الطاقة الشمسية

وفقاً للنتائج العلمية تتعرض الأرض للكثير من الطاقة الشمسية (173 تريليون تيراواط)، وهذا حرفياً يعني أنه يزيد عن حوالي عشرة آلاف من الطاقة التي يستخدمها سكان العالم بأسره، وهذا أيضاً يؤكد صحة حقيقة أن الشمس هي أكثر مصادر الطاقة وفرة في العالم بأسره، وأنها يمكن أن تكون يوماً ما مصدر الطاقة الأكثر اعتماداً.

ما هي الطاقة الشمسية؟

هي عبارة عن الطاقة التي تنتجها الشمس على شكل حرارة وضوء، حيث إنها أحد أكثر أهم مصادر الطاقة المتجددة والمتاحة بسهولة على كوكب الأرض، وحقيقةً أنها متوفرة بكثرة ومجانية ولا تنتمي لأي شخص يجعلها واحدة من أهم مصادر الطاقة غير التقليدية، كما استخدم الناس الطاقة الشمسية منذ العصور القديمة باستخدام عدسات مكبرة بسيطة لتركيز ضوء الشمس في أشعة شديدة السخونة لدرجة أنها قد تتسبب في اشتعال الخشب.

وأيضاً فأن الطاقة الشمسية هي أفضل بديل مقارنة بالوقود الأحفوري مثل النفط والفحم والغاز، وهي مورد متجدد مما يعني أنها لن تصبح غير متوفرة – بل أنها توفر إمداداً ثابتاً غير محدود عبر الوقت، وبالإضافة إلى ذلك تعتبر الطاقة الشمسية أيضاً مصدرا أخضر للطاقة لأنها لا تنبعث منها ملوثات أثناء عملية إنتاج الطاقة.

كيفية الحصول على الطاقة الشمسية

إن إمكانات الطاقة الشمسية هائلة، حيث تستقبل الأرض حوالي 200000 ضعف إجمالي قدرة توليد الكهرباء اليومية في العالم كل يوم في شكل طاقة شمسية، ولسوء الحظ على الرغم من أن الطاقة الشمسية نفسها مجانية، إلا أن التكلفة العالية لجمعها وتحويلها وتخزينها لا تزال تحد من استغلالها في العديد من الأماكن، وفيما يلي طرق الحصول على الطاقة الشمسية: 

• من خلال إنتاج الكهرباء: تستخدم هذه التقنية أجهزة الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV) أو الخلايا الشمسية التي تحول طاقة الشمس إلى كهرباء، حيث تنتج الأجهزة الكهروضوئية الكهرباء مباشرة من ضوء الشمس من خلال عملية إلكترونية تحدث بشكل طبيعي في أنواع معينة من المواد تعرف باسم أشباه الموصلات.
  ومن ثم يتم إطلاق بعض الإلكترونات الموجودة في هذه المواد عن طريق تحفيز الأشعة الشمسية للسفر عبر دائرة إلكترونية وإرسال الطاقة إلى الشبكة أو تشغيل الأجهزة الكهربائية مباشرة، كما يمكن أيضاً استخدام هذا النوع من الطاقة لتشغيل الساعات الشمسية أو الآلات الحاسبة أو إشارات المرور، وغالباً ما يتم استخدامها في المواقع غير المتصلة بشبكة الكهرباء.

• أجهزة تجميع الطاقة الشمسية: بشكل عام في هذه التقنية يقوم المجمع الحراري الشمسي بتسخير بعض الحرارة عن طريق امتصاص أشعة الشمس، حيث تسخر هذه التقنية طاقة الشمس لتسخين المياه (ألواح المياه بالطاقة الشمسية الساخنة) للاستخدام المنزلي مثل سخانات المياه وأحواض المياه الساخنة والمسابح الأرضية.

كما تستخدم محطات الطاقة الشمسية المركزة ايضاً المجمعات الأكثر تعقيداً لإنتاج الكهرباء عن طريق عملية تسخين سائل لتحويل التوربينات المتصلة بمولد، وعادةً ما يتم استخدام المجمعات البسيطة في المباني التجارية والسكنية لتدفئة المساحات في هذه المناطق.

تصنيف الطاقة الشمسية

يمكن تصنيف الطاقة الشمسية على نطاق واسع على أنها طاقة شمسية نشطة أو سلبية، وذلك اعتماداً على كيفية التقاطها واستخدامها، ففي الطاقة الشمسية النشطة تُستخدم معدات تسخين شمسية خاصة لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية، كما تشمل الطاقة الشمسية النشطة استخدام المعدات الميكانيكية مثل الخلايا الكهروضوئية أو المجمعات الحرارية الشمسية أو المضخات والمراوح لاحتجاز الطاقة الشمسية.

بينما في الطاقة الشمسية السلبية فإنها لا توجد معدات ميكانيكية، حيث تعمل تقنيات الطاقة الشمسية السلبية على تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية دون استخدام أنظمة ميكانيكية نشطة، وهي على سبيل المثال قد تمثل بشكل أساسي ممارسة استخدام النوافذ والجدران والأشجار ووضع المباني والتقنيات البسيطة الأخرى لالتقاط أو تشتيت الشمس للاستخدام، وايضاً يعد التسخين الشمسي السلبي طريقة رائعة للحفاظ على الطاقة وتعظيم الاستفادة.

كيف يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء؟

تتمثل الخطوة الأولى لتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء في تركيب الخلايا الكهروضوئية (PV) أو الخلايا الشمسية، حيث تقوم هذه الخلايا باحتجاز طاقة الشمس ومن ثم تحويلها إلى كهرباء، كما تتكون هذه الخلايا الشمسية من مواد تُظهر تأثيراً ضوئياً، مما يعني أنه عندما تصطدم أشعة الشمس بالخلية الكهروضوئية فإن فوتونات الضوء تخيف الإلكترونات الموجودة داخل الخلية وتحفزها لبدء التدفق، مما يؤدي في النهاية إلى إنتاج الكهرباء.

وأخيراً يمكننا استخدام الطاقة الشمسية المحولة إلى كهرباء على الفور لتشغيل الأضواء أو لتشغيل العديد من الأجهزة الأخرى، والأفضل من ذلك أنه يمكن تخزينه في بطاريات لاستخدامه في المستقبل، حيث تولد الخلايا الشمسية عادة كهرباء من نوع التيار المباشر (DC)، ومع ذلك يمكن تحويله ايضاً إلى تيار متردد باستخدام جهاز يعرف باسم العاكس، كما يمكن أيضاً استخدام الطاقة الشمسية المحولة إلى طاقة حرارية لغرض تسخين المياه على الفور أو تخزينها كمياه ساخنة في خزانات لاستخدامها لاحقاً.