بحث عن الطاقة الشمسية واستخداماتها
تحت شعار ”من أجل بيئة خضراء” استخدمت الطاقة الشمسية في إنتاج التفاعلات الكيميائية والحرارة وتوليد الكهرباء وذلك لضمان تلبية حاجات العالم من الطاقة في المستقبل والمساعدة في عملية التنمية المستدامة.
وتعتبر الطاقة الشمسية من أهم مصادر الطاقة المتجددة والنظيفة والأكثر وفرة في العالم وهي من أكبر مصادر الضوء والحرارة، وتعتبر المناطق القريبة من خط الاستواء هي الأكثر نصيبًا من الطاقة الشمسية.
وتعرف الطاقة الشمسية بأنها الأشعة الناتجة عن التفاعلات النووية التي تحدث داخل الشمس والتي تصل إلى الأرض في صور حزم تدعى الفوتونات، هذه الأشعة يمكن تحويلها إلى شكل آخر من أشكال الطاقة مثل الطاقة الكهربائية والحرارية وغيرها باستخدام بعض التقنيات التي تجمع هذه الفوتونات وتحولها إلى كهرباء أو حرارة.
التقنيات المستخدمة في توليد الطاقة الشمسية
تحتاج الطاقة الشمسية لتتحول إلى شكل آخر من أشكال الطاقة إلى تقنيات تساعدها في ذلك وهي:
الخلايا الكهروضوئية:
تصنع الخلايا الكهروضوئية من مادة السيليكون المعالجة الناقلة للكهرباء والموصولة مع بعضها بواسطة مواد فلزية، وتتميز هذه الخلايا بأنها لا تحتاج إلى تفاعلات كيميائية ولا تتطلب وقود ولا تحتوي على أجهزة متحركة بعكس المولدات الكهربائية.
العاكسات:
تعمل الخلايا الكهروضوئية على إنتاج تيار كهربائي مستمر لا يناسب جميع الأجهزة الكهربائية، كما أن كمية الطاقة التي تنتجها الخلايا الكهروضوئية تختلف باختلاف كمية الأشعة المتساقطة عليها، هنا يأتي دور العاكس الذي يحول التيار المستمر إلى تيار متردد يناسب جميع الأجهزة وينتج كمية ثابتة من الطاقة.
لوحة التحكم الكروضوئية:
تحتوي على مجسات ضوئية تتعقب أشعة الشمس لتجمع أكبر كمية من أشعة الشمس باستخدام وحدات التحكم التي توصل التيار المتردد إلى الأجهزة المنزلية، وترسل الفائض إلى نظام تخزين مناسب.
فوائد الطاقة الشمسية
للطاقة الشمسية فوائد كثيرة للكائنات الحية، سنذكر بعضها:
- لها دور رئيسي في عملية التركيب الضوئي للنباتات، وبالتالي فهي تزيد من إنتاج الأوكسجين والتخلص من غاز ثاني أكسيد الكربون.
- تساعد على وفرة المحاصيل الزراعية وبالتالي وفرة الغذاء.
- تساعد على استمرار الحياة نظرًا لدورها في الدفء والإنارة.
- أشعة الشمس غنية بفيتامين د الضروري لصحة الإنسان.
- الشمس مصدر طاقة متجدد وليس لها أي ضرر لخلوها من النفايات الضارة، على عكس إنتاج الطاقة من الوقود الأحفوري.
- تعتبر طاقة متوفرة بشكل دائم فهي لا تنضب.
- الطاقة الشمسية لا تسبب التلوث الضوضائي لخلوها من الأصوات.
- المواد المستخدمة في إنتاج الطاقة من أشعة الشمس قليلة الكلفة مقارنة بمصادر إنتاج الطاقة الأخرى.
- هناك بعض الدراسات التي تقول بأن التعرض لأشعة الشمس يقلل من الشعور بالاكتئاب.
استخدامات الطاقة الشمسية
إن للطاقة الشمسية استخدامات عديدة في جميع مجالات الحياة ومن أهمها:
توليد الطاقة الكهربائية:
والتي تتم من خلال الخلايا الكهروضوئية التي تحول الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية بتأثير الضوء، وتتكون هذه الخلايا من السيليكون مع بعض الشوائب التي تمنحها بعض الخواص الكهربائية، وتتألف هذه الخلايا من طبقة عليا مستقبلة للضوء مضافًا إليها عنصر الفوسفور لتضخ الكهرباء، وطبقة سفلى تحتوي على عنصر البورون لتمتص الكهرباء ويوجد بين هاتين الطبقتين موصل كهربائي يحول الإشعاع الشمسي إلى كهرباء.
من مميزات هذه الخلايا الكهروضوئية بأنها تمد الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية بالطاقة الكهربائية، ويمكن استخدامها لفترة طويلة، ولكن ما يحد من استخدامها أنها مكلفة جدًا.
توليد الطاقة الحرارية:
تتحول الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية عن طريق الألواح الشمسية التي تمتص الأشعة الشمسية المتساقطة عليها والموجودة في الهواء من خلال ألواح معدنية مغطاة بالزجاج، ويمكن استخدام هذه الطاقة الحرارية مباشرة أو تخزينها لاستخدامها لاحقًا، وأيضًا تقف ل من كلفة التركيب والصيانة المرتفعة وحاجتها إلى مساحات واسعة عائقًا أمام استخدامها.
ومن الفوائد الأخرى أيضًا:
- إنارة الشوارع باستخدام الخلايا الشمسية التي تخزن الطاقة الشمسية نهارًا وتحولها إلى إنارة ليلًا.
- تحلية مياه البحر باستخدام الطاقة الشمسية من خلال تقطير المياه.
- تجفيف الملابس من خلال تبخر الماء.
- تسخين المياه من خلال السخان الكهربائي الذي يوضع على أسطح المنازل بشكل مائل لضمان حصوله على أكبر كمية من أشعة الشمس.
- تدفئة المنازل من خلال وجود غرفة زجاحية تسمح بعبور الشمس إلى داخله، مع إمكانية إضافة بعض الصخور والنباتات التي تخزن الحرارة وتحفظها لبعد مغيب الشمس.
- تجفيف الطعام باعتبارها الطريقة الأفضل لحفظ الطعام من التلف وتخزينه بشكل صحي.
- تستخدم في عملية طهو الطعام من خلال أفران شمسية مصممة خصيصًا.
- تستخدم أيضًا في عملية التبريد.
إيجابيات الطاقة الشمسية
ما يميز الطاقة الشمسية عن غيرها من مصادر الطاقة كثرة استخدامها في الأنشطة اليومية ولذلك فإن من أهم إيجابياتها:
- توفير فرص عمل للعاملين في الشركات العاملة في قطاع الطاقة المتجدد.
- استخدام الطاقة الشمسية يقلل التكلفة على أصحاب المنازل والعقارات مقارنة باستخدام الكهرباء العادية.
- إمكانية تخزين هذه الطاقة إلى الأوقات التي لا تتوفر فيها أشعة الشمس.
- تعد من مصادر الطاقة الصديقة للبيئة لأنها لا تلوث الهواء.
سلبيات الطاقة الشمسية
على الرغم من كثرة استخدامات الطاقة الشمسية وفوائدها العديدة إلا أنها لا تخلو من السلبيات، والتي من أهمها:
- التكلفة المرتفعة للألواح الشمسية.
- الاعتماد على البطاريات في الأوقات التي لا تتوفر فيها أشعة الشمس والحاجة إلى تغيير هذه البطاريات وصيانتها بشكل دوري.
- بسبب المواد السامة التي تصنع منها الألواح الشمسية، فإن إعادة تدويرها قد يسبب تلوثًا في المياه.
- التنظيف المستمر للألواح الشمسية من الغبار والأتربة التي تتجمع عليها يشكل عبئًا على المستخدمين.
- المياه المستخدمة في السخانات تحوي كمية من الأملاح تؤدي إلى تآكل المجمعات الشمسية.
- عدم الاستفادة منها في المناطق الباردة والماطرة بشكل كبير.
من خلال هذا البحث نجد بأن الطاقة الشمسية تعتبر من أبرز التقنيات التي تساهم في حل بعض أكثر المشاكل إلحاحًا اليوم.
اقرأ أيضًا: معلومات عن وكالة ناسا الفضائية