الطاقة الشمسية الحرارية هي مصدر رئيسي لتوفير الطاقة لكوكب الأرض. إنها المصدر المهم لاستدامة الحياة على سطح الأرض بغض النظر عن تنوع أشكالها. يمكن الحصول على درجات حرارة مرتفعة من خلال الاستفادة من الإشعاع الشمسي المنعكس.
الطاقة الشمسية
- هي الطاقة المتولدة من الشمس والتي تصل إلى الأرض على شكل أشعة شمسية.
- تستقبل الطبقات العليا من الفضاء المحيط بالكرة الأرضية حوالي 174 بيتا واط من الطاقة الشمسية.
- في الساعة الواحدة، نحصل على كمية طاقة من الشمس تكفي لتلبية احتياجات الكرة الأرضية لمدة عام كامل، وهذا يعادل ضعف استخدامنا واكتشافنا للطاقة المستمدة من الفحم والنفط والغاز الطبيعي.
- يمكن استخدام الطاقة الشمسية بطريقتين هما الطاقة الشمسية الحرارية.
- وتتحول هذه الطاقة إلى طاقة حرارية من خلال مراكز الطاقة الشمسية الحرارية.
- والطريقة الثانية هي استخدام الطاقة الشمسية الكهربائية وتحويلها.
- من خلال لوحات الطاقة الشمسية أو الخلايا الشمسية للاستفادة الكاملة من أشعة الشمس.
شاهد أيضًا: بحث عن الطاقة الشمسية واستخداماتها
الطاقة الشمسية الحرارية
- تعتبر عملية استخدام الطاقة الشمسية في إنتاج الطاقة الحرارية واستخدام المجمعات الشمسية الحرارية لهذا الغرض، عملية حصاد واستغلال للطاقة الشمسية.
- تنقسم الأنظمة الشمسية الحرارية إلى ثلاثة أنواع، منها الأنظمة ذات الحرارة المنخفضة والأنظمة ذات الحرارة المتوسطة.
- ومركزات عالية الحرارة، ولكل منها استخداماته الخاصة.
- تستخدم المراكز الشمسية ذات الحرارة المنخفضة السطوح المستوية لتوليد الحرارة بدرجة حرارة تشبه حرارة جسم الإنسان.
- وعادة في معظم الأحيان يتم استخدام هذه المركبات في حمامات السباحة ويتم استخدام الماء.
- إلى جانب استخدامها لنقل الحرارة، يستخدم الهواء أيضا في التبريد والتدفئة والتهوية.
- أما المراكز الحرارية ذات الحرارة المتوسطة، فهي تستخدم أيضا الأسطح المستوية وتولد مياه ساخنة للاستخدامات المنزلية والتجارية.
- تم استخدام طريقة تسخين المياه عن طريق استغلال الطاقة الحرارية لأشعة الشمس في العصور القديمة وتم تطوير هذه التقنية الآن.
- تم استخدام درجات حرارة متوسطة في عمليات التجفيف والطهي والتقطير.
- بالإضافة إلى استخدام الطاقة الشمسية في درجات حرارة متوسطة لتجفيف الخشب وإنتاج الوقود والفحم، وتجفيف الفواكه والحبوب والأسماك.
- تستخدم الأقراص الشمسية عالية الحرارة كعدسات ومرايا لتجميع أشعة الشمس.
- وتنتج درجات حرارة عالية، من خلال الأسطح المستوية المقابلة التي تتمتع بالقدرة على إنتاج درجات حرارة.
- تم استخدامها في عملية التبخير وتشغيل مراحل التوليد البخاري للطاقة الكهربائية.
- تعتمد محطات الطاقة الحرارية الشمسية على مبادلات حرارية تم تصميمها للعمل بشكل مستقر.
- وتعني درجة الحرارة كمية الطاقة الحرارية الموجودة في نظام معين وتحددها تصميمه.
واحدة من أهم مبادئ تطوير إنتاج الطاقة الحرارية من الشمس
- هذا هو الكسب الحراري من خلال زيادة شدة تركيز أشعة الشمس وتطوير صناعة المرايا والعدسات.
- ويسعى لإيجاد تصاميم أكثر فعالية وأقل تكلفة للحصول على درجات حرارة عالية.
- يتم التحول الحراري من خلال التوصيل أو الإشعاع، ويستخدم الماء أو الهواء في هذه العملية وفقا لدرجات الحرارة الموجودة في النظام.
- يتم تطوير وتحسين التغيرات الحرارية من خلال اختيار سوائل وغازات تتناسب مع درجات الحرارة المختلفة المستخدمة.
- يتعلق الحوزن الحراري بتمكين نظام الطاقة الشمسية من إنتاج الحرارة بعد غروب الشمس، وتم استخدام العديد من الأنظمة لاختيار أفضل الطرق.
- في نقل الحرارة، تم استخدام سوائل ومحاليل مختلفة، بما في ذلك الماس والزيت ومحلول الملح.
- يتم البحث عن وسائط مادية أفضل لنقل الحرارة، بالإضافة إلى أنها تكلف أقل.
استخدامات الطاقة الشمسية
- تسخين المياه يتم استخدام السخان الشمسي في جمع الأشعة الشمسية المتساقطة على المجمعات الشمسية وتحويلها لطاقة حرارية.
- هدف ذلك هو استغلاله لتسخين الماء، حيث يتم تخزين الماء في خزان حراري للحفاظ على حرارته.
- التدفئة: وتتمثل في نقل الحرارة المكتسبة في المجمعات إلى داخل البنية المادية للمساهمة في تدفئة المباني باستخدام الهواء والماء.
- عند التدفئة بالهواء، يتم تسخين الهواء في المجمعات الشمسية ونقله داخل المبنى.
- أما استخدام الطاقة الشمسية للتدفئة بالماء، فتشمل عمليات تبادل حراري.
- لنقل الحرارة من الماء القادم من المجمع الشمسي إلى الهواء المندفع داخل الفضاء.
- التبريد الشمسي: وهي عملية نقل الحرارة من داخل مساحة محددة إلى الخارج وتعكس عملية التبريد.
- يمكن تحقيق ذلك عن طريق استخدام جهاز ميكانيكي ينقل الحرارة إلى الخارج.
- وهو يشير إلى الطريقة المستخدمة لدفع الهواء البارد داخل الفراغ مما يؤدي إلى نقل الحرارة مباشرة إلى الخارج.
- تستخدم عملية تجفيف المحاصيل لإزالة السوائل الموجودة فيها وحفظها ومنع تلفها وجعلها صالحة للتخزين لفترة أطول.
- تحلية المياه: تعد أزمة المياه في العالم دافعا للبحث عن طرق جديدة للحصول على مياه تتناسب مع احتياجات الحياة.
- ويعود ذلك إلى زيادة عدد السكان وتوسع القدرة الإنتاجية في المجالات الصناعية والزراعية.
- حينما تكون مياه البحر هي الوسيلة الأمثل لتحقيق الاحتياجات الإضافية.
- يمكن اعتبار الطاقة الشمسية كأحد أبرز الوسائل لتحلية المياه باستخدام طريقة التقطير الشمسي، حيث يستخدم الطاقة الشمسية لتبخير الماء.
شاهد أيضًا: دليل شركات الطاقة الشمسية في مصر وعناوينها
مجمعات الطاقة الشمسية
- بشكل عام، معظم الطاقة التي يستخدمها العالم مشتقة من الشمس، ولكن مجمعات الطاقة الشمسية تستغل هذه الطاقة المباشرة المستمدة من الشمس بدلا من إضاعتها.
- يعد المجمع الشمسي الحراري هيكلا تم تصميمه لجمع الحرارة من خلال استيعاب أشعة الشمس.
- المجمع هو جهاز يستخدم لتحويل الطاقة المتواجدة في أشعة الشمس أو الإشعاع الشمسي إلى طاقة قابلة للتخزين والاستخدام.
- يمكن أن يشير المصطلح `المجمع الشمسي` إلى الألواح الشمسية المستخدمة في تخزين المياه.
- تعتبر بعض الأشياء أكثر تعقيدا، مثل جهاز التوازن الشمسي وحمامات الطاقة الشمسية وغيرها.
أنواع المجمعات الشمسية المستخدمة لتجميع الحرارة
هكذا تقع المجمعات الشمسية في نوعين منها المركزة وغير المركزة:
- المجمعات الشمسية الغير مركزة: تتميز هذه المنطقة بقدرتها على تعطيل انتشار أشعة الشمس.
- تتمتع بنفس منطقة الامتصاص، وفي هذا النوع، تمتص لوحة الطاقة الشمسية بالكامل عن طريق الضوء.
- المجمع الشمسي المسطح: استخدام المجمعات السطحية هو أحد أبسط أساليب تحويل طاقة الشمس.
- وهي عبارة عن ألواح مستوية سوداء غير لامعة، وتعتبر أكثر الطرق انتشارا في تطبيقات الطاقة الشمسية.
- بالإضافة إلى تميز هذا النوع من المجمعات بأن سطح الامتصاص المعرض لأشعة الشمس المباشرة يكون مستويا.
تأثير الطاقة الشمسية على البيئة
- هكذا يتم وصف الطاقة الشمسية بأنها صديقة للبيئة، إذ تعتبر طاقة متجددة ونظيفة وغير قابلة للنضوب، بينما الغاز الطبيعي يعتبر طاقة تقليدية غير متجددة، حيث تحتاج إلى فترات زمنية طويلة لتعويضها.
- تأثيرها السلبي على مصادر الطاقة التقليدية لا يمكن إخفاؤه، مثل تغير المناخ والاحتباس الحراري وتدهور البيئة.
- والعديد من الكوارث الطبيعية الأخرى والأضرار التي نشأت نتيجة انبعاث ثاني أكسيد الكربون.
الطاقة الشمسية منتج نظيف وصامت
- لا يؤدي استخدام الألواح الشمسية في محطات توليد الطاقة الشمسية إلى أي نوع من أنواع التلوث الضوضائي عند تحويلها للضوء الشمسي إلى طاقة مستخدمة.
- بالإضافة إلى أن الحصول على الطاقة الشمسية لا يتطلب صيانة مكثفة، سواء في تركيب الألواح الشمسية أو الخزانات.
- تستطيع المنشآت الضخمة إنتاج الطاقة الشمسية بغض النظر عن حالة الطقس، سواء كانت مشمسة أو لا، مما يجعلها مصدرا مستداما لتوليد الكهرباء.
شاهد أيضًا: مشروع الطاقة الشمسية واستخداماتها
وهكذا، في النهاية، تناول المقال الطاقة الشمسية وأهميتها للأفراد، إذ تعتبر من أهم مصادر الطاقة الداعمة لحماية البيئة.
