تمثل الطاقة الشمسية أحد أهم مصادر الطاقة المتجددة، والتي تنمو وتتطور بشكل ملحوظ يوما بعد يوم مع توسع مجالات تطبيقها في السنوات الأخيرة، وأصبحت وسيلة يعتمد عليها الكثيرون.
المحتويات
عناصر البحث
- مقدمة للبحث.
- تعريف الطاقة الشمسية.
- مميزات استخدام الطاقة الشمسية.
- مجالات التطبيق.
- كيفية تخزين الطاقة.
- عيوب استخدام الطاقة الشمسية.
- خاتمة البحث.
- تحميل البحث
مقدمة لأبحاث الطاقة الشمسية
وتقدر المسافة بين الأرض والشمس بنحو 26 ألف سنة ضوئية، وأظهرت الدراسات أن جاذبية الشمس هي المسؤولة عن استقرار النظام الشمسي حولها.
ولذلك تم اللجوء في الآونة الأخيرة أكثر من أي وقت مضى عندما يتعلق الأمر بتوليد الطاقة واستخدامها على المدى الطويل في مختلف المجالات والأنشطة.
ما هي الطاقة الشمسية؟
هذه هي الطاقة التي تنشأ من تفاعلات الاندماج النووي الحراري في الشمس وتمثل الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يتكون من الضوء المرئي.
الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء وموجات الراديو والأشعة السينية، والتي تنبعث منها في النهاية حرارة وضوء من الشمس.
مميزات استخدام الطاقة الشمسية
1- تكاليف صيانة منخفضة
النظام الشمسي لا يحتاج إلى صيانة متكررة. ولا يتم تنظيفه أو فحصه إلا أكثر من مرة في السنة، إما من قبل مالك النظام ذو الخبرة، أو من قبل شركات التنظيف المتخصصة إذا لم يكن هناك ما يكفي منهم.
2- تخفيض فواتير الكهرباء
تستخدم الطاقة الشمسية كبديل لأكثر من مصدر آخر للطاقة مما يعود بالنفع على صاحب النظام لأن قيمة استهلاك مصادر الطاقة الأخرى تنخفض ومع زيادة حجم النظام الشمسي يقل اعتماده على مصادر الطاقة الأخرى الباهظة الثمن.
3- تطبيقات متنوعة
بالإضافة إلى استخدامها العام كمصدر للكهرباء والحرارة، تستخدم الطاقة الشمسية في أكثر من تطبيق وفي أكثر من مجال. ويمكن استخدامه لتشغيل الأقمار الصناعية الفضائية أو لتقطير المياه في المناطق التي لا توجد بها مياه نظيفة.
4- مصدر للطاقة المتجددة
تتوفر الطاقة الشمسية يوميا في مناطق مختلفة من العالم ولا تنتهي كميتها مثل مصادر الطاقة الأخرى، بل يمكن استخدامها لأكثر من خمسة مليارات سنة، وهي الفترة التي حددها العلماء لنهاية العمر المتبقي للشمس. وفقا للدراسات .
5- الاستخدام الآمن
إذا نظرت إلى المسألة من منظور السلامة، فإن الطاقة الشمسية هي الأكثر أمانًا على الإطلاق، حيث يمكن لمصادر الطاقة الأخرى أن تسبب كوارث خطيرة إذا فشلت، مثل انهيار محطة للطاقة.
ومع ذلك، عند تعطل الألواح الشمسية أو تعطلها، لا توجد عواقب خطيرة مقارنة بالمصادر الأخرى، مما يجعل استخدامها الخيار الأفضل للكثيرين.
6- لا حاجة للبنية التحتية
إن استخدام الطاقة الشمسية لا يتطلب إنشاء بنية تحتية ضخمة كما هو الحال مع مصادر الطاقة الأخرى. لا يمكن وضع الألواح الشمسية إلا في مكان مفتوح وآمن، والذي يمكن أن يكون سطحًا أو مساحة فارغة بجوار المباني، مما يقلل من تكاليف الطاقة ويقلل من مخاطر عواقب انهيارها.
7- القضاء على الظواهر الطبيعية الخطرة
تعتبر الطاقة الشمسية حلاً مثاليًا لتقليل مخاطر الظواهر الطبيعية التي تهدد الحياة على الأرض، مثل تغير المناخ أو الاحتباس الحراري، والتي تؤثر على الأغذية والمشروبات على حد سواء.
8- حماية البيئة
ولا تقتصر فوائد الطاقة الشمسية على الإنسان فقط، بل تساهم بشكل فعال وكبير في حماية البيئة، ومن بينها:
- تقليل تلوث الهواء.
- تباطؤ تغير المناخ.
- يحافظ على نظافة المياه.
- يقلل من البصمة الكربونية.
- مقاومة الاعتماد على الوقود الحيوي التقليدي.
مجالات تطبيق الطاقة الشمسية
تنقسم مجالات استخدام الطاقة الشمسية إلى ثلاثة أنظمة، كل منها متخصص في إنتاج شيء ما، بالاعتماد على مصدر واحد دون الآخر.
أولاً: أنظمة الطاقة الشمسية المركزة
وهي أنظمة تعتمد على استخدام العدسات والمرايا بحيث يتم تركيز كمية كبيرة من ضوء الشمس في مساحة صغيرة ومن ثم يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية. وفيما يتعلق بتركيب هذا النظام فهو يتكون من ثلاث وحدات رئيسية.
- التخزين الحراري: هو مصدر لتخزين الطاقة الحرارية باستخدام الملح المنصهر.
- وحدة توليد الطاقة: هي الوحدة المسؤولة عن إنتاج الطاقة الكهربائية، تعتمد على التوربينات البخارية التي تستخدم البخار المتولد من الطاقة الشمسية.
- المجال الشمسي: هذا هو المجال الذي يحول الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية.
ثانياً: أنظمة الطاقة الشمسية للتدفئة
تستخدم الحرارة القادمة من الشمس لتسخين المياه وللتدفئة في المنشآت على اختلاف أنواعها سواء التجارية أو الصناعية أو السكنية، مما يعني أن الفرد لم يعد مضطرا لاستخدام الغاز الطبيعي أو الكهرباء في نفس الوقت، علما أن هناك كلا الخيارين لإكمال الأمر.
- التسخين الشمسي النشط: هو نتيجة تعميم الماء الساخن أو الغاز باستخدام مروحة أو مضخة مناسبة.
- التسخين الشمسي السلبي: يستخدم لنقل الحرارة بشكل طبيعي داخل المباني دون الحاجة إلى طاقة خارجية.
ثالثاً: أنظمة الطاقة الضوئية
يطلق عليها اسم “أنظمة الخلايا الشمسية” وهي الأنظمة الأكثر استخداما لأنها تعتبر بديلا كافيا لمصادر الطاقة. لأنه يولد الكهرباء من أشعة الشمس عن طريق تعريض الألواح الشمسية لأشعة الشمس المباشرة.
وتساعد الخلايا على امتصاص طاقة هذه الأشعة، ومن ثم يتم استخدام الطاقة في تكوين شحنات كهربائية تتحرك حسب استجابتها لمجال كهربائي داخل الخلايا، مما يساعد في النهاية على تدفق التيار.
علماً أن هذا النظام من الخلايا الشمسية مصنوع من مواد شبه موصلة تتعرض لأشعة الشمس وتساعد على إثارة الإلكترونات الموجودة في ذراتها. الابتعاد عن النواة.
وينتج عن ذلك حركة الإلكترونات داخل المادة، وتوليد الكهرباء، وصاحب النظام هو من يقرر تخزينها في البطاريات أو استخدامها على الفور. وقد عرف النظام بهذا الاسم (الخلايا الكهروضوئية) نسبة إلى عملية تحويل ضوء الشمس (الفوتونات) إلى كهرباء.
كيفية تخزين الطاقة الشمسية
وتتغير كمية الطاقة التي تأتي من الشمس تبعاً لتغير المناخ، كما أنه من الصعب تجميع الطاقة ليلاً. لا يمكن الحصول على نفس القدر من الطاقة يومياً أو بشكل دائم، لذلك تم العثور على طرق لتخزينها بأشكال مختلفة.
\
أولاً: تخزين الطاقة الحرارية
- إنتاج الغاز: تستخدم الخلايا الكهروضوئية الطاقة الشمسية لتقسيم جزيئات الماء إلى هيدروجين وأكسجين وتخزينها على شكل وقود. وعندما يحين وقت الحاجة إليهما، يتم دمج الغازين مرة أخرى لإنتاج الطاقة الكهربائية باستخدام جهاز خلية الوقود.
- إنتاج الماء الساخن: الماء الساخن هو نتاج تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية. عند الحاجة للحرارة، يتم نقل الماء الساخن من موقع التخزين إلى الموقع المخصص وهو من أبسط أنظمة التخزين.
- المحلول الملحي: تختص هذه الطريقة بتخزين الطاقة الحرارية المركزة إما باستخدام المحلول الملحي أو الملح المذاب أو درجة الحرارة المرتفعة. عند الحاجة للحرارة، يتم نقل الحرارة من الملح المذاب إلى الماء باستخدام جهاز مبادل حراري. والذي ينتج الكثير من البخار لتنشيط توربينات الإنتاج. كهرباء.
ثانياً: تخزين الطاقة الضوئية
هناك طريقة واحدة فقط، وهي استخدام بطاريات النظام كمخزن للطاقة حتى يتم شحنها، على أن تكون البطاريات مناسبة لإعادة الشحن، بحيث تقوم بتخزين الطاقة خلال النهار، والاستفادة منها ليلاً، ومن ثم إعادة شحنها بعد الانتهاء منها. كل مرة.
عيوب استخدام الطاقة الشمسية
1- الاستخدام الليلي غير ممكن
تعمل أنظمة الطاقة الشمسية فقط عند وجود ضوء الشمس وبالتالي تتوقف عن العمل تماماً ليلاً. وعلى الرغم من وجود بعض أنظمة الألواح الشمسية المزودة ببطاريات احتياطية تعمل ليلاً، إلا أن ذلك غير متوفر في جميع الأنظمة، مما يؤدي إلى اعتماد الإنسان على مصادر الطاقة والطاقة الأخرى.
2- تغيير الموقع عامل مؤثر
وتختلف شدة وكمية أشعة الشمس من مكان إلى آخر. ولذلك فإن من يعتمد على الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء في المناطق التي لا تشرق فيها الشمس لعدة أيام سيضطر إلى اللجوء إلى مصادر أخرى، كما هو الحال في المناطق المعرضة للكسوف.
3- الحاجة للمساحات الكبيرة
يتطلب تركيب الألواح الشمسية مساحة كبيرة، وبالتالي فإن المساحة المطلوبة لتشغيل النظام الشمسي تزداد مع زيادة الاستهلاك.
4- تكاليف البناء الأولية
ليس كل مستهلكي الطاقة الشمسية قادرين على تحمل تكلفة بناء الألواح الشمسية، حيث أن تكلفة بناء النظام تعتمد على عدة عوامل أهمها:
- عدد اللوحات المطلوبة
- موقع النظام.
- رسوم العمالة.
- متطلبات التثبيت.
اختتام دراسة عن الطاقة الشمسية ومصادرها
تم استخدام الطاقة الشمسية بأشكال مختلفة منذ القدم، ولكن مع ظهور التقنيات الحديثة التي تتطور وتنمو باستمرار، أصبح الأمر أسهل وأكثر شيوعاً، وأصبحت الطاقة الشمسية من أهم مصادر الطاقة وأكثرها موثوقية.
تحميل كتاب أبحاث الطاقة الشمسية pdf
الشمس هي أقرب نجم إلى الأرض، ويقدر عمرها بحوالي 4.5 مليار سنة، وهي تبعث كمية هائلة من الطاقة منذ ذلك الحين.