الامارات 7 - تعريف الطاقة الشمسية
الطاقة الشمسية هي الطاقة الناتجة عن تحويل أشعة الشمس إلى كهرباء باستخدام الخلايا الشمسية الكهروضوئية، وتعد واحدة من أهم مصادر الطاقة المتجددة، وهي الأسرع نمواً بين هذه المصادر. تتيح هذه الطاقة مستقبلاً واعداً لتوفير احتياجات الطاقة المختلفة. يتلقى كل موقع على الأرض كمية من الضوء الشمسي على مدار العام، إلا أن مقدار الإشعاع الشمسي يختلف من مكان لآخر. يُعرف الإشعاع الشمسي أيضًا بالإشعاع الكهروضوئي، وهو الضوء الذي ينبعث من الشمس ويقوم بتحويله تقنيات الطاقة الشمسية إلى طاقة قابلة للاستخدام.
أنظمة الطاقة الكهروضوئية
تعتبر أنظمة الطاقة الكهروضوئية من أبرز طرق استخدام الطاقة الشمسية، وتُعرف أيضًا بأنظمة الخلايا الشمسية، حيث يتم إنتاج الكهرباء مباشرة من ضوء الشمس. عند تعرض الألواح الشمسية لأشعة الشمس، تمتص هذه الخلايا الطاقة من الضوء وتولد شحنات كهربائية تتحرك استجابة لمجال كهربائي داخلي داخل الخلايا، مما يؤدي إلى تدفق الكهرباء. يتكون هذا النظام من خلايا شمسية مصنوعة من مواد شبه موصلة، وعند تعرض هذه المواد لأشعة الشمس، تحفز الطاقة الشمسية الإلكترونات في ذرات المادة للتحرك داخل المادة، ما يؤدي إلى توليد الكهرباء التي يمكن استخدامها أو تخزينها في بطاريات. وتسمى هذه العملية "التأثير الكهروضوئي".
أنظمة الطاقة الشمسية المركزة
تعتمد أنظمة الطاقة الشمسية المركزة على استخدام المرايا والعدسات لتركيز كمية كبيرة من ضوء الشمس على منطقة صغيرة، مما يحول الطاقة الشمسية إلى حرارة. يتكون هذا النظام من ثلاث وحدات رئيسية:
المجال الشمسي الذي يحول الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية.
خزان الحرارة الذي يخزن الطاقة الحرارية باستخدام الملح المصهور كوسيط.
وحدة إنتاج الطاقة التي تستخدم توربينات بخارية لتوليد الكهرباء.
أنظمة الطاقة الشمسية للتسخين
تستفيد أنظمة الطاقة الشمسية للتسخين من الطاقة الحرارية للشمس لتوفير الماء الساخن والتدفئة للمنشآت السكنية والتجارية والصناعية. تُعد هذه الأنظمة بديلاً للطاقة الكهربائية أو الغاز الطبيعي، وتشتمل على ثلاث عناصر رئيسية: المجمع الرئيسي، الأنابيب المعزولة، وخزان الماء الساخن. قد تشمل أيضًا أدوات اختيارية مثل وحدات التحكم الإلكترونية ونظام حماية من التجمد للمناطق الباردة.
فوائد الطاقة الشمسية
على المستوى الفردي:
مصدر للطاقة المتجددة: الطاقة الشمسية هي مصدر متجدد يتوفر يوميًا ويستمر لمدة 5 مليارات سنة.
خفض فواتير الطاقة: يمكن تقليل فواتير الطاقة من خلال الاعتماد على الطاقة الشمسية، حيث يعتمد التوفير على حجم النظام الشمسي وكميات الكهرباء المستخدمة.
تطبيقات متنوعة: تُستخدم الطاقة الشمسية في مجالات عديدة مثل تقطير المياه وتشغيل الأقمار الصناعية.
تكاليف صيانة منخفضة: لا تحتاج أنظمة الطاقة الشمسية إلى صيانة مستمرة، وكل ما يتطلبه الأمر هو تنظيف الألواح الشمسية عدة مرات في السنة.
على البيئة:
حفظ المياه.
تقليل تلوث الهواء.
إبطاء تغير المناخ.
تقليل انبعاثات الكربون.
تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري.
موانع استخدام الطاقة الشمسية
تكاليف الإنشاء الأولية: تكلفة إنشاء النظام الشمسي قد تكون مرتفعة حسب الموقع وعدد الألواح وتركيبها.
الاستخدام الليلي: أنظمة الطاقة الشمسية لا تستطيع توليد الكهرباء في الليل، مما يستدعي الاعتماد على مصادر أخرى في تلك الفترة.
الحاجة إلى مساحة: كلما زاد استهلاك الكهرباء، زادت الحاجة إلى مساحة أكبر لتركيب الألواح الشمسية.
الموقع: تتفاوت كثافة الشمس في المناطق المختلفة، فبعض الأماكن قد تواجه صعوبة في الاعتماد على الطاقة الشمسية بسبب الطقس أو الكسوف.
الطاقة الشمسية هي الطاقة الناتجة عن تحويل أشعة الشمس إلى كهرباء باستخدام الخلايا الشمسية الكهروضوئية، وتعد واحدة من أهم مصادر الطاقة المتجددة، وهي الأسرع نمواً بين هذه المصادر. تتيح هذه الطاقة مستقبلاً واعداً لتوفير احتياجات الطاقة المختلفة. يتلقى كل موقع على الأرض كمية من الضوء الشمسي على مدار العام، إلا أن مقدار الإشعاع الشمسي يختلف من مكان لآخر. يُعرف الإشعاع الشمسي أيضًا بالإشعاع الكهروضوئي، وهو الضوء الذي ينبعث من الشمس ويقوم بتحويله تقنيات الطاقة الشمسية إلى طاقة قابلة للاستخدام.
أنظمة الطاقة الكهروضوئية
تعتبر أنظمة الطاقة الكهروضوئية من أبرز طرق استخدام الطاقة الشمسية، وتُعرف أيضًا بأنظمة الخلايا الشمسية، حيث يتم إنتاج الكهرباء مباشرة من ضوء الشمس. عند تعرض الألواح الشمسية لأشعة الشمس، تمتص هذه الخلايا الطاقة من الضوء وتولد شحنات كهربائية تتحرك استجابة لمجال كهربائي داخلي داخل الخلايا، مما يؤدي إلى تدفق الكهرباء. يتكون هذا النظام من خلايا شمسية مصنوعة من مواد شبه موصلة، وعند تعرض هذه المواد لأشعة الشمس، تحفز الطاقة الشمسية الإلكترونات في ذرات المادة للتحرك داخل المادة، ما يؤدي إلى توليد الكهرباء التي يمكن استخدامها أو تخزينها في بطاريات. وتسمى هذه العملية "التأثير الكهروضوئي".
أنظمة الطاقة الشمسية المركزة
تعتمد أنظمة الطاقة الشمسية المركزة على استخدام المرايا والعدسات لتركيز كمية كبيرة من ضوء الشمس على منطقة صغيرة، مما يحول الطاقة الشمسية إلى حرارة. يتكون هذا النظام من ثلاث وحدات رئيسية:
المجال الشمسي الذي يحول الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية.
خزان الحرارة الذي يخزن الطاقة الحرارية باستخدام الملح المصهور كوسيط.
وحدة إنتاج الطاقة التي تستخدم توربينات بخارية لتوليد الكهرباء.
أنظمة الطاقة الشمسية للتسخين
تستفيد أنظمة الطاقة الشمسية للتسخين من الطاقة الحرارية للشمس لتوفير الماء الساخن والتدفئة للمنشآت السكنية والتجارية والصناعية. تُعد هذه الأنظمة بديلاً للطاقة الكهربائية أو الغاز الطبيعي، وتشتمل على ثلاث عناصر رئيسية: المجمع الرئيسي، الأنابيب المعزولة، وخزان الماء الساخن. قد تشمل أيضًا أدوات اختيارية مثل وحدات التحكم الإلكترونية ونظام حماية من التجمد للمناطق الباردة.
فوائد الطاقة الشمسية
على المستوى الفردي:
مصدر للطاقة المتجددة: الطاقة الشمسية هي مصدر متجدد يتوفر يوميًا ويستمر لمدة 5 مليارات سنة.
خفض فواتير الطاقة: يمكن تقليل فواتير الطاقة من خلال الاعتماد على الطاقة الشمسية، حيث يعتمد التوفير على حجم النظام الشمسي وكميات الكهرباء المستخدمة.
تطبيقات متنوعة: تُستخدم الطاقة الشمسية في مجالات عديدة مثل تقطير المياه وتشغيل الأقمار الصناعية.
تكاليف صيانة منخفضة: لا تحتاج أنظمة الطاقة الشمسية إلى صيانة مستمرة، وكل ما يتطلبه الأمر هو تنظيف الألواح الشمسية عدة مرات في السنة.
على البيئة:
حفظ المياه.
تقليل تلوث الهواء.
إبطاء تغير المناخ.
تقليل انبعاثات الكربون.
تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري.
موانع استخدام الطاقة الشمسية
تكاليف الإنشاء الأولية: تكلفة إنشاء النظام الشمسي قد تكون مرتفعة حسب الموقع وعدد الألواح وتركيبها.
الاستخدام الليلي: أنظمة الطاقة الشمسية لا تستطيع توليد الكهرباء في الليل، مما يستدعي الاعتماد على مصادر أخرى في تلك الفترة.
الحاجة إلى مساحة: كلما زاد استهلاك الكهرباء، زادت الحاجة إلى مساحة أكبر لتركيب الألواح الشمسية.
الموقع: تتفاوت كثافة الشمس في المناطق المختلفة، فبعض الأماكن قد تواجه صعوبة في الاعتماد على الطاقة الشمسية بسبب الطقس أو الكسوف.