مفهوم الطاقة الشمسية

تُعتبر الطاقة الشمسية واحدة من أهم مصادر الطاقة المتجددة، حيث تنتج عن الأشعة المنبعثة من الشمس. تتلقى الأرض هذه الأشعة على مدار اليوم، ولكن كمية الطاقة الساقطة تختلف باختلاف الموقع الجغرافي.

تتميز الأشعة الشمسية بإمكانية تحويلها إلى حرارة تُستخدم لتوليد الطاقة وطرق أخرى متعددة، ويُعد استخدام الطاقة الشمسية أحد الأهداف المستقبلية الرامية لتلبية الاحتياجات الطاقوية، حيث تعتبر هذه الطاقة صديقة للبيئة ولا تُنتج أي ملوثات.

طرق الاستفادة من الطاقة الشمسية

توجد العديد من الطرق المستخدمة للاستفادة من الطاقة الشمسية، ومن أبرز هذه الطرق ما يلي:

• الألواح الشمسية الكهروضوئية

الألواح الشمسية تعتبر من الوسائل الأساسية المستخدمة للاستفادة من الطاقة الشمسية، وعادةً ما تُركب على أسطح المنازل والأماكن المفتوحة مثل الساحات. تساعد هذه الألواح في توفير الطاقة الكهربائية، وتجدر الإشارة إلى أنه كلما زادت المساحة الإجمالية للألواح، زادت كمية الطاقة المنتجة.

• سخانات المياه الشمسية

يلجأ الكثيرون لاستخدام الطاقة الشمسية كبديل للغاز أو الكهرباء في تسخين المياه. يعتمد مبدأ عمل السخانات الشمسية على تركيب سخانات خاصة، حيث يتم تعميم المياه في حلقة مغطاة بسطح أسود معزول، والذي يزيد من امتصاص الطاقة الشمسية لرفع درجة حرارة المياه ثم تجميعها وتوجيهها إلى الخزان.

• الطاقة الحرارية الناتجة عن الإشعاع الكهرومغناطيسي

تُصدر الشمس طيفاً واسعاً من الإشعاعات بأطوال موجية مختلفة، مثل الأشعة تحت الحمراء، والتي تحقق نقل الطاقة الحرارية بكفاءة من الأجسام التي تمتصها وتعرف بالأجسام السوداء. تُعرف الطاقة المكتسبة منها بالطاقة الكهرومغناطيسية الحرارية التي تُستخدم في تطبيقات متنوعة كالتدفئة.

• الملح المصهور بالطاقة الشمسية

تمكنت التكنولوجيا الحديثة من توظيف الطاقة الشمسية في أنظمة الملح المصهور. تتمثل هذه العملية في صهر الملح في محطات توليد الطاقة باستخدام الإشعاع الكهرومغناطيسي، حيث ينتقل الملح المصهور إلى المبادل الحراري لتسخين الماء وتحويله إلى بخار، والذي يدفع بدوره التوربينات البخارية لتوليد الكهرباء.

تطبيقات الطاقة الشمسية

توجد العديد من التطبيقات التي يمكن استغلالها في الحياة اليومية بفضل الطاقة الشمسية، من بينها:

توليد الطاقة الحرارية

تتمثل إحدى تطبيقات الطاقة الشمسية في توليد الطاقة الحرارية، وذلك من خلال تحويل الطاقة الشمسية إلى حرارة باستخدام ألواح معدنية مسطحة مغطاة بالزجاج. تمتص هذه الألواح الأشعة الشمسية، وتنقل الحرارة التي تمتصها عبر الماء أو الهواء.

يمكن استخدام هذه الحرارة على الفور أو تخزينها في وسيط آخر لتوفير الطاقة اللازمة لتسخين المياه، وإنتاج الأغذية، وتصنيع المواد الكيميائية، وإنتاج المنسوجات، أو تدفئة المنازل بواسطة سخانات الطاقة الشمسية وغيرها من الاستخدامات.

توليد الكهرباء

تستغل العديد من المنازل والمصانع الطاقة الشمسية لتوليد الطاقة الكهربائية بفضل الخلايا الشمسية، التي تقوم بالتقاط الضوء وتحويله إلى كهرباء. يُلاحظ أن الطاقة المولدة من خلية واحدة تقدر بحوالي 2 واط تقريبًا.

عادةً ما يتم توصيل مجموعة من الخلايا لزيادة قدرة إنتاج الطاقة، ومن الجدير بالذكر أن أنظمة الاتصالات، الأقمار الصناعية الخاصة بالطقس، ومضخات المياه تُعتبر نماذج هامة لاستخدام الطاقة الشمسية في هذا المجال.

إنتاج الملح من مياه البحر

تستغل بعض الدول الطاقة الشمسية لإنتاج الملح من مياه البحر، وذلك من خلال عملية تبخر الماء المالح عند تعرضه لأشعة الشمس.

تحلية المياه

لجأت العديد من الدول مؤخراً إلى استخدام الطاقة الشمسية في تحلية المياه عبر عملية التقطير للحصول على مياه عذبة صالحة للاستخدام. تقوم وحدات التحلية التي تستخدم الطاقة الشمسية بتحويل المياه المالحة إلى مياه صالحة للشرب عن طريق تحويل الطاقة الشمسية إلى حرارة بشكل مباشر أو غير مباشر.

إنتاج الهيدروجين

استخدمت الطاقة الشمسية مؤخراً كمصدر بديل لإنتاج الهيدروجين، وذلك من خلال تصنيع أوراق اصطناعية تعتمد على السيليكون. يتم عبر هذه الأوراق فصل ذرات الهيدروجين والأكسجين من الماء باستخدام الطاقة الشمسية، ومن المهم الإشارة إلى أن على الرغم من نجاح هذه التقنية، إلا أنها تزال بحاجة إلى تحسينات في الكفاءة والفعالية.

مزايا الطاقة الشمسية

تحمل الطاقة الشمسية العديد من المزايا، ومن أبرزها:

• تعتبر مصدراً متجدداً وغير محدود للطاقة يُمكن استغلالها في جميع أنحاء العالم.
• خيار مثالي للمناطق النائية التي لا تتصل بشبكات الطاقة.
• تتحلى بكفاءة اقتصادية على المدى البعيد، حيث تكاليف إنشاء وتركيب الخلايا الشمسية تقتصر على النفقات الأولية فقط.
• توفر فرص عمل للمجتمعات المحلية من خلال تصنيع وبيع وتركيب الخلايا الشمسية.
• الألواح الشمسية لا تحتوي على أجزاء متحركة تسبب الضوضاء.
• تُعتبر مصدراً صديقاً للبيئة، حيث أن انبعاثاتها من ثاني أكسيد الكربون منخفضة، ولا تُسبب تلوثًا كما هو الحال مع مصادر الطاقة التقليدية مثل الوقود الأحفوري.

عيوب الطاقة الشمسية

على الرغم من الفوائد العديدة للطاقة الشمسية، إلا أنها تتضمن بعض العيوب، ومنها:

• إن تكلفة إنشاء أنظمة الطاقة الشمسية عالية جداً، مما قد يمنع العديد من الأشخاص من استخدامها في المنازل.
• قد تكون كفاءة استخدام الطاقة الشمسية منخفضة في الأجواء الممطرة أو الضبابية.
• تكلفة البطاريات المستخدمة في تخزين الطاقة الشمسية قد تكون مرتفعة.
• من الضروري تنظيف الألواح الشمسية بشكل دوري لإزالة الأوساخ والغبار الذي قد يحجب عنها أشعة الشمس.
• تُستخدم الطاقة الشمسية خلال النهار فقط، مما يمنع استخدامها في الليل.
• قد يكون من الصعب تركيب الألواح الشمسية في الأماكن الضيقة أو المغلقة، أو المناطق التي لا تتعرض لأشعة الشمس بشكل جيد.