كيف تعمل الطاقة الشمسية؟ هو أحد الأسئلة التي تهم طلاب المراحل الدراسية المختلفة، حيث إنه هناك الكثير من الطرق التي يمكن الاستفادة بها من الطاقة الشمسية وتحويلها إلى طاقة حرارية أو إلى كهرباء، فالطاقة الشمسية تتوافر بشكل مجاني للجميع، الأمر الذي جعل بعض الدول تلجأ إلى الاستفادة من تحويل الطاقة الشمسية بسبب زيادة الكثافة السكانية التي تشكل ضغط على الموارد.
لذلك تعتبر الطاقة الشمسية من أهم مصادر الطاقة المتجددة، وسوف نعرض لكم كيف تعمل الطاقة الشمسية من خلال موقع زيادة، مع التعرف على مدى أهميتها في جميع أنحاء العالم.
كيف تعمل الطاقة الشمسية
الشمس عبارة عن مفاعل نووي طبيعي هائل، يُطلق حزمًا صغيرة من الطاقات تسمى الفوتونات، أما عن سؤال كيف تعمل الطاقة الشمسية؟ فإجابته تتمثل في أن الطاقة الشمسية تعمل عبر الألواح الشمسية، كما أن تلك الألواح تعمل عن طريق امتصاص الضوء الخارج من أشعة الشمس، ومن الأشعة البنفسجية وتحت الحمراء الناتجة عنها، وتحويلها إلى طاقة كهربائية للاستفادة منها في أماكن العمل والمنازل أيضًا.
الجدير بالذكر أن الفوتونات تسافر عبر الفضاء من الأرض إلى الشمس، بمسافة 93 مليون ميل في وقت مقدر بـ8.5 دقيقة، كما أنه في كل ساعة تصطدم الفوتونات بكوكب الأرض؛ لتعطي ما يكفي لتوليد الطاقة الشمسية لاستخدامها في تلبية احتياجات الطاقة للعالم لمدة تكفي لعام كامل.
على الرغم من ذلك إلا أن استخدامات الطاقة الشمسية محدودة، فمثلا في الولايات المتحدة استخدام الطاقة الشمسية لا يتجاوز 25% من الطاقة المستخدمة، ولكن تطور الطاقة الشمسية مستمر في التحسن.
الخطوات المتبعة لاستخراج الكهرباء من الطاقة الشمسية
كيف تعمل الطاقة الشمسية؟ إليكم طريقة إنتاج الكهرباء من الطاقة الشمسية في خمس خطوات، نقدمها لكم في الآتي:
- عند اصطدام الضوء بالخلايا الشمسية، فإنه يفقد قوته عند هذا اصطدام الذرات الإلكترونية الخاصة به، في آلية تسمى بظاهرة Photovoltaic effect.
- عند ربط الجانب السالب بالجانب الموجب في الموصلات مع وجود مصدر كهربائي، فإنها تكون ما يسمي بالدائرة الكهربائية، وعندما تسير الإلكترونيات في هذه الدائرة تُكّون الخلايا الكهربائية المتعددة، ثم تشكل لوحة شمسية، وأيضًا من الممكن توصيل عدة لوحات معًا لكي تتكون مجموعة شمسية، حيث إنه كلما زاد عدد الوحدات زادت نسبة توليد الطاقة المولدة من الشمس.
- تتشكل الألواح الشمسية الكهروضوئية من الكثير من الخلايا الشمسية، وتتشكل هذه الخلايا من السليكون “شبيهة الموصلات”.
- عند الاستخدام المنزلي للألواح الشمسية، فإنه تتعامد أشعة الشمس على هذه الألواح، ثم تحول ضوء الشمس إلى تيار قوي مباشر، ثم ينهمر التيار الوارد من ضوء الشمس إلى العاكس الذي يقوم هو الآخر بتحويل الكهرباء من التيار المستمر إلى تيار متذبذب، وهكذا يمكن استخدام الكهرباء في المنازل.
العاكسات الشمسية
العواكس تعتبر بمثابة أدمغة النظام، حيث يعمل العاكس الشمسي على أخذ التيار الوارد باستمرار من الشمس، وتحويله إلى تيار مذبذب.
تجدر الإشارة إلى أنه أحتلت العاكسات الشمسية صناعات الطاقة الشمسية من البداية، كما تُعد هذه العاكسات أكبر التحولات التقنية في عالم إنتاج الطاقة الشمسية، وهناك أنواع عديدة من العاكسات لعل أشهرها عاكسات المايكرو، حيث تعمل على تحسين وظيفة الألواح الشمسية وتفادي المشكلات التي تواجه الألواح الشمسية.
عند ظهور مشكلة في عمل أحد الألواح الشمسية، يتم استخدام العاكس المركزي لحل المشكلة، لما للعاكس المركزي من قوة تمكنه من حل المشكلة.
مميزات الطاقة الشمسية
تعتبر الطاقة الشمسية من أهم مصادر الطاقة النظيفة، حيث نجد إن الشمس طاقة عظيمة تعطي طاقة كبيرة تكفي لما تحتاجه الأرض ليعمل كل شيء فيها يوميًا، ويعد هذا سببًا في أن العالم يستثمر هذه الطاقة بكثافة في محطات توليد الطاقة الشمسية.
كما تعتبر الطاقة الشمسية مصدر صحي للوقود، والذي لا يؤدي إلى تلوث البيئة، فمثلا: تستطيع الطاقة الشمسية توليد الطاقة إلى الأقمار الصناعية في مدار الأرض، وفي داخل عمق الجبل بسهولة كبيرة دون أن تتسبب في حدوث تلوث بيئي.
للطاقة الشمسية مميزات عديدة؛ لذا فسنعرض لكم أهم مميزاتها في الآتي:
- الطاقة الشمسية لا ينتج عنها أي مصادر تعمل على تلوث الهواء، عند تحولها إلى طاقة كهربائية، فهي خالية تمامًا من ملوثات البيئة مثل: غاز ثاني أكسيد الكربون.
- الطاقة الشمسية تُعد من الطاقات المتجددة التي تتوافر بكثرة، وتعمل على أداء جميع احتياجات العالم بأكمله، حيث إنها طاقة لا تنفذ على خلاف الوقود الحفري؛ لذا فإن الشيء الوحيد الذي يقيد الاستفادة من الطاقة الشمسية هي قدرتنا على تحويلها إلى طاقة كهربائية بطريقة مرشدة.
- الطاقة الشمسية من الطاقات المتدفقة، حيث إن الألواح الشمسية تتحول إلى كهرباء عن طريق استمرار الشمس في التدفق.
- الطاقة الشمسية من الطاقات الطبيعية التي لا تعد من الطاقة العالية التكلفة، حيث إنها لا تحتاج لاستخدام الوقود مقارنةً بالطرق الأخرى لتوليد الطاقة.
- الطاقة الشمسية تعد من الطاقات النظيفة، حيث إنها لا تنتج أي غازات ضارة.
- الشمس تُعد من أهم المصادر المنتجة للطاقة الكهربائية.
- السيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية هي من أكثر السيارات التي يضمها النقل العام، والسيارات الشمسية دخلت في السباقات الدولية.
استخدامات الطاقة الشمسية
الطاقة الشمسية لها العديد من الاستخدامات، ومنها ما سنعرضه لكم في السطور المقبلة:
- من أهم استخدامات الطاقة الشمسية، أنها تعد وسيلة لشحن الطاقة، حيث إن عُمر شحن البطارية أصبح مصدر للإزعاج على مدار اليوم في عالم التكنولوجيا، فشواحن الهواتف الخلوية والأجهزة الإلكترونية لا يمكن استخدامها مدة طويلة، إلا قبل أن القيام بشحن الأجهزة أو تبديل البطاريات.
- هناك بعض الأماكن التي لا تتوافر بها الكهرباء على مدار اليوم مثل المخيمات، ومن ثم فيمكن استخدام الطاقة الشمسية الخاصة بالشخص طول الوقت كمصدر لشحن الأجهزة دون اللجوء للكهرباء.
- تستخدم الكثير من المدن الطاقة الشمسية كوقود لسائل النقل مثل: (القطارات، والطائرات، والسيارات، ومترو الأنفاق، و الحافلات)، مثال على ذلك: الولايات المتحدة حيث يصل استخدامها للطاقة الشمسية في وسائل النقل لحوالي 28% من الاستهلاك السنوي.
- استخدام الطاقة الشمسية في وسائل النقل يقضي على مصادر التلوث البيئي، حيث إن 92% تستخدم الوقود والبنزين فيؤدي احتراقه إلى تلوث البيئة، حيث ينتج عن استخدامه غاز ثاني أكسيد الكربون.
- استخدام الوسائل النقلية التي تعمل بالطاقة الشمسية، يؤثر على الحياة اليومية بشكل إيجابي.
- الولايات المتحدة تستخدم الطاقة الشمسية كمصدر للضوء في الكثير من المدن، فتعتبر الطاقة الشمسية من الطرق الموفرة والبسيطة الفعالة في إضاءة الشوارع، باستخدام الإضاءة المستخرجة منها.
- المصابيح التي تعمل بالطاقة الشمسية لا تحتاج لتكلفة عالية، حيث إنها لا تعمل بالأسلاك ولا تتطلب تجهيزات صعبة، ولا تنقطع بسبب الاتصال الضعيف.
- الإضاءة الناتجة عن الشمس من أكثر الطرق بسيطة الاستخدام المنتجة للضوء، فهي غير مكلفة والإضاءة من أهم الوسائل تسويقًا.
استخدام الشمس للتدفئة
الطاقة الشمسية من أعظم مصادر التدفئة، ولكنها كذلك تعمل كمصدر من مصادر التدفئة والتبريد في آنٍ واحد، فتعمل في التدفئة عن طريق تجميع الحرارة الناتجة عن الشمس، ومن ثم تقوم باستخدامها لتوليد الطاقة الحرارية بدلًا من توليد الكهرباء.
كما يمكن الاستفادة من الطاقة الشمسية في تدفئة السوائل والمياه في أنابيب التجميع، ثم تتحول المياه فيها إلى مصادر حرارية قابلة للاستخدام، مثال: هناك عدة أجهزة في الأسواق تعمل بالطاقة الشمسية المولدة للطاقة الحرارية مثل:
- سخانات الفضاء الشمسية.
- الغسالات التي تعمل عن طريق الطاقة الشمسية.
- الغرف الشمسية.
- سخانات المياه بالطاقة الشمسية.
- التوربينات المستخدمة البخار المضغوط الساخن.
- الأفران وشمسية والشوايات.
يمكنك أيضًا الاضطلاع على: اسعار الواح الطاقة الشمسية