توليد طاقة من الشمس

                            كيف يتم توليد الطاقة بواسطة الشمس؟؟

يُقصد بالطاقة الشمسية الضوء المنبعث والحرارة الناتجة عن الشمس اللذان قام الإنسان بتسخيرهما لمصلحته منذ العصور القديمة باستخدام مجموعة من وسائل التكنولوجيا التي تتطور باستمرار.تُعزى معظم مصادر الطاقة المتجددة المتوافرة على سطح الأرض إلى والإشعاعات الشمسية بالإضافة إلى مصادر الطاقة الثانوية، مثل طاقة الرياح وطاقة الأمواج والطاقة الكهرومائية والكتلة الحيوية.. من الأهمية هنا أن نذكر أنه لم يتم استخدام سوى جزء صغير من الطاقة الشمسية المتوافرة في حياتنا. يتم توليد طاقة كهربية من الطاقة الشمسية بواسطة محركات حرارية أو محولات فولتوضوئية.وبمجرد أن يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربية، فإن براعة الإنسان هي فقط التي تقوم بالتحكم في استخداماتها.ومن التطبيقات التي تتم باستخدام الطاقة الشمسية نظم التسخين والتبريد خلال التصميمات المعمارية التي تعتمد على استغلال الطاقة الشمسية، والماء الصالح للشرب خلال التقطير والتطهير، واستغلال ضوء النهار، والماء الساخن، والطاقة الحرارية في الطهو، ودرجات الحرارة المرتفعة في أغراض صناعية. تتسم وسائل التكنولوجيا التي تعتمد الطاقة الشمسية بشكل عام بأنها إما أن تكون نظم طاقة شمسية سلبية أو نظم طاقة شمسية إيجابية وفقًا للطريقة التي يتم استغلال وتحويل وتوزيع ضوء الشمس من خلالها.وتشمل التقنيات التي تعتمد على استغلال الطاقة الشمسية الإيجابية استخدام اللوحات الفولتوضوئية والمجمع الحراري الشمسي، مع المعدات الميكانيكية والكهربية، لتحويل ضوء الشمس إلى مصادر أخرى مفيدة للطاقة.هذا، في حين تتضمن التقنيات التي تعتمد على استغلال الطاقة الشمسية السلبية توجيه أحد المباني ناحية الشمس واختيار المواد ذات الكتلة الحرارية المناسبة أو خصائص تشتيت الأشعة الضوئية، وتصميم المساحات التي تعمل على تدوير الهواء بصورة طبيعية.توليد الكهرباء
يمكن تحويل ضوء الشمس المباشر إلى كهرباء باستخدام محولات فولتوضوئية (PV) وعملية تركيز الطاقة الشمسية (CSP) والعديد من الأساليب التجريبية الأخرى. وتُستخدم المحولات الفولتوضوئية بشكل أساسي لإمداد الأجهزة الصغيرة والمتوسطة بالكهرباء، بدءًا من الآلة الحاسبة التي يتم تشغيلها بواسطة خلية شمسية واحدة إلى المنازل التي لا تحتوي على شبكة كهرباء والتي يتم إمدادها بالكهرباء بواسطة مجموعة من الخلايا الفولتوضوئية. ولتوليد الكهرباء على نطاق واسع، كان يتم ذلك من خلال مصانع تركيز الطاقة الشمسية، ولكن الآن أصبحت مصانع المحولات الفولتوضوئية التي تنتج كمية كبيرة من الكهرباء مثل محطات "إس إي جي إس" أكثر شيوعًا. في عام 2007، أصبحت كل من محطة الطاقة التي تنتج كمية كهرباء ذات فرق جهد 14 ميجا وات الموجودة في كلارك كاونتي في نيفادا وكذلك المحطة التي تنتج كمية كهرباء ذات فرق جهد 20 ميجا وات في بينيكساما في إسبانيا أوضح سمتين على الاتجاه نحو تأسيس محطات طاقة فولتوضوئية عملاقة في الولايات المتحدة وأوروبا.[65] وكمصدر طاقة متجدد، تتطلب الطاقة الشمسية مصدر دعم، والذي يمكن أن يتمثل في طاقة الرياح بشكل جزئي. ويتم عادةً الحصول على هذا الدعم من البطاريات، ولكن الأجهزة عادةً ما تستخدم التخزين بضخ الماء باستخدام الطاقة الهيدروليكية. وقامت معهد تكنولوجيا توليد الطاقة الشمسية في جامعة كاسل باختبار مجموعة مصانع طاقة متصلة بمكان لتخزين الطاقة التي يقوم بتوليدها من طاقة الشمس والرياح والغاز الحيوي ومكان لتخزين الطاقة الهيدروليكية لتوفير طاقة كافية للاستخدام بشكل مستمر؛ بحيث يعتمد في ذلك على مصادر متجددة فقط.[66]

[عدل] استخدامات الطاقة الشمسية
إن البركة الشمسية عبارة عن بركة من المياه المالحة (غالبًا ما يتراوح عمقها بين 1 و2 متر) تعمل على تجميع وتخزين الطاقة الشمسية. وكان أول من طرح فكرة البرك الشمسية الدكتور "رودولف بلوك" في عام 1948 بعد أن قرأ تقارير حول بحيرة في المجر ترتفع فيها درجة الحرارة كلما اتجهنا إلى الأعماق. نتج ذلك عن الأملاح الموجودة في ماء البحيرة، والتي أدت إلى زيادة الكثافة ومنع تيارات الحمل الحراري. وتم عمل نموذج أولي في عام 1958 على شاطئ البحر الميت بالقرب من مدينة القدس.[67][68] كانت هذه البركة تتكون من طبقات من المياه تتدرج درجة ملوحتها من محلول ملحي ضعيف في الأعلى إلى محلول ملحي قوي في الأسفل. وكانت هذه البركة الشمسية تتسم بإمكانية رفع درجة حرارة طبقاتها السفلية إلى 90 درجة مئوية كما تتمتع بالقدرة على توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية بنسبة 2%. تقوم الأجهزة الكهربائية الحرارية أو الفولتوضوئية بتحويل الفرق في درجة الحرارة بين المواد المختلفة إلى تيار كهربي. في البداية، تم استخدام هذا الأسلوب لتخزين الطاقة الشمسية بواسطة أحد رواد هذه الصناعة "موتشوت" في القرن التاسع عشر، [69] ثم عادت الأجهزة الكهربائية الحرارية إلى الظهور في الاتحاد السوفييتي خلال ثلاثينيات القرن العشرين. وتحت إشراف العالم السوفييتي "أبرام لوف" تم استخدام نظام تركيز لتوليد الكهرباء باستخدام الأجهزة الكهربائية الحرارية لتوليد طاقة لإدارة محرك قدرته 1 قدرة حصانية.[67][70] بعد ذلك، تم استخدام مولدات الكهرباء الحرارية في برنامج الفضاء الأمريكي كأسلوب لتحويل الطاقة لإمداد مهمات فضائية لمسافات بعيدة بما يلزمها من طاقة، مثل مهمات كاسيني وجاليليو وفايكينج. وعملت الأبحاث الخاصة في هذا المجال على زيادة كفاءة هذه الأجهزة من 7-8% إلى15-20%علوم: استخدامــات الطاقــة الشمسيــة فـــي تـولـيـد الطـاقــة الكهربــائيــــة
 
شذى الجنابي تعتبر الطاقة الشمسية احد مصادر الطاقة النظيفة ويجب أن تتخذ خطوات شجاعة باتجاه تشجيع استغلال هذا النوع من الطاقة حيث سبقتنا اليه دول العالم المتقدمة وتعتبر الشمس مصدر طاقة لاينضب ويمكننا ان نتصور خلال اربعين دقيقة في النهار تصدر الشمس طاقة في النهار تكفي  سكان الى دقيقة الكرة الارضية تكفي سكان الكرة الارضية سنة كاملة والشمس مصدر طاقة مجانية مستمرة.فالطاقة الشمسية طاقة مجانية مستمرة اتجهت انظار العالم اليها وتحاول استغلالها بشتى الوسائل وتتسابق الدول فيما بينها من خلال البحث العلمي المستمر لتطوير وسائل استغلال تلك الطاقة.ان طاقة الاشعاع الشمسي لوحدة المساحة تقدر بحوالي 1,366w/m))في جو الارض ويتم امتصاص 19%من هذه الطاقة بواسطة الغلاف الجوي وتعمل الغيوم على تقليل حوالي 35% من الطاقة الكلية واعلى طاقة تصل الى الارض هي (1000w/m2) على مستوى سطح البحر.لقد اثبتت التجارب والدراسات انه بحدود عام 2020 ستكون حاجة العالم الى طاقة تزيد 40% عماهو موجود في الوقت الحاضر وعند ذلك سيكون استهلاك العالم بحدود 300مليون برميل في اليوم ولذلك اتجه تفكير العالم الى البحث عن مصادر طاقة بديلة خصوصاً وان ازدياد الطلب على النفط والغاز ادى الى ارتفاع اسعاره وخاصة في العراق اصبح استخدام المولدات لتوليد الطاقة الكهربائية بشكل ملفت للنظر بسبب انقطاع التيار الكهربائي المستمر وبالرغم من مضار الوقود الان ومايسببه من انبعاث غازات ملوثه للبيئة واستخدام رابع ايثيل الرصاص السام الذي يؤثر بشكل مباشر على الخلايا ويسبب الامراض السرطانية للانسان ومن هنا استخدمت البدائل وهي  الطاقة الشمسية وتصنيع المولدات التي تعمل على الطاقة الشمسية وتتكون من اللوح الشمسي واجهزة دقيقة لنقل الطاقة الشمسية ومخزن (بطارية)لحفظ الطاقة وقت الحاجة وخصوصاً اثناء استخدامها اثناء الليل وتحويل الطاقة من التيار المستمر الى التيار المتناوب وتمتاز المولدة بانها اقتصادية ولاتحتاج الى صيانة وأعتماد البطاريات على الفترة الزمنية لتشغيل المولدة..وتطمح وزارتنا بضم بناية مجلس البحث العلمي التي تحتوي على الطاقة الشمسية لكي نعمل على صيانتها وتشغيلها لتوليد الكهرباء...لقد اطلق الريئس الاميريكي كلنتون عام 1997 بمبادرة المليون سطح شمسي اي اكمال نصب مليون منظومة شمسية على أسطح البنايات في الولايات المتحدة عام 2010 وهذه المبادرة تقلل من مستوى التلوث الكاربوني بالاضافة الى ذلك تعمل على استغلال مالايقل عن (100000) من الايادي العاملة واتاحة فرص العمل لهم.وتحدث عدنان عبد الزهرة رئيس فيزياويين أقدم عن استخدامات الطاقة الشمسية في توليد الطاقة الكهربائية قائلاً:لقد استفاد الانسان منذ القدم من طاقة الاشعاع الشمسي مباشرة في نواحي عديدة واستطاع تحويل الطاقةالشمسية الى طاقة كهربائية وحرارية من خلال آليتي التحويل الكهروضوئية ويقصد بها تحويل الاشعاع الشمسي او الضوئي مباشر الى طاقة كهربائية بواسطة الخلايا الشمسية (الكهروضوئية) وهناك بعض المواد تقوم بتحويل تلك الطاقة تدعى اشباه الموصلات منها السليكون والجرمانيوم وتم اكتشاف هذه الظاهرة من قبل بعض العلماء الفيزياويين في أواخر القرن التاسع عشر الميلادي وحيث وجدوا ان الضوء يستطيع تمرير الالكترونات من بعض المعادن والضوء الازرق له قدرة اكبر من الضوء الاصفر على تمرير الالكترونات وهكذا وقد نال العالم انشتاين جائزة نوبل عام 1921 لامكانيته في تفسير الظاهرة .ويضيف تقل شدة اشعة الشمس اثناء مرورها بالغلاف الجوي بسبب الجزئيات الموجودة في الجووالرذاذ وحبات التراب بالاضافة الى امتصاص اشعة الشمس من قبل المكونات الغازية للغلاف الجوي مثل الاوكسجين والاوزون وبخار الماء وثاني اوكسيد الكاربون.ويتحدث محمد عبد الرحمن ريئس مهندسين عن المجمعات الشمسية

التركيزية قائلاً:
- تصنع المجمعات باشكال عديدة منها على شكل قطع مكافيء واخرى دائرية الشكل وذات بعد بؤري محدد ولاجل الحصول على تركيز للاشعة الشمسية الساقطة عليها يجب ان تكون بوضع عمودي على الاشعة الشمسية لذلك تحتاج الى حركة متواصلة طيلة النهار وتضع هذه المجمعات من قطع من المرايا صغيرة ترتب داخل الهيكل الدائري او تصنع من مادة صقيلة لماعة جداً كالمعادن المطلية بالكروم او المطلية بورق لماع مصنوع من مادة الالمنيوم وتصل الحرارة في بؤرة هذه المجمعات الى حد تتراوح بين (300-500) درجة مئوية بالاضافة الى تدوير التوريينات البخارية باستخدام الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء بواسطة المكائن الحرارية مكائن الديزل(الغازية) وعلى هذا الاساس يمكن استبدال الوقود بالطاقة الشمسية وتوليد الطاقة الكهربائية بواسطة التوربينات الحرارية او المراجل البخارية. ويستعمل مجمع شمسي تركيزي ذي قطع مكافئ قطره (19م لتركيز الاشعة على الماكنة الحرارية بطريقة مناسبة وتوليد أما بخار او الحرارة اللازمة لتمدد الهواء خلال الاسطوانة وتحريك المكبس نتيجة لذلك .ان المجمعات التركيزية التي تصل درجة حرارتها الى (500) درجة مئوية وتوليد بخار بضغط عالى ودرجة حرارة عالية ويتم التبادل الحراري مع سائل اخر عضوي كغاز الفريون في المبادل الحراري الذي يقوم بتدوير توربين فيولد الكهرباء ثم يكثف الغاز بالطرق الاعتيادية وتعاد الدورة التي تدعى دورة(رانكين) وهي تحويل الطاقة الشمسية الى الطاقة الميكانيكية ثم الكهربائية.
*المهندسة هالة احمد داود مركز بحوث الطاقة الشمسية: عند التفكير في استخدام الطاقة الشمسية كمصدر رئيسي للطاقة في الابنية يجب البدء بوضع التصاميم الاولية سواء كانت للسكن او للمكاتب وان تكون ذات كفاءة للمحافظة على الحرارة والبرودة لان هذا تحد مهم حيث يجب استخدام الطاقة بشكل كفوء للتقليل من الكلف اللازمة لموارد الطاقة عند وضع التصاميم يجب اختيار الموقع من حيث استقباله لاشعة الشمس وبعيداً عن الابنية المرتفعة والاشجار العالية لضمان استقبال اشعة الشمس بالاضافة الى اختيار نوع المواد الداخلة في البناء على سبيل المثال يجب ان تكون الجدران معزولة بشكل جيد للمحافظة على البرودة والحرارة داخل الابنية منها استخدام مواد عازلة بين الجدران وكذلك استخدام مواد خاصة للارضيات لتؤدي الى عزل جيد ايضاً واستخدام مواد عازلة لتغليف الانابيب الخاصة بالمياه والمجاري.

                                الطاقة بين يديك فحافظي عليها كما تحافظ عليك

سارة احمد يماني