الطاقة الشمسية: ماهيتها وأنواعها واستخداماتها وأهم مميزاتها

وفي مجال الطاقات المتجددة تعتبر الطاقة الشمسية من أهم الطاقات نظرا لتطورها المستمر وإمكانية استخدامها عمليا في جميع أنحاء العالم. ومع ذلك، لا يزال الكثير من الناس غير متأكدين ما هي الطاقة الشمسية ولا كيف يعمل على الإطلاق.

وفي هذا المقال نوضح ما هي الطاقة الشمسية وخصائصها وأنواعها وأهم مميزاتها في استخدامها اليومي وعلى المستوى الصناعي.

ما هي الطاقة الشمسية

الطاقة الشمسية هي التي تستفيد الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من الشمس لتوليد الكهرباء أو الحرارة. وهو مصدر طاقة نظيف تماماً، أي أنه لا يلوث البيئة ولا ينبعث غازات ضارة في الغلاف الجوي. بالإضافة إلى ذلك، فهو خيار متجدد ولا ينضب (على الأقل لعدة مليارات من السنين، طالما أن الشمس لا تزال نشطة).

بمجرد أن نفهم ما هي الطاقة الشمسية، سنستعرض الأنواع الرئيسية الموجودة: الطاقة الكهروضوئية والحرارية والسلبية والهجينة.

ما هي الطاقة الكهروضوئية

الطاقة الشمسية الكهروضوئية هي نوع الطاقة التي تحول ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء من خلال الألواح الشمسية. تتكون هذه الألواح من الخلايا الضوئية، وهي أجهزة شبه موصلة (عادةً ما تكون مصنوعة من السيليكون) قادرة على امتصاص فوتونات الضوء وتوليد الطاقة الكهربائية. الشيء الأكثر أهمية في هذه الخلايا هو ذلك لا تتطلب أي أجزاء متحركة أو وقود إضافي للعملمما يجعلها فعالة للغاية وصامتة.

تولد كل خلية شمسية كمية صغيرة من الطاقة، لذلك من الضروري تجميع عدة خلايا لتكوين وحدة كهروضوئية. تولد هذه الوحدات، عند تركيبها، تيارًا مباشرًا منخفض الجهد (DC)، لذا من الضروري استخدام عاكس لتحويله إلى تيار متردد (AC)، والذي يمكن استخدامه بعد ذلك في المنازل أو الصناعات.

نما استخدام الطاقة الشمسية الكهروضوئية بشكل كبير في السنوات الأخيرة، خاصة للمنشآت السكنية والصناعية، وذلك بسبب سهولة تركيب الألواح على الأسطح وأسطح المنازل.

ما هي الطاقة الحرارية الشمسية

تعتمد الطاقة الحرارية الشمسية، كما يوحي اسمها، على تسخير الإشعاع الشمسي لتوليد الحرارة. بدلا من توليد الكهرباء مباشرة كما هو الحال في الأنظمة الكهروضوئية، تستخدم الطاقة الحرارية مجمعات الطاقة الشمسية التي تركز أشعة الشمس لتسخين السوائل. ويمكن استخدام هذا السائل الساخن في تطبيقات مختلفة، مثل تسخين المياه في المنازل وتوليد البخار لإنتاج الكهرباء.

هناك متغيرات متقدمة مثل الطاقة الحرارية الشمسية المركزة، والذي يستخدم المرايا لتركيز الإشعاع في نقطة محددة، مما يسمح بتسخين السائل إلى درجات حرارة أعلى بكثير. يستخدم هذا النظام بشكل رئيسي في محطات توليد الطاقة الكهربائية واسعة النطاق.

إن استخدام الطاقة الحرارية الشمسية يقلل بشكل كبير من استهلاك الوقود الأحفوري، مما يساهم في مكافحة تغير المناخ والحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

ما هي الطاقة الشمسية السلبية

طريقة أخرى هي الطاقة الشمسية السلبية، والتي تتمثل في الاستفادة من أشعة الشمس دون الحاجة إلى أجهزة إضافية مثل الألواح الشمسية أو المجمعات. هذه التقنية شائعة جدًا في الهندسة المعمارية المناخية الحيوية، حيث يتم تصميم المنازل وفقًا لذلك الاستخدام الأقصى لأشعة الشمس من خلال مواد التوجيه والبناء، والتي تتيح الحصول على الحرارة والضوء دون استخدام الأجهزة الكهربائية.

تشمل الأمثلة الشائعة للطاقة الشمسية السلبية تصميم النوافذ المواجهة للجنوب لالتقاط المزيد من الضوء في الشتاء أو استخدام الأسطح والجدران المعزولة حرارياً لتخزين الحرارة من الشمس.

ما هي الطاقة الشمسية الهجينة

تجمع أنظمة الطاقة الشمسية الهجينة بين أشكال مختلفة من الطاقة الشمسية (الطاقة الكهروضوئية أو الحرارية أو السلبية) مع مصادر متجددة أخرى، مثل طاقة الرياح. تقوم هذه الأنظمة بالبحث تعظيم الكفاءة في إنتاج الطاقة وهي مثالية للتركيبات في المناطق الريفية أو المناطق البعيدة عن الشبكة الكهربائية.

يمكن أن يشتمل النظام الهجين على الألواح الشمسية وتوربينات الرياح، مما يتيح لك تحقيق أقصى استفادة من كل من الموارد، الشمس والرياح.

الاستخدامات الرئيسية للطاقة الشمسية

للطاقة الشمسية تطبيقات متعددة على المستويين السكني والصناعي. ومن بين استخداماته الأكثر شيوعًا ما يلي:

• توليد الكهرباء: من خلال الألواح الشمسية الكهروضوئية، التي تعمل على تحويل الإشعاع الشمسي إلى تيار كهربائي. لقد أصبح شائعًا بشكل خاص على أسطح المنازل ومحطات الطاقة الشمسية الكبيرة.
• التدفئة والمياه الساخنة المنزلية: تتيح لك الأنظمة الحرارية الشمسية تسخين المياه للتدفئة والاستخدام المنزلي دون الحاجة إلى وقود إضافي.
• الإضاءة العامة: تستخدم المزيد والمزيد من المدن الألواح الشمسية لإضاءة الشوارع والساحات والحدائق العامة دون الاعتماد على الشبكة الكهربائية.
• الري الزراعي: تتيح المضخات الشمسية إمكانية أتمتة الري في المزارع، مما يؤدي إلى تحسين استخدام المياه وتقليل تكاليف الطاقة.

مزايا الطاقة الشمسية

• الطاقة النظيفة والمستدامة: لا ينبعث منها غازات ملوثة ويقلل بشكل كبير من البصمة الكربونية.
• مصدر متجدد: الشمس مصدر لا ينضب من الطاقة.
• استقلال الطاقة: فهو يسمح للناس والمجتمعات بتوليد الطاقة الخاصة بهم، مما يقلل الاعتماد على شبكات الكهرباء التقليدية.
• خفض التكاليف على المدى الطويل: على الرغم من أن التركيب الأولي قد يكون مكلفًا، إلا أن التوفير في فواتير الكهرباء يكون كبيرًا بمرور الوقت.

ومن الواضح أن الطاقة الشمسية توفر حلاً قابلاً للتطبيق ومربحًا لتلبية احتياجات الطاقة على المستويين السكني والصناعي، وفي الوقت نفسه، مكافحة تغير المناخ.