروضوئية PV، فعندما تسقط أشعة الشمس على الوحدات الكهروضوئية، والتي تصنع من مواد شبه موصلة تكون في العادة أشكال مختلفة من السيليكون فإنه يتم تحرير الإلكترونات من روابطها الذرية، مما يؤدي إلى تدفقها، وإنتاج تيار كهربائي ، ويكون أعلى إنتاج للطاقة الكهروضوئية في منتصف النهار عند وجود الشمس في أعلى نقطة في السماء، ويمكن تخزين الطاقة الشمسية المركزة لاستخدامها عند الحاجة كما في محطات الطاقة الشمسية المركزة، ومن التطبيقات على إنتاج الطاقة الكهربائية من الطاقة الشمسية ما يأتي:
- يمكن لسكان المنازل تركيب عدد من الألواح الكهروضوئية للحد أو التخلص من تكلفة فواتير الكهرباء الشهرية، كما يمكن لمحطات الطاقة الشمسية إنتاج طاقة كبيرة لتزويد عدد كبير من المنازل بها.
- تُستخدم أشباه الموصلات في غالبية المنتجات الإلكترونية كمكبرات الصوت، ورقائق الكمبيوتر، والآلات الحاسبة الجيبية.
- يمكن إنتاج الطاقة الكهربائية لتزويد الأقمار الصناعية الموجودة في الفضاء، بما تتضمنه من أجهزة راديو، وأجهزة كمبيوتر، حيث تعدّ تكلفة إطلاق هذه الأقمار وصعوبة صيانتها سبباً في الحاجة إلى الطاقة الشمسية التي تعدّ مصدراً موثوقاً.
توليد الطاقة الحرارية
يمكن توليد الحرارة باستخدام الطاقة الشمسية لاستخدامها في مجالات عديدة كتدفئة المنازل، وطهي الطعام في أفران شمسية مصممة لذلك، والتي تعتمد غالباً على تركيز الأشعة الشمسية من منطقة واسعة على نقطة مركزية، بالإضافة إلى تسخين المياه، والتي تفيد في أغراض عدة كالاستحمام، وغسل الملابس، ومياه السباحة، ومن أكثر الأجهزة الشائعة في تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية مجمعات الألواح المسطحة (بالإنجليزية: flat-plate collectors)، والتي تمتد على مساحة واسعة لجمع ما يكفي من الطاقة، وتتكون أكثر هذه المجمعات استخداماً من لوحة معدنية سوداء تُغلف بلوح أو لوحين من الزجاج، والتي تُسخن من أشعة الشمس الساقطة، ثم تُنقل الحرارة إلى الماء أو الهواء، ويمكن تخزين الحرارة الناتجة للاستخدام في الأيام الملبدة بالغيوم، أو في أوقات الليل.
فوائد أخرى للطاقة الشمسية
تستخدم الطاقة الشمسية في أغراض أخرى غير توليد الكهرباء والحرارة ولكن بشكل أقل، فمثلاً يمكن استخدامها في تبخير الماء من مياه البحر لإنتاج الملح، وفي عمليات تحلية المياه ، والتي تعني تحويل المياه المالحة إلى مياه صالحة للشرب، كما يمكن استخدام الطاقة الشمسية في إنتاج الهيدروجين كمصدر بديل للطاقة المتجددة النظيفة من خلال فصل الماء إلى عناصر الأكسجين والهيدروجين، والذي يحاكي عملية التمثيل الضوئي في النباتات، ويعدّ استخدام الطاقة الشمسية في الإضاءة مثالاً آخر على فوائد الطاقة الشمسية كاستخدام الطاقة الشمسية لإضاءة إشارات التوقف، أو لوحات الرسائل التي تستخدم في أعمال البناء، أو إشارات السرعة المحددة.
سلبيات الطاقة الشمسية
على الرغم من ميزات الطاقة الشمسية المتعددة إلا أنها تمتلك عدداً من السلبيات، ومنها ما يأتي:
- اعتمادها على الطقس: يتأثر الاستفادة من الطاقة الشمسية في حالة الطقس ووجود الشمس، فعلى الرغم من وجود أنظمة التخزين الاحتياطي للطاقة الشمسية عندما تكون الشمس غير مشرقة في أوقات الليل أو في الظروف الجوية السيئة إلا أنه هذه الأنظمة قد تزيد من الكلفة الإجمالية لتركيب الألواح الشمسية.
- ارتفاع التكاليف الأولية: على الرغم المنافع الكثيرة للألواح الشمسية على المدى الطويل إلا أن تكاليفها الأولية قد تكون مرتفعةً بشكل كبير.
- عدم المرونة: تشكل تقنيات الطاقة الشمسية كالألواح الشمسية تحديات واضحة عند أخذ المرونة والحركة بعين الاعتبار، وقد تظهر هذه التحديات في العديد من التعاملات كعقود الإيجار المُنتقلة إلى مستخدمين آخرين، والتي قد تفرض تكاليف إزالة التركيب وإعادة تثبيته في حال قرر المستأجر المنتقل أخذ هذه الألواح معه.
- التلوث: على الرغم من أن الألواح الشمسية تتميز بعمر طويل قد يبلغ نصف القرن، إلا أنه لا توجد أي معلومات حديثة عن إعادة تدوير هذه اللوحات الكهروضوئية، مما قد يجعل التخلص منها له تأثيرات كبيرة على البيئة.
- مساحة التركيب: يتطلب تثبيت تقنيات الطاقة الشمسية وجود مساحةً لذلك، ويظهر التحدي في ذلك بالنسبة للشركات الكبيرة التي تحتاج إلى مساحة كبيرة لجعل النظام فعالاً بما يكفي لتوفير الكهرباء بشكل دائم، أما بالنسبة لأصحاب المنازل فإنّ ذلك قد لا يتطلب مساحةً كبيرة، إذ يمكن استخدام الأسطح للتركيب.
