منوعات

تصنيفات الطاقة الشمسية حسب تكنولوجيا استخدامها

استخدام الطاقة الشمسية بشكل مفيد

هي من الطاقات المتجددة، يتم الحصول عليها عن طريق استخدام الإشعاع الكهرومغناطيسي من الشمس. وقد استخدم البشر الطاقة الشمسية التي تصل إلى الأرض منذ العصور القديمة، بتقنيات مختلفة تطورت في الوقت الحاضر.

حيث يمكن استخدام حرارة الشمس وضوءها من خلال أجهزة استشعار مختلفة، مثل الخلايا الكهروضوئية أو الهليوستاتس أو مجمعات الطاقة الشمسية، ويمكن تحويلها إلى طاقة كهربائية أو حرارية. وهي واحدة من الطاقات النظيفة، التي يمكن أن تساعد في حل بعض المشاكل الحالية الأكثر إلحاحًا التي تواجه الكائنات الحية.

تصنيف تقنيات الطاقة الشمسية

تصنف على أنها سلبية أو نشطة اعتمادًا على كيفية التقاطها وتحويلها وتوزيعها. وتشمل التقنيات النشطة استخدام الألواح الكهروضوئية والمجمعات الحرارية الشمسية لجمع الطاقة. ومن بين التقنيات السلبية، هناك تقنيات مختلفة مؤطرة في العمارة المناخية الحيوية، مثل اتجاه المباني إلى الشمس، أو اختيار المواد ذات الكتلة الحرارية المواتية أو التي لها خصائص تشتت الضوء.

وفي عام 2011م، ذكرت وكالة الطاقة الدولية أن تطوير تقنيات الطاقة الشمسية النظيفة والرخيصة وغير المنضبة سيكون له فائدة كبيرة على المدى الطويل. وسيزيد أمن الطاقة للبلدان من خلال استخدام مصدر طاقة محلي لا ينضب، ويزيد الاستدامة ويقلل التلوث، ويقلل من تكاليف التخفيف من تغير المناخ، ويمنع ارتفاع أسعار الوقود الأحفوري المفرطة.

مصادر الطاقة الشمسية

إن أكثر مصادر الطاقة الشمسية تطورًا اليوم هو الطاقة الشمسية الكهروضوئية. ووفقًا لتقارير منظمة السلام الأخضر، فإن الطاقة الشمسية الكهروضوئية يمكن أن توفر الكهرباء لثلثي سكان العالم في عام 2030م. وبفضل التقدم التكنولوجي والتطور، تم تخفيض تكلفة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بشكل مطرد منذ تصنيع الخلايا الشمسية التجارية الأولى.

مما أدى بدوره إلى زيادة الكفاءة وبتكلفة متوسطة،حيث إن توليد الكهرباء قادر على المنافسة بالفعل مع الطاقات غير المتجددة في عدد متزايد من المناطق الجغرافية، حيث يصل إلى تكافؤ الشبكة. كما أن تكنولوجيات الطاقة الشمسية الأخرى، مثل الطاقة الشمسية الحرارية، تقلل من تكاليفها بشكل كبير.

كمية الطاقة الشمسية التي تصل للأرض

تستقبل الأرض 174 بيتوات من الإشعاع الشمسي الوارد، من أعلى طبقة في الغلاف الجوي. ويعود حوالي 30٪ إلى الفضاء، بينما تمتصه السحب المتبقية والمحيطات والكتل الأرضية. حيث أن الطيف الكهرومغناطيسي للطاقة الشمسية يتكون من الضوء المرئي ونطاقات الأشعة تحت الحمراء مع جزء صغير من الأشعة فوق البنفسجية. وتختلف قوة الطاقة الشمسية وفقًا للوقت من اليوم، والظروف الجوية وخط العرض.

وفي ظل ظروف الطاقة الشمسية المقبولة، تساوي الطاقة حوالي 1000 وات / م² على سطح الأرض. حيث تبقى الطاقة الشمسية التي تمتصها المحيطات والكتل البرية على السطح بدرجة حرارة 14 درجة مئوية، وبالنسبة للنباتات الخضراء، يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية، تنتج الغذاء والخشب والكتلة الحيوية، والتي تستمد منها أيضًا الوقود الأحفوري.

تطوير الطاقة الشمسية

كان التطور المبكر لتقنيات الطاقة الشمسية، الذي بدأ في ستينيات القرن التاسع عشر، مدفوعًا بتوقع أن الفحم سيقل قريبًا. لكن الركود في تطوير الطاقة الشمسية في بداية القرن العشرين بسبب التوافر المتزايد واقتصاد الحجم الكبير للمصادر غير المتجددة مثل الفحم والنفط.

وفي عام 1974م، قدر أن ستة منازل فقط في أمريكا الشمالية كانت مدعومة بأنظمة الطاقة الشمسية. ومع ذلك، أدت أزمة النفط عام 1973م، و عام 1979م، إلى تحول كبير في سياسة الطاقة في جميع أنحاء العالم وركزت مرة أخرى على تقنيات الطاقة الشمسية الناشئة.

تكنولوجيا واستخدامات الطاقة الشمسية

الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء

تصنيف الطاقة الشمسية حسب التقنيات والاستخدام المقابل لها إلى:

الطاقة الشمسية النشطة:

يتم استخدامها في درجات الحرارة المنخفضة (بين 35 درجة مئوية و 60 درجة مئوية)، ويتم استخدامها في المنازل، ودرجة حرارة متوسطة تصل إلى 300 درجة مئوية، ودرجة حرارة عالية تصل إلى 2000 درجة مئوية. يتم تحقيق من درجة الحرارة العالية عن طريق ضوء الشمس الساقط على المرايا، والتي يتم توجيهها إلى عاكس يجلب الأشعة إلى نقطة معينة.

الطاقة الشمسية السلبية:

استفد من حرارة الشمس دون الحاجة إلى آليات أو أنظمة ميكانيكية.

الطاقة الشمسية الحرارية:

تستخدم لإنتاج الماء الساخن بدرجة حرارة منخفضة للاستخدام الصحي والتدفئة.

الطاقة الشمسية الكهروضوئية:

يتم استخدامها لإنتاج الكهرباء عن طريق صفائح أشباه الموصلات التي يتم تعديلها بواسطة الإشعاع الشمسي.

الطاقة الشمسية (الحرارية) المركزة:

تُستخدم لإنتاج الكهرباء بدورة حرارية ديناميكية تقليدية من مائع ساخن إلى درجة حرارة عالية (زيت حراري).

الطاقة الشمسية الهجينة:

يتم فيها الجمع بين الطاقة الشمسية والطاقة الأخرى. اعتمادًا على الطاقة التي يتم دمجها بها، فهي عبارة عن تهجين بين:

  • الطاقة المتجددة: الكتلة الحيوية وطاقة الرياح.
  • الطاقة غير متجدد: الوقود الأحفوري.

الطاقة الشمسية للرياح:

تعمل مع الهواء الذي تسخنه الشمس والذي يرتفع عبر مدخنة حيث توجد المولدات.

الطاقة الشمسية السلبية

تكنولوجيا الطاقة الشمسية السلبية هي مجموعة من التقنيات التي تهدف إلى تسخير الطاقة الشمسية مباشرة، دون تحويلها إلى نوع آخر من الطاقة، للاستخدام الفوري أو للتخزين دون الحاجة إلى أنظمة ميكانيكية أو إمدادات طاقة خارجية، وعلى الرغم من أنها قد تستكمل بها لتنظيمها.

وتشمل تكنولوجيا الطاقة الشمسية السلبية أنظمة ذات مكاسب مباشرة وغير مباشرة لتسخين الفضاء، وأنظمة تسخين المياه القائمة على الطارد الحراري، واستخدام الكتلة الحرارية ومواد تغيير الطور لتنعيم التقلبات في درجة حرارة الهواء، وأجهزة الطهي الشمسية.

الطاقة الشمسية الحرارية

تتكون الطاقة الحرارية الشمسية من تسخير طاقة الشمس لإنتاج الحرارة التي يمكن استخدامها لطهي الطعام أو إنتاج الماء الساخن للاستهلاك المحلي للمياه، سواء كان ذلك للمنزل أو للتدفئة أو لإنتاج الطاقة الميكانيكية ومنها الطاقة الكهربائية.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدامه لتشغيل آلة التبريد بالامتصاص، والتي تستخدم الحرارة بدلاً من الكهرباء لإنتاج البرد الذي يمكن تكييف الهواء في المبنى.

تصنيف مجمعات الطاقة الحرارية الشمسية:

تصنف إلى مجمعات درجة حرارة منخفضة ومتوسطة وعالية وهي:

طاقة شمسية حرارية منخفضة الحرارة:

يتكون التركيب الحراري الشمسي ذو درجة الحرارة المنخفضة من مجمعات شمسية، ودائرة أولية وثانوية ومبادل حراري ومركم وأوعية تمدد وأنابيب.

طاقة شمسية حرارية متوسطة الحرارة:

يمكن أن تستخدم تركيبات درجة الحرارة المتوسطة تصميمات مختلفة، وأكثر التصميمات شيوعًا هي: ضغط جلايكول، استنزاف خلفي وأنظمة الدفعات وأنظمة ضغط منخفض متسامحة أحدث تجميد باستخدام أنابيب ضخ المياه التي تحتوي على البوليمر.

طاقة شمسية حرارية عالية الحرارة:

وفيها درجات الحرارة أقل من 95 درجة مئوية،وهي كافية لتسخين المكان، في هذه الحالة يتم استخدام المجمعات المسطحة من النوع غير المكثف بشكل عام. بسبب الخسائر الحرارية العالية نسبيًا من خلال الزجاج، تفشل المجمعات المسطحة في الوصول إلى أكثر من 200 درجة مئوية.

الطاقة الشمسية الضوئية

تستطيع الطاقة الشمسية الكهروضوئية من الحصول على الكهرباء، ويتم الحصول عليها مباشرة من الطاقة الشمسية باستخدام جهاز يسمى الخلية الكهروضوئية، أو عن طريق إيداع المعادن على ركيزة تسمى خلية شمسية رقيقة.

وفقًا لتقارير غرينبيس، ستتمكن الخلايا الكهروضوئية من توفير الكهرباء لثلثي سكان العالم في عام 2030م، ووفقًا لدراسة نشرها مجلس الطاقة العالمي في عام 2007م، ستكون 70٪ من الطاقة المستهلكة من أصل شمسي بحلول عام 2100م.

مراكز البحوث حول الطاقة الشمسية

  • مركز الطاقة والبيئة والبحوث التكنولوجية.
  • منصة ألمرية للطاقة الشمسية (PSA) معهد الطاقة الشمسية التابع لجامعة البوليتكنيك بمدريد.
  • معهد الضوئية برلين في ألمانيا (ISE) .Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems
  • مختبر الطاقة المتجددة NREL في الولايات المتحدة.
  • مركز دراسة الطاقات المتجددة في المكسيك Procédés وMatériaux et Energie Solaire (PROMES)في فرنسا.

المراجع:

https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_solar

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

زر الذهاب إلى الأعلى