كل يوم تتناقص كمية الاحتياطيات العالمية من الفحم والنفط والغاز، أي كل ما يخدمنا كمصدر للطاقة اليوم. وفي المستقبل القريب، ستصل البشرية إلى النقطة التي لن يتبقى فيها أي وقود أحفوري. ولذلك فإن جميع البلدان تسعى جاهدة إلى الخلاص من الكارثة التي تقترب منا بسرعة. وأول وسيلة للخلاص تتبادر إلى الذهن بالطبع هي طاقة الشمس التي استخدمها الناس منذ الأزل لتجفيف الملابس وإضاءة المنازل والطهي. وقد أدى ذلك إلى ظهور أحد مجالات الطاقة البديلة - الطاقة الشمسية.

مصدر الطاقة للطاقة الشمسية هو طاقة ضوء الشمس، والتي يتم تحويلها إلى حرارة أو كهرباء باستخدام هياكل خاصة. وبحسب الخبراء، يتلقى سطح الأرض خلال أسبوع واحد فقط كمية من الطاقة من الشمس تفوق طاقة احتياطيات العالم من جميع أنواع الوقود. وعلى الرغم من أن وتيرة تطوير هذا المجال من الطاقة البديلة تنمو بشكل مطرد، إلا أن الطاقة الشمسية لا تزال تتمتع ليس فقط بمزايا، ولكن أيضًا بمساوئها.

إذا كانت المزايا الرئيسية تشمل إمكانية الوصول، والأهم من ذلك، عدم استنفاد مصدر الطاقة، فإن العيوب تشمل:

• الحاجة إلى تجميع الطاقة الواردة من الشمس ،
• التكلفة الكبيرة للمعدات المستخدمة،
• الاعتماد على الظروف الجوية والوقت من اليوم ،
• زيادة في درجة حرارة الغلاف الجوي فوق محطات توليد الطاقة، الخ.

الخصائص العددية للإشعاع الشمسي

هناك مؤشر مثل ثابت الطاقة الشمسية. قيمتها 1367 واط. هذا هو بالضبط مقدار الطاقة لكل 1 متر مربع. كوكب الأرض. ولكن بسبب الغلاف الجوي، تصل الطاقة إلى سطح الأرض بنسبة 20-25% أقل. ولذلك فإن قيمة الطاقة الشمسية لكل متر مربع مثلا عند خط الاستواء هي 1020 واط. ومع الأخذ في الاعتبار تغير النهار والليل وتغير زاوية الشمس فوق الأفق، ينخفض ​​​​هذا الرقم بنحو 3 مرات.

ولكن من أين تأتي هذه الطاقة؟ بدأ العلماء في دراسة هذه المشكلة لأول مرة في القرن التاسع عشر، وكانت الإصدارات مختلفة تمامًا. اليوم، ونتيجة لعدد كبير من الدراسات، من المعروف بشكل موثوق أن مصدر الطاقة الشمسية هو تفاعل تحويل 4 ذرات هيدروجين إلى نواة الهيليوم. ونتيجة لهذه العملية، يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة. على سبيل المثال، الطاقة المنطلقة أثناء تحويل 1 جم. الهيدروجين مماثل للطاقة المنبعثة أثناء احتراق 15 طنًا من البنزين.

تحويل الطاقة الشمسية

نحن نعلم بالفعل أن الطاقة الواردة من الشمس يجب أن تتحول إلى شكل آخر. تنشأ الحاجة إلى ذلك لأن البشرية ليس لديها بعد مثل هذه الأجهزة التي يمكنها استهلاك الطاقة الشمسية في شكلها النقي. ولذلك تم تطوير مصادر الطاقة مثل مجمعات الطاقة الشمسية والألواح الشمسية. فإذا تم استخدام الأول لتوليد الطاقة الحرارية، فإن الثاني ينتج الكهرباء مباشرة.

هناك عدة طرق لتحويل الطاقة الشمسية:

• الخلايا الكهروضوئية.
• طاقة الهواء الحرارية
• الطاقة الحرارية الشمسية
• باستخدام محطات توليد الطاقة الشمسية.

الطريقة الأكثر شيوعًا هي الخلايا الكهروضوئية. مبدأ هذا التحويل هو استخدام الألواح الشمسية الكهروضوئية، أو الألواح الشمسية كما تسمى أيضاً، والتي من خلالها يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. كقاعدة عامة، هذه الألواح مصنوعة من السيليكون، وسمك سطح عملها لا يتجاوز بضعة أعشار المليمتر. يمكن وضعها في أي مكان، هناك شرط واحد فقط - وجود كمية كبيرة من ضوء الشمس. خيار ممتاز لتركيب اللوحات الفوتوغرافية على أسطح المباني السكنية والمباني العامة.

بالإضافة إلى ألواح التصوير الفوتوغرافي التي تمت مناقشتها أعلاه، يتم استخدام ألواح الأغشية الرقيقة لتحويل طاقة الإشعاع الشمسي. وتتميز بسمك أصغر مما يسمح بتثبيتها في أي مكان، ولكن العيب الكبير لهذه الألواح هو كفاءتها المنخفضة. ولهذا السبب سيتم تبرير تركيبها فقط للمساحات الكبيرة. ومن أجل المتعة فقط، يمكن وضع اللوحة ذات الأغشية الرقيقة على حقيبة الكمبيوتر المحمول أو على حقيبة اليد.

في طاقة الهواء الحراري طاقة شمسيةيتم تحويلها إلى طاقة من تدفق الهواء، والتي يتم بعد ذلك إرسالها إلى المولد التوربيني. لكن في حالة استخدام محطات توليد الطاقة بالبالون الشمسي، يتم توليد بخار الماء داخل البالون. يتم تحقيق هذا التأثير عن طريق تسخين سطح البالون، الذي يتم وضع طبقة امتصاص انتقائية عليه، بواسطة ضوء الشمس. والميزة الرئيسية لهذه الطريقة هي توفير كمية كافية من البخار، وهو ما يكفي لمواصلة تشغيل محطة توليد الكهرباء في الأحوال الجوية السيئة وفي الليل.

مبدأ الطاقة الشمسية هو تسخين سطح يمتص أشعة الشمس ويركزها للاستخدام اللاحق للحرارة الناتجة. وأبسط مثال على ذلك هو تسخين المياه، والتي يمكن بعد ذلك استخدامها لتلبية الاحتياجات المنزلية، على سبيل المثال، ليتم توفيرها للمجاري أو البطاريات، مع توفير الغاز أو أنواع الوقود الأخرى. وعلى المستوى الصناعي، يتم تحويل طاقة الإشعاع الشمسي التي يتم الحصول عليها بهذه الطريقة إلى طاقة كهربائية باستخدام المحركات الحرارية. يمكن أن يستمر بناء محطات الطاقة المشتركة هذه لأكثر من 20 عامًا، لكن وتيرة تطوير الطاقة الشمسية لا تتناقص، بل على العكس من ذلك، تنمو باطراد.

أين يمكن استخدام الطاقة الشمسية؟

يمكن استخدام الطاقة الشمسية في مجالات مختلفة تمامًا - من الصناعة الكيميائية إلى صناعة السيارات، ومن الطهي إلى تدفئة الأماكن. على سبيل المثال، يعود استخدام الألواح الشمسية في صناعة السيارات إلى عام 1955. تميز هذا العام بإطلاق أول سيارة تعمل بالبطاريات الشمسية. واليوم، تنتج شركات مثل BMW وToyota وغيرها من الشركات الكبرى مثل هذه السيارات.

في الحياة اليومية، يتم استخدام الطاقة الشمسية لتدفئة الغرف والإضاءة وحتى للطهي. على سبيل المثال، يتم استخدام الأفران الشمسية المصنوعة من الرقائق والكرتون، بمبادرة من الأمم المتحدة، بشكل نشط من قبل اللاجئين الذين أجبروا على مغادرة منازلهم بسبب الوضع السياسي الصعب. وتستخدم الأفران الشمسية الأكثر تعقيدًا في المعالجة الحرارية وصهر المعادن. يقع أحد أكبر هذه الأفران في أوزبكستان.

تشمل الاختراعات الأكثر إثارة للاهتمام حول استخدام الطاقة الشمسية ما يلي:

• حافظة واقية للهاتف مزودة بخلية ضوئية، وهي أيضًا شاحن.
• حقيبة ظهر مزودة بلوحة شمسية متصلة بها. سيسمح لك بشحن ليس فقط هاتفك، ولكن أيضًا جهازك اللوحي وحتى الكاميرا، بشكل عام، أي أجهزة إلكترونية تحتوي على مدخل USB.
• سماعات بلوتوث بالطاقة الشمسية.

والفكرة الأكثر إبداعاً هي الملابس المصنوعة من قماش خاص. سترة وربطة عنق وحتى ملابس السباحة - كل هذا يمكن أن يصبح ليس فقط عنصرًا في خزانة ملابسك، بل أيضًا شاحنًا.

تطوير الطاقة البديلة في بلدان رابطة الدول المستقلة

تتطور الطاقة البديلة، بما في ذلك الطاقة الشمسية، بمعدل مرتفع ليس فقط في الولايات المتحدة الأمريكية أو أوروبا أو الهند، ولكن أيضًا في بلدان رابطة الدول المستقلة، بما في ذلك روسيا وكازاخستان، وخاصة أوكرانيا. على سبيل المثال، تم بناء أكبر محطة للطاقة الشمسية في الاتحاد السوفييتي السابق، بيروفو، في شبه جزيرة القرم. تم الانتهاء من بنائه في عام 2011. أصبحت محطة الطاقة هذه المشروع المبتكر الثالث للشركة النمساوية Activ Solar. تبلغ الطاقة القصوى لبيروفو حوالي 100 ميجاوات.

وفي أكتوبر من نفس العام، أطلقت شركة Activ Solar محطة أخرى للطاقة الشمسية، Okhotnikovo، في شبه جزيرة القرم أيضًا. وكانت قوتها 80 ميجاوات. حصلت Okhotnikovo أيضًا على مكانة الأكبر في أوروبا الوسطى والشرقية. يمكننا القول أن الطاقة البديلة في أوكرانيا خطت خطوة كبيرة نحو طاقة آمنة لا تنضب.

وفي كازاخستان، يبدو الوضع مختلفاً بعض الشيء. في الأساس، يتم تطوير الطاقة البديلة في هذا البلد من الناحية النظرية فقط. تتمتع الجمهورية بإمكانات هائلة، لكنها لم تتحقق بالكامل بعد. وبالطبع فإن الحكومة تتعامل مع هذا الموضوع، وحتى أنه تم وضع خطة لتطوير الطاقة البديلة في كازاخستان، إلا أن حصة الطاقة التي يتم الحصول عليها من المصادر المتجددة، وخاصة الشمس، لن تزيد عن 1%. في ميزان الطاقة الإجمالي للبلاد. وبحلول عام 2020، هناك خطط لإطلاق 4 محطات طاقة شمسية فقط، تبلغ طاقتها الإجمالية 77 ميجاوات.

كما تتطور الطاقة البديلة في روسيا بوتيرة كبيرة. ولكن، كما قال نائب وزير الطاقة، فإن التركيز في هذا المجال ينصب بشكل رئيسي على مناطق الشرق الأقصى. على سبيل المثال، في ياقوتيا، بلغ إجمالي إنتاج 4 محطات للطاقة الشمسية العاملة في القرى الشمالية النائية أكثر من 50 ألف كيلووات في الساعة. وقد سمح ذلك بتوفير أكثر من 14 طنًا من وقود الديزل باهظ الثمن. مثال آخر على استخدام الطاقة الشمسية هو مجمع الطيران متعدد الوظائف قيد الإنشاء في منطقة ليبيتسك. وسيتم توليد الكهرباء اللازمة لتشغيلها من خلال أول محطة للطاقة الشمسية، والتي تم بناؤها أيضًا في منطقة ليبيتسك.

كل هذا يسمح لنا بالتوصل إلى الاستنتاج التالي: تسعى جميع البلدان اليوم، حتى ليست الأكثر تقدما، إلى الاقتراب قدر الإمكان من الهدف المنشود: استخدام مصادر الطاقة البديلة. ففي نهاية المطاف، يتزايد استهلاك الكهرباء كل يوم، وتتزايد كمية الانبعاثات الضارة في البيئة كل يوم. ويدرك الكثيرون بالفعل أن مستقبلنا ومستقبل كوكبنا يعتمد علينا فقط.

ر.عبدولينا

أوكرانيا تعتمد على الطاقة الشمسية

منذ العصور القديمة، تحدث الناس عن الشمس باعتبارها قوية وعظيمة، ورفعوها في دياناتهم إلى كائن حي. كان النور يُعبد ويُمدح ويُقاس به الزمن، وكان دائمًا يعتبر المصدر الأساسي للبركات الأرضية.

الحاجة إلى الطاقة الشمسية

لقد مرت آلاف السنين. لقد دخلت البشرية حقبة جديدة من تطورها وتتمتع بثمار التقدم التكنولوجي سريع التطور. ومع ذلك، حتى يومنا هذا، تمثل الشمس المصدر الطبيعي الرئيسي للحرارة، وبالتالي الحياة.

كيف تستخدم البشرية الشمس في أنشطتها اليومية؟ دعونا نفكر في هذه المشكلة بمزيد من التفصيل.

"عمل" الشمس

يعد الجرم السماوي بمثابة المصدر الوحيد للطاقة اللازمة لعملية التمثيل الضوئي في النباتات. تحرك الشمس دورة المياه، وبفضلها فقط يوجد على كوكبنا كل أنواع الوقود الأحفوري التي عرفتها البشرية. ويستخدم الناس أيضًا قوة هذا النجم اللامع لتلبية احتياجاتهم من الطاقة الكهربائية والحرارية. وبدون ذلك، ستكون الحياة على هذا الكوكب مستحيلة بكل بساطة.

المصدر الرئيسي للطاقة

تضمن الطبيعة بحكمة أن تتلقى البشرية مواهبها من الجسد السماوي. يتم تسليم الطاقة الشمسية إلى الأرض عن طريق نقل موجات الإشعاع إلى سطح القارات والمياه. علاوة على ذلك، من كامل الطيف المرسل، لا يصل إلينا إلا ما يلي:

1. الموجات فوق البنفسجية. وهي غير مرئية للعين البشرية وتشكل حوالي 2% من إجمالي الطيف.

2. موجات الضوء. وهذا ما يقرب من نصف الطاقة من الشمس التي تصل إلى سطح الأرض. بفضل موجات الضوء يرى الإنسان كل ألوان العالم من حوله.

3. موجات الأشعة تحت الحمراء. وهي تشكل ما يقرب من 49٪ من الطيف وتقوم بتسخين سطح الماء والأرض. هذه الموجات هي الأكثر طلبًا في استخدام الطاقة الشمسية على الأرض.

مبدأ تحويل موجة الأشعة تحت الحمراء

كيف تتم عملية استخدام الطاقة الشمسية على الأرض؟ مثل أي إجراء مماثل آخر، يتم تنفيذه وفقا لمبدأ التحول المباشر. للقيام بذلك، تحتاج فقط إلى سطح خاص. عندما يضربها ضوء الشمس، فإنها تخضع لعملية تحويلها إلى طاقة. للحصول على الحرارة، يجب أن يشارك المجمع في هذه الدائرة. يمتص موجات الأشعة تحت الحمراء. علاوة على ذلك، في الجهاز الذي يستخدم الطاقة الشمسية، هناك بالتأكيد أجهزة تخزين. لتسخين المنتج النهائي، يتم تركيب مبادلات حرارية خاصة.

الهدف الذي تسعى إليه الطاقة الشمسية هو الحصول على الحرارة والضوء الذي تشتد الحاجة إليهما للبشرية. تسمى الصناعة الجديدة أحيانًا بالطاقة الشمسية. بعد كل شيء، هيليوس المترجمة من اليونانية تعني الشمس.

تشغيل المجمع

من الناحية النظرية، يمكن لكل واحد منا حساب تركيب الطاقة الشمسية. بعد كل شيء، من المعروف أنه من خلال المرور من النجم الوحيد لنظامنا المجري إلى الأرض، فإن دفق الأشعة الضوئية سيجلب معه رسوم طاقة تساوي 1367 واط لكل متر مربع. وهذا هو ما يسمى بالثابت الشمسي الموجود عند مدخل طبقات الغلاف الجوي. هذا الخيار ممكن فقط في ظل الظروف المثالية، والتي ببساطة غير موجودة في الطبيعة. وبعد مرورها بالغلاف الجوي، ستجلب أشعة الشمس 1020 واط لكل متر مربع إلى خط الاستواء. ولكن بسبب تغير النهار والليل، يمكننا الحصول على قيمة أقل بثلاث مرات. أما بالنسبة لخطوط العرض المعتدلة، فلا يتغير طول ساعات النهار هنا فحسب، بل يتغير أيضًا الموسمية. وبالتالي، فإن توليد الكهرباء في الأماكن البعيدة عن خط الاستواء سوف يحتاج إلى تخفيضه بمعامل اثنين آخر عند الحساب.

جغرافية إشعاعات الأجرام السماوية

أين يمكن أن تعمل الطاقة الشمسية بكفاءة تامة؟ تلعب الظروف الطبيعية لوضع النباتات دورًا مهمًا في هذه الصناعة النامية.
توزيع الإشعاع الشمسي على سطح الأرض غير متساو. في بعض المناطق، يكون شعاع الشمس ضيفا نادرا طال انتظاره، وفي مناطق أخرى يمكن أن يكون له تأثير محبط على جميع الكائنات الحية.

تعتمد كمية الإشعاع الشمسي التي تتلقاها منطقة معينة على خط العرض الخاص بها. يتم تلقي أكبر جرعات من الطاقة الضوئية الطبيعية من قبل الدول الواقعة بالقرب من خط الاستواء. ولكن هذا ليس كل شيء. يعتمد حجم التدفق الشمسي على عدد الأيام الصافية التي تتغير عند الانتقال من منطقة مناخية إلى أخرى. يمكن لتدفقات الهواء والميزات الأخرى في المنطقة أن تزيد أو تقلل من درجة الإشعاع. فوائد الطاقة الشمسية هي الأكثر شهرة:

دول شمال شرق أفريقيا وبعض المناطق الجنوبية الغربية والوسطى من القارة؛
- سكان شبه الجزيرة العربية.
- الساحل الشرقي لأفريقيا؛
- شمال غرب أستراليا وبعض جزر إندونيسيا؛
- الساحل الغربي لأمريكا الجنوبية.

أما بالنسبة لروسيا، وكما تظهر القياسات التي تم إجراؤها على أراضيها، فإن المناطق المتاخمة للصين، وكذلك المناطق الشمالية، تتمتع بأعلى جرعات من الإشعاع الشمسي. وأين في بلادنا تقوم الشمس بتسخين الأرض على الأقل؟ هذه هي المنطقة الشمالية الغربية، والتي تضم مدينة سانت بطرسبرغ والمناطق المحيطة بها.

محطات توليد الطاقة

من الصعب أن نتخيل حياتنا دون استخدام طاقة الشمس على الأرض. كيفية تطبيقه؟ يمكن استخدام الأشعة الضوئية لتوليد الكهرباء. وتتزايد الحاجة إليها كل عام، كما أن احتياطيات الغاز والنفط والفحم تتناقص بوتيرة سريعة. ولهذا السبب بدأ الناس في العقود الأخيرة في بناء محطات الطاقة الشمسية. بعد كل شيء، تسمح هذه المنشآت باستخدام مصادر الطاقة البديلة، مما يوفر بشكل كبير الموارد الطبيعية.

تعمل محطات الطاقة الشمسية بفضل الخلايا الكهروضوئية المدمجة في سطحها. علاوة على ذلك، في السنوات الاخيرةكان من الممكن زيادة كفاءة هذه الأنظمة بشكل كبير. بدأ إنتاج المنشآت الشمسية من أحدث الموادواستخدام الحلول الهندسية الإبداعية. وهذا زاد بشكل كبير من قوتهم.

ووفقا لبعض الباحثين، قد تتخلى البشرية في المستقبل القريب عن الطرق التقليدية الحالية لتوليد الكهرباء. سيتم تلبية احتياجات الناس بالكامل من قبل الجسم السماوي.

يمكن أن تأتي محطات الطاقة الشمسية بأحجام مختلفة. أصغرها خاصة. تحتوي هذه الأنظمة على عدد قليل فقط من الألواح الشمسية. تشغل أكبر المنشآت وأكثرها تعقيدًا مساحات تتجاوز عشرة كيلومترات مربعة.

وتنقسم جميع محطات الطاقة الشمسية إلى ستة أنواع. فيما بينها:

برج؛
- المنشآت مع الخلايا الكهروضوئية.
- على شكل قرص
- مكافئ.
- فراغ شمسي؛
- مختلط.

النوع الأكثر شيوعًا لمحطات الطاقة هو البرج. هذا هيكل طويل القامة. ظاهريًا يشبه البرج الذي يوجد عليه خزان. الحاوية مملوءة بالماء ومطلية باللون الأسود. يوجد حول البرج مرايا تزيد مساحتها عن 8 أمتار مربعة. ويرتبط هذا النظام بأكمله بلوحة تحكم واحدة، والتي بفضلها يمكنك توجيه زاوية المرايا بحيث تعكس ضوء الشمس باستمرار. تعمل الأشعة الموجهة نحو الخزان على تسخين الماء. ينتج النظام البخار الذي يستخدم لتوليد الكهرباء.

عند تشغيل محطات توليد الطاقة من النوع الكهروضوئي، يتم استخدام البطاريات الشمسية. اليوم، أصبحت هذه المنشآت شعبية بشكل خاص. بعد كل شيء، يمكن تركيب الألواح الشمسية في كتل صغيرة، مما يسمح باستخدامها ليس فقط للمؤسسات الصناعية، ولكن أيضًا للمنازل الخاصة.

إذا رأيت عددًا من هوائيات الأقمار الصناعية الضخمة المزودة بألواح مرآة مثبتة في الداخل، فاعلم أن هذه محطات طاقة مكافئة تعمل على الإشعاع الشمسي. مبدأ عملها مشابه لنفس الأنظمة من نوع البرج. يلتقطون شعاعًا من الضوء ويسخنون جهاز الاستقبال بالسائل. بعد ذلك، يتم توليد البخار، والذي يستخدم لإنتاج الكهرباء.

تعمل محطات الأطباق بنفس الطريقة التي تعمل بها تلك المصنفة كأنواع برجية ومكافئة. تكمن الاختلافات فقط في ميزات تصميم التثبيت. تبدو للوهلة الأولى وكأنها شجرة معدنية ضخمة، أوراقها عبارة عن مرايا مستديرة مسطحة. تتركز الطاقة الشمسية فيها.

يتم استخدام طريقة غير عادية لتوليد الحرارة في محطة توليد الطاقة الشمسية. تصميمها عبارة عن قطعة أرض مغطاة بسقف دائري. يوجد في وسط هذا الهيكل برج مجوف تم تركيب توربينات في قاعدته. يحدث دوران شفرات محطة توليد الكهرباء هذه بسبب تدفق الهواء الذي يحدث بسبب اختلاف درجات الحرارة. يسمح السقف الزجاجي لأشعة الشمس بالمرور من خلاله. إنهم يسخنون الأرض. ترتفع درجة حرارة الهواء الداخلي. يؤدي الاختلاف في قراءات مقياس الحرارة بالداخل والخارج إلى خلق تيار هوائي.

تستخدم الطاقة الشمسية أيضًا محطات توليد الطاقة المختلطة. يمكننا التحدث عن مثل هذه الأنظمة في الحالات التي يتم فيها، على سبيل المثال، استخدام خلايا ضوئية إضافية في الأبراج.

مميزات وعيوب الطاقة الشمسية

كل قطاع من قطاعات الاقتصاد الوطني له جوانبه الإيجابية والسلبية. وهي متوفرة أيضًا عند استخدام تدفقات الضوء. مزايا الطاقة الشمسية هي كما يلي:

صديق للبيئة، لأنه لا يلوث البيئة؛
- توافر المكونات الرئيسية - الخلايا الكهروضوئية، التي تباع ليس فقط للاستخدام الصناعي، ولكن أيضًا لإنشاء محطات طاقة صغيرة شخصية؛
- عدم استنفاد المصدر والتجديد الذاتي؛
- خفض التكاليف باستمرار.

ومن عيوب الطاقة الشمسية ما يلي:

تأثير الوقت من اليوم والظروف الجوية على أداء محطات توليد الطاقة.
- الحاجة لتخزين الطاقة.
- انخفاض الإنتاجية اعتمادا على خط العرض الذي تقع فيه المنطقة والوقت من السنة؛
- تسخين كبير للهواء، والذي يحدث في محطة توليد الكهرباء نفسها؛
- الحاجة إلى التنظيف الدوري للتلوث، وهو ما يتطلبه نظام الألواح الشمسية، وهو أمر يمثل مشكلة بسبب المساحات الكبيرة التي تم تركيب الخلايا الكهروضوئية عليها؛
- التكلفة المرتفعة نسبيًا للمعدات، والتي، على الرغم من انخفاضها كل عام، لا تزال غير متاحة للمستهلك الشامل.

آفاق التنمية

ما هي الإمكانيات الإضافية لاستخدام الطاقة الشمسية على الأرض؟ واليوم، من المتوقع مستقبل عظيم لهذا المجمع البديل.

آفاق الطاقة الشمسية مشرقة. ففي نهاية المطاف، يجري العمل بالفعل على نطاق واسع في هذا الاتجاه. في كل عام، تظهر المزيد والمزيد من محطات الطاقة الشمسية في بلدان مختلفة من العالم، وحجمها مذهل في حلولها التقنية وحجمها. بالإضافة إلى ذلك، لا يتوقف المتخصصون في هذه الصناعة عن إجراء الأبحاث العلمية، والهدف منها هو زيادة كفاءة الخلايا الكهروضوئية المستخدمة في مثل هذه التركيبات بشكل متكرر.

لقد قام العلماء بحساب مثير للاهتمام. لو تم تركيب خلايا ضوئية على أرض كوكب الأرض، والتي ستكون على سبعمائة من أراضيها، فإنها، حتى بكفاءة 10٪، ستزود البشرية جمعاء بالحرارة والضوء الذي تحتاجه. وهذا ليس احتمالا بعيدا. ففي نهاية المطاف، تبلغ كفاءة الخلايا الكهروضوئية المستخدمة اليوم 30%. وفي الوقت نفسه، يأمل العلماء في زيادة هذه القيمة إلى 85%.

يسير تطوير الطاقة الشمسية بوتيرة عالية إلى حد ما. يشعر الناس بقلق بالغ إزاء مشكلة استنزاف الموارد الطبيعية ويقومون بتحديد مصادر بديلة للحرارة والضوء. سيساعد مثل هذا الحل في منع أزمة الطاقة الحتمية للبشرية، فضلاً عن الكارثة البيئية الوشيكة.

مبدأ تحويل الطاقة الشمسية وتطبيقه وآفاقه

هناك عدد أقل وأقل من مصادر الطاقة التقليدية في العالم. يتم استنفاد احتياطيات النفط والغاز والفحم وكل شيء يتجه نحو حقيقة أنها سوف تنفد عاجلاً أم آجلاً. إذا لم يتم العثور على مصادر بديلة للطاقة بحلول هذا الوقت، فإن البشرية سوف تواجه كارثة. ولذلك يتم إجراء الأبحاث في جميع الدول المتقدمة لاكتشاف وتطوير مصادر جديدة للطاقة. بادئ ذي بدء، إنها الطاقة الشمسية. منذ العصور القديمة، استخدم الناس هذه الطاقة لإضاءة منازلهم، وتجفيف الأطعمة، والملابس، وما إلى ذلك. وتعد الطاقة الشمسية اليوم من أكثر مصادر الطاقة البديلة الواعدة. يوجد حاليًا الكثير من التصاميم التي تسمح بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية أو حرارية. تنمو الصناعة وتتطور تدريجياً، ولكنها، كما هو الحال في أي مكان آخر، تعاني من مشاكلها. كل هذا سيتم مناقشته في هذه المادة.

الطاقة الشمسية هي واحدة من أكثر مصادر الطاقة المتجددة التي يمكن الوصول إليها على وجه الأرض. إن استخدام الطاقة الشمسية في الاقتصاد الوطني له تأثير إيجابي على البيئة، إذ لا يحتاج إلى حفر آبار أو تطوير مناجم للحصول عليها. وبالإضافة إلى ذلك فإن هذا النوع من الطاقة مجاني ولا يكلف شيئا. وبطبيعة الحال، هناك تكاليف مرتبطة بشراء المعدات وتركيبها.

المشكلة هي أن الشمس مصدر متقطع للطاقة. لذلك، فهو يتطلب تراكم الطاقة واستخدامها بالاشتراك مع مصادر الطاقة الأخرى. المشكلة الرئيسية اليوم هي أن المعدات الحديثة لديها كفاءة منخفضة في تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية وحرارية. ولذلك فإن جميع التطويرات تهدف إلى زيادة كفاءة هذه الأنظمة وخفض تكلفتها.

بالمناسبة، العديد من الموارد على هذا الكوكب مستمدة من الطاقة الشمسية.على سبيل المثال، الرياح، وهي مصدر آخر متجدد، لن تهب بدون الشمس. كما يحدث تبخر الماء وتراكمه في الأنهار تحت تأثير الشمس. والماء، كما تعلمون، يستخدم بواسطة الطاقة الكهرومائية. كما أن الوقود الحيوي لن يكون موجودا بدون الشمس. لذلك، بالإضافة إلى المصدر المباشر للطاقة، تؤثر الشمس على مجالات الطاقة الأخرى.

ترسل الشمس الإشعاع إلى سطح كوكبنا. من طيف واسع من الإشعاع، تصل 3 أنواع من الموجات إلى سطح الأرض:

• ضوء. ويوجد ما يقرب من 49 بالمائة منها في طيف الانبعاث؛
• الأشعة تحت الحمراء. حصتهم هي أيضا 49 في المئة. وبفضل هذه الموجات، ترتفع درجة حرارة كوكبنا؛
• فوق بنفسجي. يوجد حوالي 2 بالمائة منهم في طيف الإشعاع الشمسي. إنهم غير مرئيين لأعيننا.

رحلة إلى التاريخ

كيف تطورت الطاقة الشمسية حتى يومنا هذا؟ لقد فكر الإنسان في استخدام الشمس في أنشطته منذ القدم. يعلم الجميع الأسطورة التي بموجبها أحرق أرخميدس أسطول العدو بالقرب من مدينته سيراكيوز. لقد استخدم المرايا المحترقة لهذا الغرض. منذ عدة آلاف من السنين، في الشرق الأوسط، كانت قصور الحكام تسخن بالمياه التي تسخنها الشمس. وفي بعض البلدان، قمنا بتبخير مياه البحر في الشمس للحصول على الملح. غالبًا ما أجرى العلماء تجارب على أجهزة التدفئة التي تعمل بالطاقة الشمسية.

تم إنتاج النماذج الأولى لهذه السخانات في القرنين السابع عشر والسابع عشر. على وجه الخصوص، قدم الباحث N. Saussure نسخته من سخان المياه. وهو عبارة عن صندوق خشبي مغطى بغطاء زجاجي. تم تسخين الماء في هذا الجهاز إلى 88 درجة مئوية. في عام 1774، استخدم أ. لافوازييه العدسات لتركيز حرارة الشمس. وظهرت أيضًا عدسات مكنت من صهر الحديد الزهر محليًا في بضع ثوانٍ.

ابتكر علماء فرنسيون البطاريات التي تحول الطاقة الشمسية إلى طاقة ميكانيكية. في نهاية القرن التاسع عشر، قام الباحث أو. موشو بتطوير عازل يعمل على تركيز الأشعة باستخدام عدسة على غلاية بخارية. تم استخدام هذه الغلاية لتشغيل المطبعة. في الولايات المتحدة الأمريكية في ذلك الوقت كان من الممكن إنشاء وحدة تعمل بالطاقة الشمسية بسعة 15 "حصانًا".

لفترة طويلة، تم إنتاج العوازل وفق مخطط يستخدم طاقة الشمس لتحويل الماء إلى بخار. وتم استخدام الطاقة المحولة للقيام ببعض الأعمال. تم إنشاء أول جهاز يحول الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية عام 1953 في الولايات المتحدة الأمريكية. أصبح النموذج الأولي للألواح الشمسية الحديثة. تم اكتشاف التأثير الكهروضوئي الذي يعتمد عليه عملهم في السبعينيات من القرن التاسع عشر.

في ثلاثينيات القرن الماضي، اقترح الأكاديمي في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية إيه إف إيوفي استخدام الخلايا الضوئية شبه الموصلة لتحويل الطاقة الشمسية. وكانت كفاءة البطارية في ذلك الوقت أقل من 1%. ومرت سنوات عديدة قبل أن يتم تطوير الخلايا الشمسية التي تبلغ كفاءتها 10-15 بالمائة. ثم قام الأمريكيون ببناء الألواح الشمسية الحديثة.

وللحصول على مزيد من الطاقة من الأنظمة الشمسية، يتم تعويض الكفاءة المنخفضة بزيادة مساحة الخلايا الكهروضوئية. لكن هذا ليس حلاً، لأن أشباه الموصلات المصنوعة من السيليكون في الخلايا الشمسية باهظة الثمن. ومع زيادة الكفاءة، تزيد تكلفة المواد. وهذا هو العائق الرئيسي أمام الاستخدام الواسع النطاق للألواح الشمسية. ولكن مع استنفاد الموارد، سيصبح استخدامها مربحًا بشكل متزايد. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الأبحاث المتعلقة بزيادة كفاءة الخلايا الكهروضوئية لا تتوقف.

تجدر الإشارة إلى أن البطاريات القائمة على أشباه الموصلات متينة للغاية ولا تتطلب مؤهلات للعناية بها. ولذلك، فإنها غالبا ما تستخدم في الحياة اليومية. هناك أيضًا محطات طاقة شمسية كاملة. كقاعدة عامة، يتم إنشاؤها في البلدان التي لديها عدد كبير من الأيام المشمسة سنويا. هذه هي إسرائيل والمملكة العربية السعودية وجنوب الولايات المتحدة والهند وإسبانيا. الآن هناك بعض المشاريع الرائعة للغاية. على سبيل المثال، محطات الطاقة الشمسية خارج الغلاف الجوي. هناك، لم يفقد ضوء الشمس طاقته بعد. أي أنه يقترح التقاط الإشعاع الموجود في المدار ثم تحويله إلى موجات ميكروويف. وبعد ذلك، بهذا الشكل، سيتم إرسال الطاقة إلى الأرض.

تحويل الطاقة الشمسية

بادئ ذي بدء، يجدر الحديث عن كيفية التعبير عن الطاقة الشمسية وتقييمها.

كيف يمكنك تقدير كمية الطاقة الشمسية؟

يستخدم الخبراء قيمة مثل الثابت الشمسي لتقديرها. ويساوي 1367 واط. هذا هو بالضبط مقدار الطاقة من الشمس التي تسقط على متر مربع من الكوكب. ويضيع نحو ربعها في الغلاف الجوي. الحد الأقصى للقيمة عند خط الاستواء هو 1020 واط لكل متر مربع. مع الأخذ بعين الاعتبار التغيرات في زاوية سقوط الأشعة ليلا ونهارا، ينبغي تخفيض هذه القيمة ثلاث مرات أخرى.

تم التعبير عن إصدارات مختلفة حول مصادر الطاقة الشمسية. على هذه اللحظةيقول الخبراء أن الطاقة تنطلق نتيجة تحول أربع ذرات H2 إلى نواة He. تستمر العملية بإطلاق كمية كبيرة من الطاقة. للمقارنة، تخيل أن طاقة التحويل لـ 1 جرام من H2 قابلة للمقارنة مع تلك الناتجة عن حرق 15 طنًا من الهيدروكربونات.

طرق التحويل

وبما أن العلم اليوم لا يوجد لديه أجهزة تعمل بالطاقة الشمسية في صورتها النقية، فلابد من تحويلها إلى نوع آخر. ولهذا الغرض، تم إنشاء أجهزة مثل الألواح الشمسية والمجمع. تقوم البطاريات بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. وينتج المجمع طاقة حرارية. هناك أيضًا نماذج تجمع بين هذين النوعين. يطلق عليهم الهجين.

فيما يلي الطرق الرئيسية لتحويل الطاقة الشمسية:

• كهرضوئي؛
• الطاقة الشمسية الحرارية؛
• هواء حار؛
• محطات توليد الطاقة الشمسية.

الطريقة الأولى هي الأكثر شيوعا. يتم استخدام الألواح الكهروضوئية هنا، والتي تنتج الطاقة الكهربائية عند تعرضها لأشعة الشمس. في معظم الحالات تكون مصنوعة من السيليكون. سمك هذه الألواح هو أعشار المليمتر. يتم دمج هذه الألواح في وحدات كهروضوئية (بطاريات) وتثبيتها في الشمس. في أغلب الأحيان يتم وضعها على أسطح المنازل. من حيث المبدأ، لا شيء يمنعك من وضعها على الأرض. من الضروري فقط عدم وجود أشياء كبيرة أو مباني أخرى أو أشجار حولها يمكن أن تلقي بظلالها.

بالإضافة إلى الخلايا الضوئية، يتم استخدام الأغشية الرقيقة أو الخلايا لتوليد الطاقة الكهربائية. ميزتها هي سمكها الصغير، ولكن عيبها هو انخفاض الكفاءة. غالبًا ما تستخدم هذه النماذج في أجهزة الشحن المحمولة لمختلف الأدوات.

تتضمن طريقة تحويل الهواء الحراري الحصول على الطاقة من تدفق الهواء. يتم إرسال هذا التدفق إلى المولد التوربيني. في محطات توليد الطاقة بالمنطاد، تحت تأثير الطاقة الشمسية، يتم توليد بخار الماء في أسطوانة المناطيد. سطح البالون مغطى بطبقة خاصة تمتص أشعة الشمس. محطات الطاقة هذه قادرة على العمل في الطقس الغائم وفي الليل بفضل احتياطي البخار الموجود في البالون.

تعتمد الطاقة الشمسية على تسخين سطح حامل الطاقة في مجمع خاص. على سبيل المثال، قد يكون هذا بمثابة تسخين المياه لنظام التدفئة المنزلية. ليس فقط الماء، ولكن أيضًا الهواء يمكن استخدامه كمبرد. يمكن تسخينه في المجمع وتزويده بنظام التهوية المنزلي.

كل هذه الأنظمة باهظة الثمن، لكن تطويرها وتحسينها يستمر تدريجياً.

مميزات وعيوب الطاقة الشمسية

مزايا

• مجانا. واحدة من المزايا الرئيسية للطاقة الشمسية هي عدم وجود تكلفة لها. تُصنع الألواح الشمسية باستخدام مادة السيليكون المتوفرة بكثرة؛
• أي آثار جانبية. تتم عملية تحويل الطاقة دون ضوضاء أو انبعاثات ضارة أو نفايات، ولا يوجد أي تأثير على البيئة. لا يمكن قول هذا عن الطاقة الحرارية والمائية والنووية. جميع المصادر التقليدية تضر بنظام التشغيل بدرجة أو بأخرى؛
• السلامة والموثوقية. المعدات متينة (تستمر لمدة تصل إلى 30 عامًا). وبعد 20 إلى 25 سنة من الاستخدام، تنتج الخلايا الضوئية ما يصل إلى 80 بالمائة من قيمتها الاسمية؛
• إعادة التدوير. الألواح الشمسية قابلة لإعادة التدوير بالكامل ويمكن استخدامها مرة أخرى في الإنتاج؛
• سهلة الصيانة. المعدات سهلة النشر وتعمل بشكل مستقل.
• مكيفة بشكل جيد للاستخدام في المنازل الخاصة؛
• جماليات. يمكن تركيبها على سطح أو واجهة المبنى دون المساس بمظهره؛
• متكاملة بشكل جيد كأنظمة إمدادات الطاقة المساعدة.

تم نشر التفاصيل في 07/08/2015 الساعة 15:28

ما يسمى عادة الطاقة الشمسية؟هذه هي الطاقة التي تنتجها الشمس على شكل ضوء وحرارة. بالإضافة إلى ذلك، هناك أشكال ثانوية للطاقة الشمسية مثل طاقة الرياح والأمواج. تشكل جميع هذه الأنواع من الطاقة غالبية الطاقة المتجددة على الأرض.

تستقبل الأرض 174 بيتاواط من الإشعاع الشمسيفي الطبقات العليا من الغلاف الجوي. ينعكس 30% منها مرة أخرى إلى الفضاء، بينما تمتص السحب والمحيطات واليابسة الباقي. يمتص سطح الأرض والمحيطات والغلاف الجوي الإشعاع الشمسيمما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارتها. يرتفع الهواء الدافئ المحتوي على الماء من المحيطات، مما يسبب الحمل الحراري. عندما يصل الهواء إلى ارتفاعات عالية حيث تكون درجات الحرارة منخفضة، يتكاثف بخار الماء على شكل سحب ويسبب هطول الأمطار. تعمل الحرارة الكامنة لتكثيف الماء على زيادة الحمل الحراري، مما يؤدي إلى إنتاج الرياح. وتمتص المحيطات واليابسة الطاقة، مما يبقي السطح عند متوسط ​​درجة حرارة حوالي 14 درجة مئوية.

النباتات الخضراء تحول الطاقة الشمسيةإلى طاقة كيميائية من خلال عملية التمثيل الضوئي. يعتمد إنتاجنا الغذائي بشكل كامل على الطاقة الشمسية. بعد حياتها، تموت النباتات وتتحلل في الأرض، وهذه هي الطريقة التي توفر بها الطاقة الشمسية الكتلة الحيوية التي خلقت الوقود الأحفوري الذي نعرفه.

طرق استغلال الطاقة الشمسية

يستخدم الناس الطاقة الشمسية بأشكال عديدة ومختلفة:لتدفئة وتبريد المباني، وإنتاج تقطير مياه الشرب، والتطهير، والإضاءة، وإنتاج الماء الساخن والطهي. إن الطرق التي يمكن بها تسخير الطاقة الشمسية محدودة فقط بالبراعة البشرية.

تقنيات الطاقة الشمسية إما سلبية أو نشطة،اعتمادًا على طريقة التقاط الطاقة، والتي يتم بعد ذلك تحويلها وتوزيعها.

تقنيات الطاقة الشمسية النشطة

وتشمل تقنيات الطاقة الشمسية النشطةالألواح الكهروضوئية والمجمعات الحرارية الشمسية.

تقنيات الطاقة الشمسية السلبية

وتشمل الأساليب السلبيةتوجيه المبنى نحو الشمس من أجل الحصول على أقصى قدر من ضوء النهار والحرارة، وكذلك اختيار المواد ذات الخصائص الحرارية المطلوبة.

إن اعتمادنا الحالي على الوقود الأحفوري يتم استبداله ببطء بمصادر الطاقة البديلة. قد تصبح بعض أنواع الوقود عديمة الفائدة في نهاية المطاف، لكن الطاقة الشمسية لن تصبح عتيقة أو خاضعة لسيطرة القوى الأجنبية أو تنفد. تستخدم الشمس مخزونها الخاص من الهيدروجين، وستنتج طاقة مفيدة حتى تنفجر. والمهمة التي تواجه الناس هي الاستيلاء على هذه الطاقة، وهي الأكثر حتى الآن بطريقة بسيطةللقيام بذلك، ما تبقى هو استخدام الوقود الأحفوري.

لم يعد الناس قادرين على تخيل الحياة بدون كهرباء، وفي كل عام تتزايد الحاجة إلى الطاقة أكثر فأكثر، في حين أن احتياطيات موارد الطاقة مثل النفط والغاز والفحم تتناقص بسرعة. ليس أمام البشرية خيارات أخرى سوى استخدام مصادر الطاقة البديلة. إحدى طرق توليد الكهرباء هي تحويل الطاقة الشمسية باستخدام الخلايا الضوئية. لقد تعلم الناس أنه من الممكن استخدام الطاقة الشمسية منذ فترة طويلة نسبيا، لكنهم بدأوا في تطويرها بنشاط فقط في العشرين عاما الماضية. في السنوات الأخيرة، وبفضل الأبحاث المستمرة واستخدام مواد جديدة وحلول التصميم الإبداعي، أصبح من الممكن زيادة أداء الألواح الشمسية بشكل كبير. يعتقد الكثيرون أن البشرية ستتمكن في المستقبل من التخلي عن الطرق التقليدية لتوليد الكهرباء لصالح الطاقة الشمسية والحصول عليها باستخدام محطات الطاقة الشمسية.

طاقة شمسية

تعتبر الطاقة الشمسية أحد مصادر توليد الكهرباء بطريقة غير تقليدية، ولذلك تصنف كمصدر للطاقة البديلة. تستخدم الطاقة الشمسية الإشعاع الشمسي وتحوله إلى كهرباء أو أشكال أخرى من الطاقة. الطاقة الشمسية ليست فقط مصدر طاقة صديق للبيئة، بل... عند تحويل الطاقة الشمسية، لا تنبعث أي انبعاثات ضارة المنتجات الثانويةولكن أيضًا الطاقة الشمسية هي مصدر متجدد ذاتيًا للطاقة البديلة.

كيف تعمل الطاقة الشمسية

من الناحية النظرية، ليس من الصعب حساب مقدار الطاقة التي يمكن الحصول عليها من تدفق الطاقة الشمسية، ومن المعروف منذ زمن طويل أن قطع المسافة من الشمس إلى الأرض والسقوط على سطح مساحته 1 متر مربع؛ بزاوية 90 درجة، يحمل التدفق الشمسي عند مدخل الغلاف الجوي شحنة طاقة تساوي 1367 واط/م2، وهذا ما يسمى بالثابت الشمسي. يعد هذا خيارًا مثاليًا في ظل الظروف المثالية، والتي، كما نعلم، من المستحيل عمليًا تحقيقها. وبالتالي، بعد المرور عبر الغلاف الجوي، سيكون الحد الأقصى للتدفق الذي يمكن الحصول عليه عند خط الاستواء وسيكون 1020 واط/م²، ولكن متوسط ​​القيمة اليومية التي يمكننا الحصول عليها سيكون أقل 3 مرات بسبب تغير النهار والليل. والتغير في زاوية حدوث التدفق الشمسي. وفي خطوط العرض المعتدلة، يكون التغيير ليلا ونهارا مصحوبا أيضا بتغيير الفصول، ومعه تغيير في طول ساعات النهار، لذلك في خطوط العرض المعتدلة، سيتم تقليل كمية الطاقة المستلمة بمقدار مرتين أخريين.

تطوير وتوزيع الطاقة الشمسية

كما نعلم جميعا، في السنوات القليلة الماضية، يكتسب تطوير الطاقة الشمسية زخما كل عام، ولكن دعونا نحاول تتبع ديناميكيات التنمية. وبالعودة إلى عام 1985، كانت قدرة الطاقة الشمسية العالمية 0.021 جيجاوات فقط. وفي عام 2005، بلغت بالفعل 1.656 جيجاوات. يعتبر عام 2005 نقطة تحول في تطور الطاقة الشمسية، فمن هذا العام بدأ الناس يهتمون بشكل نشط بالبحث وتطوير الأنظمة الكهربائية التي تعمل بالطاقة الشمسية. المزيد من الديناميكيات لا تترك مجالاً للشك (2008-15.5 جيجاوات، 2009-22.8 جيجاوات، 2010-40 جيجاوات، 2011-70 جيجاوات، 2012-108 جيجاوات، 2013-150 جيجاوات، 2014-203 جيجاوات). تمتلك دول الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة اليد العليا في استخدام الطاقة الشمسية؛ ويعمل في كل من الولايات المتحدة وألمانيا وحدهما أكثر من 100 ألف شخص في مجال الإنتاج والتشغيل. كما يمكن لإيطاليا وإسبانيا وبالطبع الصين أن تتباهى بإنجازاتها في تطوير الطاقة الشمسية، والتي إن لم تكن رائدة في تشغيل الخلايا الشمسية، فهي الطريقة التي تعمل بها الشركة المصنعة للخلايا الشمسية على زيادة وتيرة الإنتاج من سنة إلى أخرى.

مميزات وعيوب استخدام الطاقة الشمسية

مزايا: 1) الصداقة البيئية - لا تلوث البيئة؛ 2) التوفر - الخلايا الكهروضوئية متاحة للبيع ليس فقط للاستخدام الصناعي، ولكن أيضًا لإنشاء محطات طاقة شمسية صغيرة خاصة؛ 3) عدم استنفاذ مصدر الطاقة وتجدده ذاتياً؛ 4) التخفيض المستمر لتكلفة إنتاج الكهرباء.
عيوب: 1) تأثير الظروف الجوية والوقت من اليوم على الإنتاجية؛ 2) للحفاظ على الطاقة، من الضروري تجميع الطاقة؛ 3) انخفاض الإنتاجية في المناطق المعتدلة بسبب تغير الفصول؛ 4) تسخين كبير للهواء فوق محطة الطاقة الشمسية؛ 5) الحاجة إلى تنظيف سطح الخلايا الكهروضوئية بشكل دوري من التلوث، وهذا يمثل مشكلة بسبب المساحات الضخمة التي تشغلها تركيب الخلايا الكهروضوئية؛ 6) يمكننا أيضًا التحدث عن التكلفة المرتفعة نسبيًا للمعدات، على الرغم من أن التكلفة تتناقص كل عام، إلا أنه لا داعي للحديث عن الطاقة الشمسية الرخيصة حتى الآن.

آفاق تطوير الطاقة الشمسية

اليوم، من المتوقع مستقبل عظيم لتطوير الطاقة الشمسية؛ كل عام يتم بناء المزيد والمزيد من محطات الطاقة الشمسية الجديدة، والتي تدهش بحجمها وحلولها التقنية. كما أن الأبحاث العلمية الهادفة إلى زيادة كفاءة الخلايا الكهروضوئية لا تتوقف. لقد حسب العلماء أنه إذا غطينا مساحة اليابسة على كوكب الأرض بنسبة 0.07%، بكفاءة الخلايا الكهروضوئية 10%، فسيكون هناك ما يكفي من الطاقة لتلبية جميع احتياجات البشرية بنسبة تزيد عن 100%. اليوم، يتم استخدام الخلايا الكهروضوئية بكفاءة تصل إلى 30٪. وبحسب بيانات البحث فمن المعروف أن طموحات العلماء تعد برفعها إلى 85%.

محطات الطاقة الشمسية

محطات الطاقة الشمسية هي هياكل مهمتها تحويل تدفقات الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. يمكن أن تختلف أحجام محطات الطاقة الشمسية، بدءًا من محطات الطاقة الصغيرة الخاصة المزودة بعدة ألواح شمسية إلى محطات ضخمة، تشغل مساحات تزيد عن 10 كيلومتر مربع.

ما هي أنواع محطات الطاقة الشمسية الموجودة؟

لقد مر وقت طويل منذ إنشاء أول محطات الطاقة الشمسية، حيث تم تنفيذ العديد من المشاريع وتم تطبيق العديد من حلول التصميم المثيرة للاهتمام. من المعتاد تقسيم جميع محطات الطاقة الشمسية إلى عدة أنواع:
1. محطات الطاقة الشمسية من النوع البرجي.
2. محطات الطاقة الشمسية، حيث تكون الألواح الشمسية عبارة عن خلايا ضوئية.
3. طبق محطات الطاقة الشمسية.
4. محطات الطاقة الشمسية ذات القطع المكافئ.
5. محطات الطاقة الشمسية من النوع الفراغي الشمسي.
6. محطات الطاقة الشمسية من النوع المختلط.

محطات الطاقة الشمسية من نوع البرج

نوع شائع جدًا من تصميم محطات الطاقة. إنه عبارة عن هيكل برج طويل في الأعلى به خزان من الماء مطلي باللون الأسود لجذب ضوء الشمس المنعكس بشكل أفضل. يوجد حول البرج مرايا كبيرة تبلغ مساحتها أكثر من 2 متر مربع تقع على شكل دائرة، جميعها متصلة بنظام تحكم واحد يراقب التغير في زاوية المرايا بحيث تعكس ضوء الشمس دائمًا وتوجهه بشكل مستقيم إلى خزان المياه الموجود في أعلى البرج. وبالتالي فإن ضوء الشمس المنعكس يسخن الماء الذي يشكل البخار، ومن ثم يتم إمداد هذا البخار إلى المولد التوربيني باستخدام المضخات، حيث يتم توليد الكهرباء. يمكن أن تصل درجة حرارة تسخين الخزان إلى 700 درجة مئوية. يعتمد ارتفاع البرج على حجم وقوة محطة الطاقة الشمسية، وعادة ما يبدأ من 15 مترًا، ويبلغ ارتفاع الأكبر اليوم 140 مترًا، وهذا النوع من محطات الطاقة الشمسية شائع جدًا ومفضل من قبل العديد من البلدان لكفاءتها العالية التي تصل إلى 20٪.

محطات الطاقة الشمسية من النوع الكهروضوئي

تُستخدم الخلايا الضوئية (البطاريات الشمسية) لتحويل التدفق الشمسي إلى كهرباء. أصبح هذا النوع من محطات توليد الطاقة شائعًا جدًا نظرًا لإمكانية استخدام الألواح الشمسية في كتل صغيرة، مما يسمح باستخدام الألواح الشمسية لتوفير الكهرباء لكل من المنازل الخاصة والمنشآت الصناعية الكبيرة. علاوة على ذلك، فإن الكفاءة تنمو كل عام، واليوم توجد بالفعل خلايا ضوئية تبلغ كفاءتها 30٪.

محطات الطاقة الشمسية المكافئة

وهذا النوع من محطات الطاقة الشمسية يشبه أطباق الأقمار الصناعية الضخمة، الجانب الداخليوالتي تكون مغطاة بألواح المرآة. المبدأ الذي يتم من خلاله تحويل الطاقة يشبه المحطات البرجية مع اختلاف طفيف: الشكل المكافئ للمرايا يحدد أن أشعة الشمس، المنعكسة من كامل سطح المرآة، تتركز في المركز، حيث يقع جهاز الاستقبال وهو سائل يسخن مكوناً البخار الذي بدوره يشكل الطابور القوة الدافعة للمولدات الصغيرة.

لوحة محطات الطاقة الشمسية

مبدأ التشغيل وطريقة توليد الكهرباء متطابقان مع محطات الطاقة الشمسية البرجية والقطع المكافئ. والفرق الوحيد هو ميزات التصميم. هيكل ثابت، يشبه إلى حد ما شجرة معدنية عملاقة، يحمل مرايا مستديرة مسطحة تركز طاقة الشمس على جهاز الاستقبال.

محطات الطاقة الشمسية من نوع الفراغ الشمسي

هذه طريقة غير عادية للغاية لاستخدام الطاقة الشمسية والاختلافات في درجات الحرارة. يتكون هيكل محطة توليد الكهرباء من قطعة أرض دائرية ذات سقف زجاجي مع برج في الوسط. البرج مجوف من الداخل، ويوجد في قاعدته عدة توربينات تدور بفضل تدفق الهواء الناتج عن اختلاف درجات الحرارة. من خلال السقف الزجاجي، تقوم الشمس بتسخين الأرض والهواء داخل الغرفة، ويتواصل المبنى مع البيئة الخارجية من خلال أنبوب، وبما أن درجة حرارة الهواء خارج الغرفة أقل بكثير، يتم إنشاء تيار هوائي، والذي يزداد مع زيادة درجة الحرارة اختلاف. وهكذا، في الليل تولد التوربينات كهرباء أكثر مما تولد خلال النهار.

محطات الطاقة الشمسية المختلطة

يحدث هذا عندما تستخدم محطات الطاقة الشمسية من نوع معين، على سبيل المثال، مجمعات الطاقة الشمسية كعناصر مساعدة لتزويد الأشياء بالماء الساخن والحرارة، أو من الممكن استخدام أقسام من الخلايا الكهروضوئية في وقت واحد في محطة توليد الطاقة من النوع البرجي.

تتطور الطاقة الشمسية بوتيرة عالية، ويفكر الناس أخيرًا بجدية في مصادر الطاقة البديلة من أجل منع اقتراب أزمة الطاقة والكارثة البيئية حتماً. على الرغم من أن الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي لا يزالان رائدين في مجال الطاقة الشمسية، إلا أن جميع القوى العالمية الأخرى بدأت تدريجياً في تبني واستخدام خبرات وتقنيات إنتاج واستخدام محطات الطاقة الشمسية. ليس هناك شك في أن الطاقة الشمسية ستصبح عاجلاً أم آجلاً المصدر الرئيسي للطاقة على الأرض.