الهندسة الكهربائية

الطاقة الشمسية

 اصبح توجه شركات العالم الى الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية Solar Energy وطاقة الرياح والطاقة من جوف الارض وغيرها من مصادر الطاقة المتجددة او الطاقة البديلة وذلك بسبب تطور العالم واصبحنا بحاجة ملحة الى مصادر جديدة للطاقة الكهربائية لكي تلبي احتياجاتنا في الصناعة والمنازل والفنادق وفي هذه المقالة سوف نخصص دراستنا في مجال الطاقة الشمسية وكيف اسهمت في تحقيق نجاح على المستوى البيئي والصناعي والتجاري حول العالم. ان مصدر الطاقة الشمسية كما هو مبين من اسمها من الشمس وبالتالي فهي لا تنفذ ويمكننا الحصول على مصدر نظيف للطاقة الكهربائية دون حرق المشتقات النفطية فكان قديما يستخدم الديزيل والغاز لتوليد الكهرباء وهذا له الاضرار الكبيرة على البيئة بسبب الغازات السامة واستنزاف لهذه المشتقات التي سوف تنتهي يومًا ما.

اهمية ومميزات الطاقة الشمسية

  • الاستمرارية والديمومة فهي مصدر لا ينتهي من الطاقة الكهربائية ويمكن استغلال اشعة الشمس لتوليد لكهرباء بمعدل قد يصل الى 15 ساعة يوميًا.
  • بفضل العلم والتكنولوجيا اجهزة وادوات نظام الطاقة الشمسية لا تصدر انبعاثات بيئية سامة ولا يتنج عنها مستوى ضجيج ملحوظ.
  • التخلص من عبئ خطوط توزيع شبكة الاسلاك في المدن والقرى فيمكن ان الاكتفاء من النظام الشمسي.
  • امكانية تخزين الطاقة الكهربائية في بطاريات خاصة لاستخدامها في الليل.
  • تكاليف النظام الشمسي منخفضة ولا تحتاج الى صيانة دورية بسبب قلة الاجزاء التي من الممكن ان تتلف.
  • من الشائع ان نراها تستخدم بكثرة في المناطق النائية والبعيدة عن خطوط توزيع الكهرباء المحلية مثل المزارع والمناطق البعيدة.
  • تستخدم وحدات بسيطة من الطاقة الشمسية للانارة ومصادر تغذية للاجهزة الالكترونية وايضًا اصبحت تستخدم في المنازل على نطاق واسع.
  • في المركبات الفضائية يتم تركيب نظام شمسي لتزويد لمركبات الفضائية بالطاقة الكهربائية اللازمة.

مكونات نظام الطاقة الشمسية

اي نظام طاقة شمسية في العالم يجب ان يحتوي على مجموعة من الاجهزة والادوات المرتبطة ببعضها البعض لبناء نظام طاقة شمسية وان اي خلل في اجزاء النظام يؤثر سلبا على انتاج الطاقة الكهربائية وهي على النحو التالي:

1 – الالواح الشمسية Solar Panels وهي تمثل الجزء الرئيسي في عملية انتاج الطاقة وهي عبارة عن اللواح كهروضوئية مصنعة من مواد متينة قادرة على تحمل حرارة الصحراء وبرودة الطقس وضد الكسر والماء, وبعض الانواع منها مرن يمكن ان يُلصق على الاسطح المائلة. وتكون هذه الالواح مصممة بأبعاد هندسية معينة وقدرات كهربائية مختلفة واصبحت الشركات الرائدة تتنافس في مجال الطاقة المتجددة واختراع اللواح لها قدرات اعلى عن مثيلاتها سابقًا.

2 – العاكس Inverter وهو الجهاز الكهربائي المسؤول عن تحويل التيار الكهربائي المستمر الى تيار كهربائي متناوب يمكن استخدامها في التطبيقات الصناعية او المنزلية وذلك لان الكهرباء الناتجة من اللوح مباشرة لا يمكن استخدامها بشكل مباشر فنحتاج تحويلها الى 110 او 220 فولت. ويمكن من العاكس استخدام الكهرباء مباشرة او شحن بطاريات خاصة وذلك تبعا لطريقة لتوصيل النظام.

3 – الهيكل المعدني Metal structure وهي القواعد الحديدة التي ترتكز عليها الالواح الشمسية لثبيتها جيدًا من السقوط اثر سرعة الهواء وتكون مصممة بحيث تتحمل سرعات الرياح العالية ويكون الهيكل المعدني مثبتًا على قواعد اسمنتية قوية او على ارض صلبة ويمكن تثبيت الالواح مباشرة على بعض انواع السطوح مثل الكرميد وغيرها.

4 – الكوابل والاسلاك, يوجد عدة انواع من الكيبلات والاسلاك النحاسية التي تستخدم لبناء نظام طاقة شمسية وتختلف في السماكات والمواصفات الداخلية بعض هذه الاسلاك مخصص لربط الالواح وبعضها للنقل وغيرها من الاستخدامات.

5 – البطاريات, من أجل تخزين الطاقة الكهربائية المتولدة من الشمس لا بد من استخدام بطاريات مخصصة لتخزين كمية كبرة من الشحنات وللاستخدام في التطبيقات المختلفة وتختلف البطاريات في السعات التخزينية والمواد المصنوعة منها وعادة تكون البطاريات مصممة للعمل في معظم الظروف الجوية الصعبة.

والصورة التالية توضح نظام طاقة شمسية على احد اسطح المنازل:

الطاقة الشمسية

سلبيات الطاقة الشمسية

بالرغم من ان الاشعاع الشمسي من مصادر الطاقة المتجددة ولكن يوجد القليل من الجوانب السلبية وهي على النحو التالي:

  1. ارتفاع اسعار البطاريات المستخدمة في انظمة الطاقة الشمسية لانها ذات خصائص واحجام كبيرة وحاجتها الى تبديل كل فترة زمنية.
  2. كفاءة اللواح الطاقة الشمسية قليلة فتحتاج الى عدد كبير من اللوحات عند تشغيل تطبيقات كبيرة مثل المصانع ولكنها تطور بشكل مستمر.
  3. الغبار والغيوم والظل ثلاث عوامل تسبب بشكل مباشر على ضعف انتاجية الخلايا الشمسية لذلك الخلايا تحتاج الى تنظيف بشكل مستمر ووجود اجواء صافية لان الغيوم تحجب اشعة الشمس.
  4. تعرض الالواح الى الحرارة العالية جدا والحرارة المنخفضة جدا يسبب ضعف في الخلايا الشمسية.
  5. بعض الدول لا تشرق فيها الشمس كثيرًا وهذا يؤدي الى ضعف في كمية الانتاج الكهربائي.