الشبكة اليمنية للعلوم والبيئة (يمن ساينس) موقع يهتم بأخبار العلوم والتكنولوجيا والصحة والبيئة والسكان
مقالات مشابهة
الطاقة الشمسية فرص وتحديات
قلب الشمس النووي
سحر محمد
في قلب النظام الشمسي تتوهج الشمس بكتلتها الغازية بحجم يقدر ب 99.8% من كتلة النظام و بقطر يبلغ حوالي 109أضعاف قطر الأرض وبجوف قادر على ابتلاع مليون كرة أرضية !
إنها مفاعل نووي طبيعي عملاق ، و ذات طبيعة اندماجية ، فاندماج ذرتي هيدروجين ينتج الهليوم عبر سلسلة من المراحل الإنتاجية تدعي بسلسلة تفاعل بروتون- بروتون والتي تحدث داخل نواة الشمس كل 9.2 x1037 مرة في الثانية الواحدة منتجة طاقة هائلة تقدر 384.610 26 x وات في الثانية وهو مايعادل انفجار 1010 x 9.192 كيلو جرام من مادة التي ان تي في الثانية الواحدة او قد تحتاج الي بليون طن من الديناميت في كل ثانية لتساوي حرارة باطن الشمس والتي تصل الي 15 مليون درجة مئوية.
ويعد الضوء الصادر من قرص الشمس المصدر الرئيسي للطاقة على كوكب الأرض ، فمقدار الطاقة الواصلة لكوكب الأرض تقدر بـ1000 وات لكل متر مربع بعد فقدان و تشتت 50% منه أثناء رحلته في الغلاف الجوي والسحب .
ويقدر إجمالي الطاقة الشمسية التي تستقبلها الارض سنويا بx 1.11025 جول مع الاخذ بالاعتبار ان نصف الكرة الأرضية تستقبل نصف مقدار هذه الطاقة في أي وقت واذا ما قورن ذلك بمقدار الاستهلاك العالمي للطاقة سنويا والذي يقدر بحوالي 3.5 x1020 جول نستنتج اننا نحصل علي طاقه شمسية تساوي 16الف ضعف مقدار الطاقة العالمية التي تُستهلك سنوياً!
الطاقة الشمسية solar energy
تعد الشمس احد أهم مصادر الطاقة المتجددة ، التي تشكل استمرارية الحياة على الأرض وتؤثر في حركة المناخ ، والطقس ، والدورة المائية ، وعملية التمثيل الضوئي .
و يقدر العلماء مدة استمرارية إمدادنا بالطاقة القادمة من أشعة الشمس بحوالي خمسة مليار سنة قادمة قبل أن تنفجر وتتحول إلى عملاق احمر .
وتمثل أشعة الشمس المصدر الرئيسي لجميع أنواع الطاقات المتجددة الرئيسية والثانوية كطاقة الرياح و الأمواج والكهرومائية وغيرها باستثناء طاقتي المد والجزر وطاقة الحرارة الأرضية.
ولكن كيف يتم استغلال هذه الطاقة الشمسية؟
تطبيقات الطاقة الشمسية
هناك طريقتين لاستغلال الطاقة الشمسية و الاستفادة منها .
الطريقة السلبية وهي المباشرة وتستخدم لأغراض التدفئة والإضاءة ويتم ذلك احيانا بتقنيه إنشاء المباني بحيث تكون ناحية الشمس معدل الضغط (نسبة مساحة سطح منخفض إلى حجمه) والتضليل الانتقائي (أجزاء من الأبنية متدلية) والكتلة الحرارية.
عندما تتوفر هذه الخصائص بحيث تتناسب مع البيئة والمناخ المحلي، فمن الممكن أن تنتج عنها أماكن جيدة الإضاءة ذات مدى متوسط من درجات الحرارة.تستخدم التطبيقات الحديثة الخاصة بالتصميمات المعمارية التي تعتمد على استغلال الطاقة الشمسية بتصميمات يتم تنفيذها على الكمبيوتر بحيث تجمع بين نظم تكييف الهواء بالطاقة الشمسية/التهوية و[التسخين بالطاقة الشمسية/التدفئة والإضاءة التي تعتمد على ضوء النهار/الإضاءة الشمسية في تصميم معماري لاستغلال الطاقة الشمسية ويكون متكاملاً. أي قد يكون بطريقة غير مباشرة وذلك بتجميع الطاقة الحرارية باي مادة يمكن استخدامها لغرض التخزين مثل بعض الحجارة والاسمنت والماء او ما يعرف بالكتل الحرارية , كما تعد الصوبة الزجاجية والمساحات الخضراء والخزانات الشمسية وسائل للاحتفاظ بالطاقة الحرارية .
الطريقة الايجابية ويتم ذلك بتحويل الطاقة الشمسية الي اشكال اخري من الطاقة والاستفادة منها . احدي هذه الطرق هي تحويل حرارة الشمس الي كهرباء بواسطه المرايا والعدسات وتعرف هذه الطريقة بـConcentrating Solar Power (CSP)
حيث تعمل المرايا او العدسات علي تجميع وتركيز الطاقة الحرارية للشمس والتي تعمل علي تشغيل محرك حراري موصول بمولد كهربائي . وتعد اسبانيا الرائدة عالميا بتوليد الكهرباء بتقنية CPS حسب الاحصائيات في 2017 نجحت بتوليد 2,300 ميجا وات تتبعها الولايات المتحدة الامريكية بـ 1,740 ميجا وات . وتضل هذه التقنية اقل انتشارا نضرا لارتفاع تكلفتها مقارنة بتقنية الالواح الفولتوضوئية Photovoltaic(PV) حيث يتم تحويل ضوء الشمس الي كهرباء بواسطة خلايا شمسية او الواح شمسية , وهذه التقنية يتم اعتمدها لتوليد الكهرباء في المحطات الفضائية والمنازلوتوجد خلايا شمسة في الآلات الحاسبة ايضا. وتصنع هذه الخلايا الشمسية عادة من أشباه الموصلات مثل السليكون والجرمانيوم وعندما يسقط عليها فوتونات الضوء تحرر إلكتروناتمن الخلية الشمسية مولدتا تيار كهربائي مستمر. مقدار الطاقة الشمسية التي تسقط من الشمس يوميا علي سطح المنازل تساوي ثلاثة اضعاف حاجة المنزل من طاقة كهربائية .
سيارات الطاقة الشمسية solar carهي سيارات تعمل بالطاقة الكهربائية المحولة من الطاقة الشمسية حيث تثبت اللوحات الشمسية اعلي السيارة مستقبلة بذلك اشعه الشمس مباشرة , بالرغم ان السيارات الشمسية تعمل لمسافات بعيده الا انها تعد غير عملية بسبب هشاشتها وقابليتها للكسر . يعمل المطورون علي رفع كفاءة هذه السيارات.
الأقمار الاصطناعية الشمسية solar power satelliteSPS)) أقمار صناعية توضع في المدار الخارجي للأرض حيث تنقل الطاقة الشمسية لاسلكيا عبر الموجات الميكروويفوتستقبل في الأرض بواسطه هوائي كبير لتحل محل المصادر التقليدية . الفائدة الكبيرة من وراء وضع المجمع الشمسي في الفضاء الخارجي هو تجنب العوائق التي تحجب اشعة الشمس في الأرض مثل السحب وتفادي تغيرات الطقس والمناخ حيث لا تتأثر بالمواسم ولا بغياب الشمس ليلا . ولكن تضل التكلفةالمرتفعةلهذهالتقنية تحدي امام استبدالها بالمصادر التقليدية الأقل كلفة.
إيجابيات استخدام الطاقة الشمسية
طاقة متجددةتعد الطاقة الشمسية مصدر وفير ومتجدد للطاقة النظيفة بل ويحتل المرتبة الاولي من حيث الوفرة مقارنة ببقية مصادر الطاقة المتجددة كالرياح و غيرها. فما تمدنا الشمس به من طاقة لمدة ساعه يسد حاجه الأرض من الطاقة لمدة عام كامل! والاهم من هذا انه مهما استغلينا طاقة الشمس اليوم فلن يؤثر او ينقص من طاقتها غدا مثل باقي المصادر الصناعية الغير متجددة.
سهلة التركيب منظومه الطاقة الشمسية من الواح شمسية وما يتبعها سهلة التركيب مقارنه بمنظومات اخري كطاقه لرياح والتي تحتاج الي تور بينات ومرواح ذات صوت عالي ومزعج فسطح المنزل مثلا يعتبر مساحه كافية لمنظومهالطاقة الشمسية لتزويد المنزل بما يحتا من طاقة.
الالواح الشمسية لاتحتاج لصيانة مكلفةقد يكون تكلفة منظومة شمسية علي سطح المنزل مكلفة نسبيا الا ان الالواح الشمسية لاتحتاج الي صيانه كبيرة وتستمر بالعمل بكفاءة لعدة سنوات.
صديقة للبيئة الطاقة الشمسية من انضف مصادر الطاقة فليس هناك أي انبعاثات ضارة للبيئة وليس لها أي تأثيرات سلبية علي التربة او الهواء وتعمل علي تقليل الاحتباس الحراري بنسبة %89 مقارنة ببقيه المصادر التقليدية.
حل لتوفير الطاقة للمناطق النائية والبعيدةهناك الكثير من المناطق حول العالم لا تستطيع الوصول شبكة الكهرباء العموميةفي اطار البلد الواحد وهنا تأتي دور الطاقة الشمسية لتسد حجه مثل هذه المناطق للطاقة اللازمة , فبحسب الاحصائيات هناك مايقارب 16%من سكان العالم يعيشون في الظلام أي حوالي 1.2بليون شخص وتعد الطاقة الشمسية الحل الأمثل لتحسين جودة الحياة في تلك المناطق.
سلبيات الطاقة الشمسية
كفاءة منخفضةالواح الطاقة الشمسية الحديثة تعمل علي تحويل ما يقارب15% الي 22% من الطاقة الشمسية المجمعة الي طاقة كهربائية وهذه نسبة لاتعد كبيرة من الناحية العملية وهذا عائد الي تكلفة وتعقيدات الخلية في اللوح الشمسي ونقاء وجودة المواد المستخدمة في الخلية الفولتوضوئية.
الاعتماد علي ضوء الشمس والذي يتأثر بتغيرات الطقس وحركة الأرض فأشعة الشمس تختفي ليلاوفي الأجواء الغائمة تقل الاشعة الشمسية كذلك ممايؤدي الي انحدار كفاءة الخلية الشمسية ويستدعي وجود بطاريات للتخزين وهذا بدورة يزيد من تكلفة المنظومة الشمسية ومن ناحية اخري يجب ان تكون سعة البطاريات مكافئ للحمل –الأجهزة الكهربائية وكل ما يحتاج لطاقة كهربائية- مما يتطلبوجود عدد كبير من البطاريات بحسب الحاجة . واذا فرضنا استمرار الأجواء الغائمة لأيام متوالية في منطقة ما فان هذا يعيق شحن البطاريات والحصول علي الطاقة.
مرتفعة الثمن برغم ان الطاقة الشمسية علي سطح منزلك قد ترحيك من فواتير الكهرباء وتوفر لك مالا علي المدي الطويل الا ان ثمن منظومة تغطي حاجتك للكهرباء قد يصل الي الاف الدولارات بحسب الشركة المصنعة , وبرغم هذا يضل مصدر نضيف للطاقة يقلل من الاعتماد علي الوقود الاحفوري ويحافظ علي البيئة.
المصادر
https://quiethut.com/advantages-and-disadvantages-of-solar-energy/
https://ar.wikipedia.org/wiki/%D8%B7%D8%A7%D9%82%D8%A9_%D8%B4%D9%85%D8%B3%D9%8A%D8%A9
https://www.space.com/17170-what-is-the-sun-made-of.html
