الطاقة الشمسية الحرارية: الخصائص والتطبيقات والتطورات

La الطاقة الشمسية الكهروحرارية الطاقة الشمسية الحرارية هي تقنية واعدة تستخدم حرارة الشمس لتوليد الكهرباء. تحدث هذه العملية في مصانع متخصصة تسمى محطات الطاقة الحرارية الشمسيةوالتي تطورت منذ أوائل الثمانينات والميزة الرئيسية لهذه التكنولوجيا هي أنها مصدر نظيف وفير، والأهم من ذلك، أنها مصدر متجدد للطاقة. والحقيقة المثيرة للاهتمام هي أن الأرض تستقبل من الشمس كل عشرة أيام نفس كمية الطاقة الموجودة في جميع الاحتياطيات المعروفة من النفط والغاز والفحم مجتمعة. هذه الإمكانات الهائلة تجعل الطاقة الحرارية الشمسية مفتاحًا لمستقبل الطاقة المستدامة. حاليًا، تتعايش أنواع مختلفة من محطات الطاقة الحرارية الشمسية، ولكل منها خصائص محددة. تحتل إسبانيا موقعًا متميزًا بوجود العديد من المصانع العاملة وقطاع صناعي موحد، وتشارك بنشاط في المشاريع الدولية.

بعد ذلك، سنقوم بتفصيل خصائص وتطبيقات وأهمية الطاقة الحرارية الشمسية في سياق الطاقة العالمي.

ما هي الطاقة الحرارية الشمسية؟

ل محطة الطاقة الحرارية الشمسية وهي تعمل بشكل مشابه لمحطة الطاقة الحرارية التقليدية، ولكنها تستخدم الطاقة الشمسية بدلاً من الفحم أو الغاز الطبيعي. المبدأ الأساسي وراء هذه النباتات بسيط: يتم تركيز أشعة الشمس بواسطة سلسلة من المرايا باتجاه جهاز الاستقبال المركزي. وفي هذه المرحلة تصل درجات الحرارة إلى 1.000 درجة مئوية. يتم نقل هذه الحرارة إلى السائل (عادة الأملاح المنصهرة أو الزيوت الحرارية)، والذي عند تسخينه ينتج البخار. يقوم هذا البخار بتحريك التوربينات المتصلة بالمولدات التي تنتج الكهرباء. كان أحد القيود الأولية الرئيسية لمحطات الطاقة الشمسية الحرارية هو أنها لا يمكن أن تعمل إلا خلال ساعات ضوء الشمس. ومع ذلك، مع التقدم التكنولوجي، أصبح لدى العديد من المحطات الآن أنظمة لتخزين الحرارة، مما يسمح لها بتوليد الكهرباء حتى في الليل.

أنواع محطات الطاقة الشمسية الحرارية

حاليا، هناك ثلاثة أنواع رئيسية من محطات الطاقة الشمسية الحرارية. ورغم أنها جميعها تعتمد على تركيز الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء، إلا أنها تختلف في طريقة تركيز ضوء الشمس. دعونا نرى كل واحد بالتفصيل:

محطة برج الطاقة الشمسية الحرارية

يستخدم هذا النوع من النباتات المروحياتوهي عبارة عن مرايا مثبتة على هياكل متحركة قادرة على متابعة حركة الشمس. تقوم هذه المرايا بتركيز أشعة الشمس على جهاز استقبال يقع أعلى برج مركزي. الطاقة الشمسية المركزة عند تلك النقطة قادرة على الوصول إلى درجات حرارة أعلى من 600 درجة مئوية. وعلى المدى المتوسط، أثبتت هذه التكنولوجيا أنها فعالة وموثوقة للغاية، على الرغم من أن أحد التحديات الكبرى التي تواجهها لا يزال يتمثل في تقليل تكاليف البناء. وفي إسبانيا، تعتبر محطة خيماسولار، الواقعة في إشبيلية، رائدة في دمج التخزين الحراري طويل الأمد، والذي يسمح بتوليد الكهرباء على مدار 24 ساعة يوميا.

طبق مكافئ أو طبق ستيرلينغ لمحطة توليد الطاقة الحرارية الشمسية

في هذا النوع من النباتات مرايا مكافئة وهي على شكل طبق تقوم بتركيز أشعة الشمس في نقطة محورية حيث يوجد محرك ستيرلينغ، مما يولد الكهرباء بكفاءة عالية. تعمل درجات الحرارة المرتفعة التي تصل إلى النقطة المحورية للقرص على تشغيل المحرك، الذي ينتج الكهرباء عن طريق تدوير التوربين. وقد تم تطبيق هذه التكنولوجيا بشكل إيجابي في أماكن مثل صحراء موهافي في الولايات المتحدة.

حوض مكافئ لمحطة الطاقة الحرارية الشمسية

ال محطات توليد الطاقة من خلال حوض مكافئ وهي الأكثر انتشارًا على المستوى التجاري نظرًا لكفاءتها العالية وانخفاض تكاليف تنفيذها. تلتقط المرايا الطويلة المنحنية على شكل أسطوانة مكافئة ضوء الشمس وتركزه في أنبوب يقع على طول محورها. يحتوي هذا الأنبوب على سائل نقل يتم تسخينه، ومن خلال نظام التبادل الحراري، ينتج بخارًا لتشغيل التوربين. العديد من البلدان، بما في ذلك إسبانيا، لديها بالفعل مصانع عاملة من هذا النوع.

تطوير الطاقة الشمسية الحرارية

تم تطوير الأسس الأولى للطاقة الحرارية الشمسية على يد أوغستين موشوت في أواخر القرن التاسع عشر، ولكن لم يبدأ ظهور التطبيقات التجارية القابلة للتطبيق إلا في الثمانينيات. وكان التقدم التكنولوجي منذ ذلك الحين كبيرا، حيث تغلب على العديد من العقبات الرئيسية:

• تكاليف أولية عالية: على الرغم من أن تكاليف المواد والبناء كانت باهظة في البداية، إلا أن تطوير تقنيات جديدة أدى إلى خفض التكاليف بشكل كبير.
• تخزين الطاقة: كان التحدي الرئيسي هو عدم القدرة على توليد الكهرباء ليلاً بسبب نقص التخزين الحراري. ومع ذلك، فقد أظهرت محطات مثل خيماسولار أنه من الممكن تخزين الحرارة في الأملاح المنصهرة وإنتاج الكهرباء لمدة 24 ساعة.
• احوال الطقس: المناطق ذات الإشعاع الشمسي العالي مطلوبة على مدار السنة مما حد من تركيبها في المناخات الأكثر اعتدالا. وقد قامت مشاريع مثل ديزرتيك بدراسة إمكانية تركيب محطات كبيرة في المناطق الصحراوية مثل الصحراء الكبرى، وذلك باستخدام كابلات النقل لإرسال الكهرباء إلى أوروبا.

الطاقة الشمسية الكهروحرارية في أسبانيا

تعد إسبانيا دولة رائدة على مستوى العالم من حيث تركيب محطات الطاقة الشمسية الحرارية. إن الظروف الجغرافية والمناخية لإسبانيا، مع مساحات صحراوية واسعة وساعات طويلة من أشعة الشمس، تجعلها بيئة مثالية لتطوير هذه التكنولوجيا. تم بناء أولى المصانع التجريبية في صحراء تابيرناس، ألميريا، في الثمانينيات، مع SSPS/CRS وCESA 80. وفي عام 1، كانت إسبانيا رائدة تجاريًا مع مصنع برج PS2007 في سانلوكار لا مايور، إشبيلية.

وفي عام 2011، كانت هناك 21 محطة للطاقة الشمسية الحرارية تعمل بالفعل بقدرة إجمالية قدرها 852 ميجاوات. ووفقا لجمعية البروترموسولار، من المتوقع أن يستمر هذا الرقم في الزيادة في السنوات المقبلة. وستجعل هذه المحطات مجتمعة إسبانيا أكبر منتج للطاقة الشمسية الحرارية في العالم، مما يجعلها مرجعا في مجال الطاقة المتجددة.

تطبيقات الطاقة الشمسية الحرارية

الطاقة الحرارية الشمسية لها تطبيقات متعددة في كل من المجالات المنزلية والصناعية. تشمل بعض النقاط البارزة ما يلي:

• الماء الساخن والتدفئة المنزلية: في منازل الأسرة الواحدة، يمكن للطاقة الشمسية أن تغطي ما يصل إلى 70% من استهلاك الماء الساخن المنزلي.
• تدفئة حمام السباحة: تتيح هذه التقنية تسخين حمامات السباحة بكفاءة وبشكل مستدام طوال العام.
• إنتاج الكهرباء المنزلي: يمكن لأصحاب المنازل تركيب الألواح الشمسية لتوليد الكهرباء ذاتياً وحتى إعادة بيع الفائض إلى الشبكة الكهربائية العامة.
• تطبيقات صناعية: تستخدم الطاقة الحرارية الشمسية أيضًا في العمليات الصناعية التي تتطلب كميات كبيرة من الحرارة، مثل إنتاج الكهرباء، وطهي الطعام، وتقطير المياه.

ومع تزايد صرامة لوائح الانبعاثات وارتفاع أسعار الوقود الأحفوري، أصبحت الطاقة الحرارية الشمسية بديلا جذابا سواء من حيث الاستدامة أو الادخار الاقتصادي على المدى الطويل.

تستمر الطاقة الحرارية الشمسية في التقدم والتطور، ومن المرجح أن تلعب دورًا أساسيًا في مستقبل إنتاج الطاقة العالمي، مما يساعد على تقليل اعتمادنا على الوقود الأحفوري وتعزيز نموذج أكثر استدامة وبيئيًا.