استخدامات الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء وأهم مصادر الطاقة

• الطاقة الشمسية هي الطاقة التي تصدر عن أشعة الشمس، ويتم تحولها إلى طاقة حرارية أو كهربائية للاستفادة منها في أماكن العمل وفي المنازل، وتعتبر الطاقة الشمسية من أنظف وأوفر مصادر الطاقة المتجددة، ولها استخدامات عديدة مثل توليد الكهرباء، وتسخين المياه، والإنارة، وتعتبر الولايات المتحدة الأمريكية هي أغنى دولة على مستوى العالم بالطاقة الشمسية.
• في الوقت الحالي تقل استخدامات الطاقة الشمسية، فنجد أنها في الولايات المتحدة الأمريكية لا تتجاوز خمسة أعشار 1% من الطاقة المستهلكة، لكن تكنولوجيا الطاقة الشمسية تتجه نحو التحسن، وتستمر تكلفة إنتاجها في الإنخفاض.
• أظهر تقرير قد صدر عام 2017 عن وكالة الطاقة الدولية، أنه قد أصبحت الطاقة الشمسية من أسرع المصادر في توليد الطاقة على مستوى العالم، وهي تعد المرة الأولى التي قد تفوق فيها نمو الطاقة الشمسية على المصادر الأخرى، مما يؤكد أن استخدام الطاقة الشمسية متجه نحو الازدياد.

استخدامات الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء

تستخدم الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء بطريقتين، وهما الآتي:

الطاقة الضوئية

هي الطاقة التي يتم استخدامها منذ ثلاثون عامًا والمعتمدة على وجود خلايا كهروضوئية تتكون من طبقات رقيقة من مادة السيليكون ومواد أخرى، وهي عبارة عن أشباه موصلات على شكل مربعات، عندما تصل إليها أشعة الشمس فإن التفاعلات الكيميائية في الخلية تبدأ بإطلاق إلكترون يعمل على توليد تيارًا كهربائيًا له القدرة على مد بناءًا كاملًا بالطاقة.

الطاقة الحرارية

هي التقنية التقليدية المستخدم فيها عاكسات تعمل على تركيز أشعة الشمس لكي يتكون البخار الذي يتم استخدامه في تشغيل المولدات الكهربائية، وتجدر الإشارة هنا إلى أن الأسواق تنتشر فيها تقنيتين معتمدتين على الطاقة الحرارية، وهما الآتي:

• استغلال الحرارة الناتجة عن أشعة الشمس في تسخين غاز الهيليوم أو الصوديوم السائل أو غاز الهيدروجين لتكوين بخار أو غاز مضغوط يستخدم في تحريك التوربينات لتوليد الكهرباء.
• توجيه مرايا عاكسة لأشعة الشمس إلى برج كبير يوجد بداخله سوائل، تتحول لبخار يدفع التوربينات لتوليد الكهرباء.

مصادر الطاقة

تنقسم مصادر الطاقة إلى قسمين أساسيين، وهما الآتي:

أولاً: مصادر الطاقة التقليدية

هي المصادر التي يتم استخدامها على نطاق أوسع من مصادر الطاقة المتجددة، ولكنها تنفذ بالاستخدام، وتحتاج لملايين السنين لتتكون مرة ثانية، وتتمثل هذه المصادر في الآتي:

البترول

• يطلق عليه إسم “الذهب الأسود”، ويتصدر قائمة مصادر الطاقة بأنواعها المختلفة، وله العديد من الاستخدامات سواء في إنتاج الطاقة وتوليد الكهرباء، أو في الصناعات الأخرى مثل البتروكيماويات وصناعة البلاستيك.
• يوجد العديد من مشتقات البترول، حيث أنه عند استخراج البترول من باطن الأرض لا يستخدم على صورته، وإنما يمر بمراحل عديدة للمعالجة في معامل التكرير، ومن بين هذه المشتقات السولار والبنزين والجاز والكيروسين.
• وبالرغم من الفوائد العديدة للبترول إلا أن له بعض الآثار الضارة بالبيئة، وتتمثل هذه الأضرار في انبعاث بعض الغازات الضارة مثل غاز أول وثاني أكسيد الكربون.

الغاز الطبيعي

• يمكن الإشارة إلى الغاز الطبيعي إلى أنه مصدر للطاقة بديل عن البترول، والآثار السلبية الناتجة عن استخدامه قليلة عند مقارنتها بالبترول والفحم، لذلك يطلق عليه “غاز صديق البيئة”.
• الغاز الطبيعي له استخدامات عديدة مثل توليد الكهرباء، كما أنه مادة خام تستخدم في صناعة البلاستيك والسماد، ويتم استخدامه في الاستهلاك المنزلي في السخانات والمواقد، وفي وسائل المواصلات بدلًا من الوقود من البنزين، نظرًا لأنه يتميز بانخفاض ثمنه.

الفحم

يتم استخدام الفحم النباتي في الحرق بهدف الحصول على الطاقة، ويتم استخدامه في بعض الأغراض المنزلية مثل الطهي والشواء والتدفئة، أما في البلاد التي لديها فائض من أخشاب الغابات فيمكن أن يتم تحويلها إلى فحم نباتي واستخدامه في بعض المشروعات الكبيرة مثل توليد الكهرباء.

ثانياً: مصادر الطاقة المتجددة

هي مصادر متجددة لا تنضب مع الإستخدام وتدوم مدى الحياة، وهي مصادر نظيفة لا تلوث البيئة، وتتمثل هذه المصادر في الأتي:

الطاقة الشمسية

من أهم استخداماتها توليد الكهرباء، وأهم تطبيقات الطاقة الشمسية هي السخانات الشمسية التي يتم استخدامها في صناعة منتجات الألبان، تسخين المياه، صناعة الغزل والنسيج، تجفيف الحاصلات الزراعية، وتسخين الهواء بهدف التدفئة.

طاقة الرياح

هي طاقة تم اكتشافها منذ آلاف السنين، وهي من مصادر الطاقة الصديقة للبيئة، ومن أهم تطبيقاتها أنها كانت تستخدم قديمًا لدفع القوارب الشراعية بالماء، ولرفع مياه الآبار، بينما يتم استخدامها الآن في توليد الكهرباء، حيث أن الرياح تدير مروحة كبيرة والتي تشغل بدورها مولد كهربائي.

الطاقة المائية

هي الطاقة التي نحصل عليها من حركة المياه، وكان يتم استخدامها قديمًا في توليد الطاقة المستخدمة في تشغيل مطاحن الدقيق، أو في تسيير ماكينات ري الأراضي الزراعية، وتشغيل آلات النسيج.

الغاز الحيوي (البيوجاز)

هو غاز عديم اللون وأخف من الهواء وغير سام، ويتم إنتاجه من خلال التحلل اللاهوائي للمخلفات العضوية النباتية والحيوانية والآدمية، ومن أهم تطبيقاته أنه يستخدم كوقود مباشر في الإنارة والطهي والتدفئة، ويستخدم بشكل غير مباشر في توليد الكهرباء وإدارة الآلات.

طاقة الكتلة الحيوية

هذه الطاقة قد لا يسمع عنها الكثير، لأنها من مصادر الطاقة الغير شائعة، وهي الطاقة التي تستخرج من المخلفات الحيوانية والزراعية والآدمية ويتم تحويلها إلى وقود يستخدم في الصناعات المختلفة، كما تستخدم في الاستهلاك المنزلي والتجاري.

مشروع حديث لتوليد الكهرباء من الطاقة الشمسية

بسبب إرتفاع تكاليف الأبراج والمضخات والأنابيب، وتكاليف التشغيل والتركيب، وبسبب أن ثبات الدرجات بين البارد والحار يعد عقبة أمام كل المواد، بالإضافة للحاجة لنظام تخزين الحرارة عندما تغيب الشمس، كل هذه الأسباب قد جعلت أستاذ الهندسة الميكانيكية “ألكسندر سكوم”، وفريق متعدد التخصصات يقومون بتصميم جهاز متطور يحل تلك المشكلة، وأهم ما يميز ذلك الإختراع هو الأتي:

• الجهاز عبارة عن خزان كبير به ملح مصهور، لأن الملح يتميز بقدرته على تحمل درجات الحرارة المرتفعة جدًا، إلى جانب قدرته على امتصاص الحرارة.
• جهاز heliostat المثبت على أحد القمم، والذي يقوم بتركيز أشعة الشمس على الملح مباشرةً داخل الخزان عن طريق فتحة صغيرة فيه.
• تتوزع الحرارة في الخزان بالكامل بسبب أن الملح المصهور يحمل الحرارة.
• عندما تتولد الطاقة يتم قشط الملح الساخن الموجود بأعلى الخزان، ويتم تمريره من خلال مولد بخار، أما الملح البارد المنصهر فيعود إلى أسفل الخزان.
• في المساء أو عندما تغيب أشعة الشمس يتم غلق فتحات الخزان من أجل تقليل فقد الحرارة.

وهنا نكون قد وصلنا إلى نهاية المقال وذلك بعد أن تم توضيح كافة المعلومات عن استخدامات الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء، والتعرف على أهم مصادر الطاقة وأنواعها، ونرجو أن ينال المقال على إعجابكم.