كل مايدور في ذهنك حول أنظمة الطاقة الشمسية
كتبت : آية مصطفى
ما هي الطاقة الشمسية ؟؟؟
ما هي أنواعها وكيفية التركيب والمكونات ؟؟
كل هذا وأكثر سوف نناقشه سويا في هذا المقال الطاقة الشمسية وأهميتها Solar Energy
لقد سمع العديد منا عن الطاقة الشمسية حيث انها باتت الشغل الشاغل حاليا وأصبح الحديث عنها كثيرا ولا يخفى عن الكثير ان الطاقة الشمسية أصبحت مصدرا مهما للكهرباء داخل مصر وخارجها.
تعتبر الطاقة الشمسية مصدرا مهما من مصادر الطاقة المتجددة والنظيفة وتعرف الطاقة الشمسية بأنها الطاقة المنبعثة من الشمس وتكون على شكل أشعة ضوئية و أشعة حرارية وقد قام الإنسان قديما باستغلال هذه الطاقة باستخدام التكنولوجيا التي تتطور بشكل مستمر ومن ضمن تقنيات الطاقة الشمسية الطاقة الكهربية والطاقة الحرارية المستخدمة في التسخين او عملية التحويل الميكانيكي للحركة وكذلك التصميمات المعمارية التى تعتمد على استغلال واستخدام الطاقة الشمسية وهذه التقنيات تستطيع بشكل بارز المساهمة في حل بعض المشكلات التى تواجه العالم.
للطاقة الشمسية أهمية كبيرة في وجود الحياة على سطح الأرض حيث أنها توفر الطاقة الحرارية التي تعمل على إبقاء الجو دافئ وتوفر الضوء من خلال الأشعة المنبعثة منها ولها أهمية أيضا كطاقة متجددة ونظيفة حيث انه يتم توليد الطاقة الحرارية منها حيث تستخدم في التدفئة في المنازل وتسخين سخانات المياه وكذلك توليد الكهرباء عن طريق الخلايا الشمسية وتستخدم أيضا في تحلية المياه وإنتاج الهيدروجين النظيف والمتجدد وتعد الطاقة الشمسية مصدرا للطاقات المتجددة الاخرى ايضا.
ومن أهم التطبيقات للطاقة الشمسية زراعة البساتين والنباتات وكذلك التخطيط المدنى والمعمارى والتفاعلات الكيميائية الشمسية وايضا الاضاءة الشمسية وتوليد الكهرباء وهذا التطبيق بالأخص سوف نناقشه في هذا المقال.
الطاقة الشمسية وتوليد الكهرباء
هناك سؤال يدور في ذهن العديد من المواطنين وهو كيف يتم توليد الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة وبالأخص من الطاقة الشمسية ؟؟.
يتم توليد الطاقة الكهربية من الطاقة الشمسية التي تكون أقل تكلفة مقارنة بالطاقة التقليدية من المازوت والوقود والسولار حيث يتم عمل محطات طاقة شمسية تعمل عن طريق امتصاص ضوء الشمس من خلال الألواح الشمسية ويتم تحويلها إلى طاقة كهربية ومن الممكن توصيل عدة ألواح حيث كلما زاد عدد الألواح زاد مقدار الطاقة الكهربية المتولدة من الممكن تركيب محطات الطاقة الشمسية داخل المنزل حيث يتم تحويل ضوء الشمس إلى تيار كهربى مستمر يستخدم في الإنارة وجميع الأغراض المنزلية وتستخدم أيضا محطات الطاقة الشمسية حاليا في الري والزراعة ومعظم الفنادق والشركات.
قد أصبحت الطاقة الشمسية مصدرا مهما للكهرباء لذلك تم بناء محطة بنبان للطاقة الشمسية بأسوان وهى تعد من أضخم محطات الطاقة الشمسية بالعالم وأكبر محطة لتوليد الكهرباء من الطاقة الشمسية بقارة افريقيا وتضم 32 محطة تبلغ قدرة كل منهما 50 ميجا وات واضيف إنتاج هذه المحطة الى الشبكة القومية الموحدة للكهرباء.
أنواع ومكونات أنظمة الطاقة الشمسية
لا تختلف الانظمة للطاقة الشمسية في المبادئ الاساسية حيث تعمل الواح الطاقة الشمسية(PV) على تحويل ضوء الشمس إلى تيار مستمر وذلك عن طريق التأثير الضوئي ويمكن تخزين هذه الطاقة المتولدة في بطاريات ويمكن ايضا تحويلها الى تيار متردد لتستخدم في الاجهزة المنزلية وذلك عن طريق استخدام عاكس شمسي.
قد تصنف الأنظمة الفوتوفولتية “انظمة الطاقة الشمسية” إلى
- أنظمة الطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة (on grid) :يعتبر النظام الشمسى المرتبط بالشبكة أكثر استخداما وشيوعا من قبل الشركات والمنازل. لا تستخدم البطاريات في هذا النظام ولكن يستخدم اما عاكسات دقيقة أو محولات للطاقة الشمسية ويتم ربط هذا النظام بشبكة الكهرباء القومية حيث يتم تصدير الفائض من الطاقة المولدة إلى الشبكة الكهربية حيث من الممكن الحصول على ارصدة او رسوم مقابل الطاقة المصدرة للشبكة ومن المهم معرفة أن النظام الشمسى المتصل بالشبكة لا يستطيع توليد الكهرباء أو العمل عند حدوث قطع في التيار الكهربي وعند حدوث مشكلة في النظام الشمسى المتصل بالشبكة تستطيع استيراد واستهلاك كهرباء من الشبكة حيث يضمن لك هذا النظام وجود كهرباء دائمة سواء كان نظامك الشمسي ينتج كهرباء أم لا.
- انظمة الطاقة الشمسية الغير متصلة بالشبكة (off grid):يعتمد هذا النظام اعتمادا كاملا على الشمس و الطاقة المخزنة في البطاريات حيث أنه في حالة حدوث غيوم تقل الطاقة الكهربية الناتجة من الشمس وتكاد تنعدم أيضا وكذلك يحتاج هذا النظام الى مولد للعمل ليلا في حالة عدم وجود بطاريات أو فراغ الطاقة المخزنة ويجب تصميم هذا النظام بشكل مناسب خارج الشبكة للحصول على طاقة كهربية كافية. وتكون الانظمة الشمسية الغير متصلة بالشبكة اعلى تكلفة من الانظمة الشمسية المرتبط بالشبكة وذلك لانها تحتوى على بطاريات ومحولات عالية السعر لذلك تستخدم فقط في المناطق البعيدة.
- انظمة الطاقة الشمسية الهجينة (Hybrid Solar Energy):تعرف انظمة الطاقة الشمسية الهجينة بأنها مزيج من النظام الشمسى المتصل بالشبكة والنظام الشمسي خارج الشبكة ويمكن أيضا تعريفها على أنها نظام طاقة شمسي متصل بالشبكة ومضاف إلية بطاريات احتياطية تستخدم في تخزين الطاقة لكي تستخدم لاحقا لذلك من الممكن عمل معظم الانظمة الشمسية الهجينة كمصدر احتياطي للطاقة عند حدوث قطع في التيار الكهربي.
أهم مكونات أنظمة الطاقة الشمسية
نحن نعلم أنه يتم توليد الكهرباء من الشمس عن طريق امتصاص الخلايا الشمسية لأشعة الشمس وتعرف الظاهرة الكهروضوئية والتيار الناتج يكون تيار مستمر (DC Current) ويتم تحويله إلى تيار متردد (AC Current)حتى يمكن استخدامه بالمنازل.يتكون نظام الطاقة الشمسي من مكونات عديدة ويوجد ايضا الكثير من العلامات التجارية التى يتم اختيار الأنسب منها.
المكونات الرئيسية لأنظمة الطاقة الشمسية:
- الخلايا الشمسية (PV Solar Cell):
تصنع الخلايا الشمسية من مواد شبه موصلة للكهرباء مثل السيليكون وتتكون الخلية الشمسية من وصلة ثنائية اى من طرف موجب يعرف بالاندو وطرف سالب يعرف بالكاثود ويوجد ثلاثة أنواع الخلايا الشمسية وهما خلايا السيليكون البلورى وخلايا الفيلم الرقيق وخلايا النانو الهيكلي وتعتبر الألواح الشمسية هى أكثر عنصر واضح ومعروف بالنسبة للنظام الشمسي وتعمل عن طريق تحرير الالكترونات من سطح الألواح عن طريق الخلايا بواسطة الإشعاع الشمسي ويتولد تيار كهربي مستمر ومن المهم معرفة أنه يتم توليد الكهرباء من ضوء الشمس وليس الحرارة الناتجة من الشمس وأن هذه الحرارة تضعف عمل الخلية وتقلل من كفاءتها ومن اشهر العلامات التجارية للالواح الشمسية (Jinko/Trina)ومعظم المحطات الشمسية بمصر تستخدم هذه الماركات لأن أداءها جيد وأسعارها معقولة.
- العاكسات (Inverters):
يوصف العاكس بقلب نظام الطاقة الشمسية ويعرف باسم وحدة التكيف وهو جزء مهم جدا حيث يقوم بتحويل التيار المستمر الناتج من الخلايا الشمسية إلى تيار متردد وكهرباء جهدها 240 فولت وهو يمد جميع الأجهزة المتصلة بالنظام الشمسي بالكهرباء وهو أكثر جزء يعمل في المنظومة الشمسية لذلك معرض أن يكون به عيوب ومشاكل دائما ولا يتعدى ضمانه 10 سنوات ومن أفضل الماركات التجارية للعاكسات (Sungrow/Fronius/ABB/SolarEdge)وتكون هذه الماركات عالية الجودة ومن السهل صيانتها. - البطاريات (Batteries):
تقوم البطاريات في انظمة الطاقة الشمسية بتخزين الطاقة الكهربية التى تنتجها الألواح الشمسية طول النهار ويستفاد من الطاقة الكهربية المخزنة في البطاريات عند غياب الشمس بالليل وتستخدم البطاريات في المنازل أو المنشآت التي تغدى بنظام شمسي غير متصل بالشبكة العامة للكهرباء وعند التعامل مع البطاريات نحتاج إلى معرفة ثلاث أشياء مهمة وهى الجهد الكهربائى ويقاس بالفولت والتيار الكهربائى ويقاس بالامبير والقدرة الكهربية للبطارية وتقاس بالوات ومن المعروف أن تكلفة البطاريات عالية جدا ويوجد ثلاث انواع بطاريات الطاقة الشمسية وهما بطاريات التخزين نيكل -كادميوم وبطاريات حمضية ذات ألواح الرصاص المغمورة وبطاريات الرصاص الغير مغمورة. - الكماليات والحوامل
معدات التأريض وحوامل تثبيت الألواح وصناديق تجميع التوصيلات والكابلات و عدادات الطاقة ومفاتيح الفصل ومنها مفتاح فصل التيار المستمر ومفاح فصل تيارللعاكس ومفتاح فصل التيار المتردد للعاكس وعهد وجود بطاريات يوجد مفتاح فصل البطاريات وهيكل لتوضع فيه ومتحكم شحن. - الإجهاد:
يعتبر مكون رئيسي لنظام الطاقة الشمسي وهو عبارة عن الارفف والتركيب والذي يربط الألواح الشمسية بشكل آمن بالسقف.
يجب حسن اختيار الشركات التى تقوم بعمليات التركيب وان تكون لها سمعة جيدة وجودة عالية في التركيب لأن هناك بعض الشركات تعتمد على الكمية التى تقوم بتركيبها اكثر من اعتمادها على الجودة حيث انها تسرع في تركيب محطات طاقة شمسية متعددة يوميا وفي النهاية من الممكن أن تعرض منزلك او محطة الري لديك للخطر لذلك عليك التفكير جيدا قبل اختيار الشركة التى تأمنها على تنفيذ مشروعك.
أهم مزايا وعيوب الطاقة الشمسية
ليس هناك شك أن الشمس تعتبر مصدرا قويا لإنتاج الطاقة ومن الجدير بالذكر ايضا ان الطاقة الموفرة من الشمس لمدة ساعة تكون كافية لتلبية احتياجات وأغراض الطاقة العالمية لمدة سنة واحدة وبالرغم من أننا غير قادرين على تجميع ولو جزء بسيط من طاقة الشمس الا ان انتاج الطاقة عن طريق استخدام الألواح الشمسية قد تحدث فرقا واضحا على كوكب الأرض.
مميزات الطاقة الشمسية
- من أهم مزايا الواح الطاقة الشمسية انها تعتبر مصدر نظيفا ومتجددا للطاقة ويمكن الاستفادة منها في جميع المناطق بالعالم وتكون متوافرة بشكل يومى ولا يمكن أن تنفذ.
- انخفاض دفع الفواتير الكهربية وذلك بسبب تلبية جميع الاحتياجات المطلوبة من الطاقة الكهربية المتولدة من نظام الطاقة الشمسية ومن الممكن ايضا الربح عن طريق تصدير الفائض من الطاقة إلى شبكة الكهرباء العمومية.
- توجد تطبيقات عديدة للطاقة الشمسية مثل استخدامها في توليد الطاقة الكهربية وانتاجها في الأماكن البعيدة التى لا يوجد بها شبكة للطاقة الكهربية والطاقة الحرارية أيضا وتستخدم في تقطير المياه وتستخدم في تشغيل القمر الصناعي.
- لا تحتاج انظمة الطاقة المتولدة من الشمس صيانة كثيرة ومن المهم المحافظة عليها نظيفة وتنظيفها عدة مرات لأن ذلك سيحافظ عليها ويفي بالغرض ومن الممكن الاعتماد على الشركات المتخصصة في التنظيف وتقدم الشركة المصنعة لألواح الطاقة الشمسية ضمانا موثوقا لمدة 20 او 25 عام ويكون العاكس الجزء الوحيد نظام الطاقة الشمسي الذي يحتاج إلى تغيير وذلك بعد 5 او 10 سنوات من التركيب وذلك لأنه يعمل بشكل دائم على تحويل الطاقة المنبعثة من الشمس إلى ضوء وحرارة وكذلك تحتاج الكابلات ايضا الى الصيانة.
- التطوير التكنولوجي حيث تتقدم وتتطور التكنولوجيا في صناعة وتوظيف الطاقة الشمسية بشكل مستمر وسوف تكشف عن تطورات اخرى بالمستقبل حيث من الممكن أن الابتكار والتطوير في تكنولوجيا النانو وفيزياء الكم ان يزيد من اداء الالواح الشمسية ومضاعفة الكهرباء المولدة منها.
عيوب الطاقة الشمسية
- لشراء وتركيب نظام شمسى تكون التكلفة المبدئية عالية ويكون شامل سعر الأسلاك والتركيب والعاكس والألواح الشمسية والبطاريات ولكن التقنيات للطاقة الشمسية تتطور بشكل مستمر لذلك من الممكن افتراض انخفاض الأسعار في المستقبل.
- تأثر الطاقة الشمسية بالطقس بالرغم من أنه من الممكن تجميع الطاقة الشمسية في الأيام المليئة بالمطر والغيوم إلا ان تنخفض الكفاءة للنظام الشمسي أثناء الغيوم والمطر.
- تعتبر عملية التخزين للطاقة الشمسية عالية التكلفة لذلك من الأفضل استخدامها أثناء التوليد ومن الممكن تخزينها في البطاريات الكبيرة حيث يتم شحنها واستخدامها في الأنظمة الغير متصلة بالشبكة وتستخدم هذه البطاريات بالليل وتعتبر حلا لاستخدام الطاقة الكهربية المولدة من الشمس اليوم باالكامل ولكن تكون مكلفة جدا.
- تحتاج إلى مساحات كبيرة حيث عندما تزداد كمية الطاقة الكهربية المولدة يزداد عدد الواح الطاقة الشمسية المستخدمة وتحتاج هذه الألواح إلى مساحات كبيرة.
- هناك تلوث مرتبط بنظام الطاقة الشمسي ويكون قليل جدا مقارنة بالتلوث الناتج من المصادر الاخرى للطاقة حيث ارتبطت عملية نقل وتركيب الأنظمة للطاقة الشمسية بانبعاث بعض من الغازات وهناك ايضا بعض من المنتجات الخطرة والمواد السامة التى تستخدم عند تصنيع أنظمة الطاقة الكهروضوئية التى تؤثر بطريقة غير مباشرة على البيئة.
هل أثار هذا المقال فضولك واهتمامك نحو معرفة المزيد عن الطاقة الشمسية والطاقة الكهربية المولدة منها ؟؟
حسنا .. سوف نقدم لك بعض الكتب المهمة في مجال الطاقة الشمسية والتى تجيب على كل مايدور في ذهنك من أسئلة حول أنظمة الطاقة الشمسية.
البطارية النووية تفتح المجال لسؤال : هل من الممكن وجود بطاريات تولد الكهرباء بكفاءة عالية و تعمل مئات السنين؟ الإجابة هي نعم، في ظل اتجاه العالم الآن نحو البحث عن مصادر الطاقة البديلة والمستدامة. يوجد الكثير من مصادر استهلاك الكهرباء، والتي تتعدد ما بين أجهزة كهربائية وغيرها، وفي هذا المقال سوف تتعرف على أكثر الأجهزة الكهربائية استهلاكا للكهرباء، بالإضافة إلى معرفة طرق ترشيدها. تغير المناخ من المشاكل التي تفاقمت بعد ازهار الثروة الصناعية بسبب ما تؤديه من تغيرات في الجو وتغير في نسب الغاز، ويوجد الكثير من الآثار المترتبة على تغير المناخ مثل مشكلة نقص الغذاء. القمر هو المكان الوحيد الذي وطأت عليه القدم البشرية، ويعتبر هو أقرب جيران كوكب الأرض من عالم الفضاء، ولولا وجوده ما استمرت الحياة البشرية على كوكب الأرض يعتمد هذا المجهر على إطلاق شعاع دقيق من الإلكترونات، وذلك من أجل مسح سطح الجسم المراد رؤيته، ثم يعطي صورة ثلاثية الأبعاد، تكون مكبرة ودقيقة، وتصل درجة التكبير لهذا الجسم 2 مليون مرة بحد أقصى. يمكننا أيضا حساب عدد الألواح التي يحتاجها المنزل بنفس الطريقة ولكن عند حساب الطاقة نضرب في عدد الأجهزة التي نحتاج إلى تشغيلها، ونقوم بجمع القدرة الكلية أولا لكل الأجهزة ومن ثم نتبع نفس الخطوات. قد تم الإعلان عن الفائزين بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2022 م يوم 4 اكتوبر من قبل الأمين العام للأكاديمية الملكية السويدية للعلوم البروفيسور هانز إليجرين في معهد كارولينسكا وهو جامعة طبية تقع في عاصمة السويد ستوكهولم. هدفي الذي وضعته حينما سافرت لأمريكا منذ أربعين عاما كان فقط تحقيق أقصى الدرجات العلمية ، ولم يكن فى حساباتي نوبل إطلاقا فى بداية الرحلة. فتاة مصرية في العشرينات من عمرها تسمى مريم هيثم عصمت شاركت في تطوير تلسكوب جيمس ويب العملاق ضمن آلاف الأشخاص من 29 دولة حول العالم. فلنتعرف على البطلة المصرية ومشاركتها في تطوير تلسكوب جيمس ويب أضخم مشروع علمي وأسرار النجاح ونصائح للشباب. الضغوطات اليومية، وجداول العمل الروتينية وعصر السرعة الذي نعيشه، يؤدي كل ذلك إلى استنزاف الطاقة والشعور بالتعب والإرهاق لأقل مجهود، ويبحث الكثير عن طرق للشعور بالنشاط واليقظة والحفاظ على مستويات الطاقة البدنية والذهنية خلال اليوم .
ما هي البطارية النووية التي تدوم للأبد .. وداعا للشواحن
الطريقة الصحيحة لترشيد استهلاك الكهرباء فى المنزل وفصل عداد الكارت
تغير المناخ أكثر المشاكل التي تهدد عصرنا الحالي
هل تعرف هذه الحقائق عن القمر .. معلومات صادمة
المجهر الالكتروني والمجهر الضوئي.. المفهوم والأنواع والفرق بين كل منهما
ما لا تعرفه عن أنظمة الطاقة الشمسية فى سؤال وجواب
العلماء الفائزين بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2022 م
فى ذكرى وفاته | ما هي أقوال العالم أحمد زويل التي خلدها التاريخ؟
أسرار من حياة مريم عصمت بطلة مصر التى شاركت فى جيمس ويب؟
هل تعرف ما هي أعشاب الطاقة ؟
