الشمس العربية تنير أوروبا " الجزء 2 استغلال الطاقة الشمسية



الشمس العربية تنير أوروبا
http://www.lebarmy.gov.lb/image.asp?id=50476أثبتت إحدى الدراسات أن المملكة العربية السعودية ستكون أكبر منتج للطاقة الشمسية على مستوى العالم، وأن إيرادات إنتاج هذا النوع من الطاقة ستتجاوز إيرادات النفط التي تعتبر المملكة أكبر مصدر له أيضًا، وذلك لاتساع مساحة المملكة ووقوعها ضمن ما يعرف بمنطقة الحزام الشمسي، وتعرّضها لكميات عالية من موجات الإشعاع الضوئي والكهرومغنطيسي الصادرة من الشمس (بمعدل 250 ساعة كل شهر)، وتبين أن متوسط وحدات الطاقة الضوئية التي تستقبلها المملكة يساوي 2200 وحدة (كيلوواط لكل متر مربع) في السنة.
وخلصت الدراسة إلى أن غالبية أنظمة الطاقة الشمسية تعتمد على عمل الإلكترونيات، وبالتالي فإن عمر هذه الأنظمة سيكون طويلًا، «وبعضها مضمون من 25 إلى 30 سنة»، فيما ثبت من تجربة استخدام الطاقة الشمسية في الفضاء والأقمار الصناعية أن عمر الأنظمة المستخدمة في هذا المجال تجاوزت 40 سنة.
كذلك فقد انهت دبي الدراسات اللازمة لإقامة محطات لإنتاج الكهرباء من الطاقة الشمسية للمرة الأولى في مشروع يكلف 12 مليار درهم، ويمتد إلى العام 2030، ويطمح الى إنتاج 1000 ميغاواط كهرباء على مراحل.
كما ان بعض الدراسات المصرية بيّن أن مصر تستطيع الوصول إلى أن تكون تكلفة الطاقة المنتجة من الطاقة الشمسية معادلة لتكلفة انتاج الطاقة من المصادر التقليدية، وذلك بحلول العام 2021، بما يعني أنه خلال ثماني سنوات بدءًا من العام 2013 سيكون سعر الطاقة المنتجة من الطاقة الشمسية 21 قرشًا، ما يعني أن الإستثمار في الطاقة الشمسية سيكون مربحًا. كما أوضحت الدراسة أنه إذا ما تم تطبيق هذا البرنامج فإن المخزون الاستراتيجي من الغاز الطبيعي في مصر سيمتد الى عشرين سنة اخرى (إلى العام 2050) وبالتالي يمكن توفير أكثر من 2000 مليار متر مكعب، يضاف إلى ذلك أن زيادة الوعي حول استخدام الطاقة المتجددة سيساهم في نقل التكنولوجيا الى مصر، وفي خلق سوق عمل ومراكز ابحاث وتطوير لهذه الصناعة الخضراء التي ستوفر انبعاث 700 مليون طنٍ من ثاني أكسيد الكربون سنويًا.
من الواضح أن أسعار الطاقة الشمسية ستصبح منافسة لتلك المولدة من النفط والمصادر الأخرى فتكاليف تصنيع الخلايا الشمسية آخذة في الانخفاض، بشكل سريع. إن حاجة العالم إلى تخفيض الانبعاثات الملوثة للهواء مثل ثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى التي تسبب الاحتباس الحراري واتساع ثقب الأوزون وتغير المناخ، تشكل عوامل داعمة للتوجه الأوروبي القاضي بإنشاء مزارع لإنتاج الطاقة الشمسية في دول الصحراء والتي وللمفارقة هي نفسها الدول الغنية بالنفط..

المفاعلات الشمسية
تم إنشاء أول مفاعل شمسي في العالم العام 1949 في مختبر أوديللو في فرنسا فوق جبال البيرينيه.
يستخدم هذا المفاعل لاقطات للضوء وهو موصول بشبكة توزيع مؤلفة من مرايا تعمل لتركيز أكبر قدر من الأشعة واستخدامها بهدف تجميع المعطيات التجريبية حول عمل مولّد البخار الشمسي وتنظيم عملية تخزين الكهرباء.
كانت منشآت أوديللو بمنزلة صورة اولية للمفاعلات الشمسية التي أنشئت حاليًا في فرنسا والولايات المتحدة الأميركية واليابان، والتي تراوح قدرتها بين عشرات الكيلوواط وعشرات الميغاواط. وجميع هذه المفاعلات  تستخدم المرايا العاكسة لتركيز أشعة الشمس، وبالتالي الحصول على كمية من حرارة مرتفعة بإمكانها حمل سائل معين إلى درجة الغليان، ما يتيح تشغيل محرك بخاري أو توربين مولّد الكهرباء.

كيف يعمل المفاعل أو الفرن الشمسي؟
تعمل المفاعلات الشمسية وفق مبادئ ثابتة ومعروفة, ويقال إن العالم اليوناني أرخميدس قد استخدم طريقة تجميع حرارة الشمس بواسطة مرايا وتوجيهها الى سفن الرومان خلال الحرب البونيقية الثانية (218-202 ق.م.) وأحرقها.
في البدء كان المفاعل يعمل بواسطة تركيز ضوئي لأشعة الشمس عبر مرايا مقعّرة عاكسة ومتنوعة. وبالإمكان استخدام حقول من المرايا المشابهة والموجهة تعكس الأشعة وتركزها في نقطة واحدة. وبالإمكان أيضاً استخدام العدسات التي تفي بالغرض نفسه لكن صعوبة صناعتها بأحجام كبيرة تحول دون ذلك.
بفضل عملية التركيز هذه، يصبح الإشعاع على المساحة التي تلتقط الضوء أي المرجل الشمسي أو الغرب الشمسي، أكبر بمائة مرة، وحتى بألف مرة منها على بقع أخرى.

الشمس تكشف الحقائق!
يبدو أن الطاقة الشمسية باعتبارها أهم مصادر الطاقة المتجددة والدائمة ستكون حلًا معقولًا و مقبولاً لتجفيف الكثير من مستنقعات المشاكل الإقتصادية، والعلمية، والسياسية والإجتماعية، وربما العسكرية التي يكاد يغرق فيها هذا العالم وإنسانه.
ولكن اللافت على الصعيد الجيوستراتيجي أن المناطق الغنية بموارد النفط والغاز اليوم هي نفسها تقريبًا المناطق الغنية بموارد الطاقة الشمسية، فهل يعني هذا أن الصراع العالمي على موارد الطاقة سيستمر أو ربما يتزايد في المستقبل الى أن تخمد حرارة الشمس او تخمد انفاس الانسان؟ أم أن هناك حلولاً بديلة في مكان ما بينهما يجعل الصراع من الماضي؟... ربما تتمكن الشمس من تبيان الحقيقة وكشفها.

تحويل الطاقة الشمسية عبر التاريخ:


يمكن تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية وطاقة حرارية من خلال آليتي التحويل الكهروضوئية والتحويل الحراري للطاقة الشمسية ويقصد بالتحويل الكهروضوئية تحويل الإشعاع الشمسي أو الضوئي مباشرة إلى طاقة كهربائية بوساطة الخلايا الشمسية ( الكهروضوئية ) ، وكما هو معلوم هناك بعض المواد التي تقوم بعملية التحويل الكهروضوئية تدعى اشتباه الموصلات كالسيليسيون والجرمانيوم وغيرها . وقد تم اكتشاف هذه الظاهرة من قبل بعض علماء الفيزياء في أواخر القرن التاسع عشر الميلادي حيث وجدوا أن الضوء يستطيع تحرير الإلكترونات من بعض المعادن كما عرفوا أن الضوء الأزرق له قدرة أكبر من الضوء الأصفر على تحرير الإلكترونات وهكذا . وقد نال العالم اينشتاين جائزة نوبل في عام 1921م لاستطاعته تفسير هذه الظاهرة .

وقد تم تصنيع نماذج كثيرة من الخلايا الشمسية تستطيع إنتاج الكهرباء بصورة علمية وتتميز الخلايا الشمسية بأنها لا تشمل أجزاء أو قطع متحركة، وهي لا تستهلك وقوداً ولا تلوث الجو وحياتها طويلة ولا تتطلب إلا القليل من الصيانة. ويتحقق أفضل استخدام لهذه التقنية تحت تطبيقات وحدة الإشعاع الشمسي ( وحدة شمسية ) أي بدون مركزات أو عدسات ضوئية ولذا يمكن تثبيتها على أسطح المباني ليستفاد منه في إنتاج الكهرباء وتقدر عادة كفاءتها بحوالي 20% أما الباقي فيمكن الاستفادة منه في توفير الحرارة للتدفئة وتسخين المياه . كما تستخدم الخلايا الشمسية في تشغيل نظام الاتصالات المختلفة وفي إنارة الطرق والمنشآت وفي ضخ المياه وغيرها .

أما التحويل الحراري للطاقة الشمسية فيعتمد على تحويل الإشعاع الشمسي إلى طاقة حرارية عن طريق المجمعات ( الأطباق ) الشمسية والمواد الحرارية.فإذا تعرض جسم داكن اللون ومعزول إلى الإشعاع الشمسي فإنه يمتص الإشعاع وترتفع درجة حرارته. يستفاد من هذه الحرارة في التدفئة والتبريد وتسخين المياه وتوليد الكهرباء وغيرها . وتعد تطبيقات السخانات الشمسية هي الأكثر انتشاراً في مجال التحويل الحراري للطاقة الشمسية . يلي ذلك من حيث الأهمية المجففات الشمسية التي يكثر استخدامها في تجفيف بعض المحاصيل الزراعية مثل التمور وغيرها كذلك يمكن الاستفادة من الطاقة الحرارية في طبخ الطعام ، حيث أن هناك أبحاث تجري في هذا المجال لإنتاج معدات للطهي تعمل داخل المنزل بدلا من تكبد مشقة الجلوس تحت أشعة الشمس أثناء الطهي .

ورغم أن الطاقة الشمسية قد أخذت تتبوأ مكانة هامة ضمن البدائل المتعلقة بالطاقة المتجددة إلا أن مدى الاستفادة منها يرتبط بوجود أشعة الشمس طيلة وقت الاستخدام أسوة بالطاقة التقليدية. وعليه يبدو أن المطلوب من تقنيات بعد تقنية وتطوير التحويل الكهربائي والحراري للطاقة الشمسية هو تقنية تخزين تلك الطاقة للاستفادة منها أثناء فترة احتجاب الإشعاع الشمسي. وهناك عدة طرق تقنية لتخزين الطاقة الشمسية تشمل التخزين الحراري الكهربائي والميكانيكي والكيميائي والمغناطيسي. وتعد بحوث تخزين الطاقة الشمسية من أهم مجالات التطوير اللازمة في تطبيقات الطاقة الشمسية وانتشارها على مدى واسع، حيث أن الطاقة الشمسية رغم أنها متوفرة إلا أنها ليست في متناول اليد وليست مجانية بالمعني المفهوم. فسعرها الحقيقي عبارة عن المعدات المستخدمة لتحويلها من طاقة كهرومغناطيسية إلى طاقة كهربائية أو حرارية . وكذلك تخزينها إذا دعت الضرورة . ورغم أن هذه التكاليف حالياً تفوق تكلفة إنتاج الطاقة التقليدية إلا أنها لا تعطي صورة كافية عن مستقبلها بسبب أنها أخذة في الانخفاض المتواصل بفضل البحوث الجارية والمستقبلية .
بما أن الطاقة الشمسية تعتبر من المجالات والتخصصات العلمية الحديثة حيث يعود تاريخ الاهتمام بالطاقة الشمسية كمصدر للطاقة في بداية الثلاثينات حيث تركز التفكير حين ذاك علي إيجاد مواد وأجهزة قادرة على تحويل طاقة الشمس إلى طاقة كهربائية وقد تم اكتشاف مادة تسمى السيليسيوم التي تتأثر مقاومتها الكهربائية بمجرد تعرضها للضوء وقد كان هذا الاكتشاف بمحض الصدفة حيث أن أساس البحث كان لإيجاد مادة مقاومتها الكهربائية عالية لغرض تمديد كابلات للاتصالات في قاع المحيط الأطلسي.
واخذ الاهتمام بهذه الظاهرة يتطور حتى بداية الخمسينات حين تم تطوير شرائح عالية القوة عن مادة السليكون تم وضعها بأشكال وأبعاد هندسية معينة وقادرة على تحويل أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية بكفاءة تحويل (6?) ولكن كانت التكلفة عالية جداً ، هذا وقد كان أول استخدام للألواح الشمسية المصنعة من مادة السليكون في مجال الاتصالات في المناطق النائية ثم استخدامها لتزويد الأقمار الصناعية بالطاقة الكهربائية حيث تقوم الشمس بتزويد الأقمار الصناعية بالطاقة الكهربائية حيث تكون الشمس ساطعة لمدة (24) ساعة في اليوم ولازالت تستخدم حتى يومنا هذا ولكن بكفاءة تحويل تصل إلى ( 16?) وعمر افتراضي يتجاوز العشرين عاماً.
ثم تلت فترة الخمسينات والستينات فترة مهمة أخرى في مجال الاهتمام بالطاقة الشمسية كمصدر بديل للطاقة وفي النصف الثاني للسبعينات حينما أعلن العرب حظر تصدير النفط إلى الغرب بدأت دول عديدة تعطي اهتمام بالغ بالطاقة الشمسية واستخدامها وقد أثمرت هذه الفترة في نشر وتطور تكنولوجيا الطاقة الشمسية حيث انتشر استخدامها في مجالات عديدة مثل: الاتصالات - والنقل - والإنارة ... وغيرها ، وقد أصبحت الطاقة الكهربائية المولدة من الشمس في المناطق التي تكون فيها الطاقة الشمسية عالية مثل اليمن تنافس المصادر التقليدية للطاقة من ناحية التكلفة الاقتصادية ويتطلب ذلك تصميم أنظمة الطاقة الشمسية المتكاملة لتوليد وخزن الكهرباء ومن ثم تحويلها من تيار مستمر إلى تيار متردد مثل الكهرباء التي نستخدمها في منازلنا جميعاً ، ويبقى الدور المهم في كيفية نشر المعارف العلمية والتطبيقية بأهمية الطاقة الشمسية بين أوساط الطلاب في المرحلة الجامعية فما فوق وكيفية تطوير ونقل التكنولوجيا بأساليب سهلة وتكلفة اقتصادية ممكنة بحيث تساهم في حل بعض المشكلات الناجمة عن نقص الطاقة

تعليقات

المشاركات الشائعة من هذه المدونة

كيف يمكن الحصول على DOI ? How to get DOI of your article ???

"كيس واحد من (Doritos) فيه من المواد الحافظة ما يكفي لتحنيط كلب صغير".

عروسان يفاجئان الضيوف بدعوة 30 حيوانًا إلى زفافهما: ثعلب وثعبان وعقرب وبومة وراكون