اتجه العالم في العقود المنصرمة إلى إيجاد مصادر جديدة لتوليد الطاقة مع استهلاك الوقود الأحفوري والنفط والغاز المتزايد وملاحظة التلوث الذي تخلفه عمليات تحويل هذه المواد إلى طاقة كهربائية. وقد ضاعفت المشاكل الاقتصادية والسياسية وحاجة بعض الدول إلى استيراد النفط ومشتقاته الجهود لإيجاد بدائل لإنتاج الطاقة مثل:
- توليد الطاقة الكهربائية باستخدام قوة الرياح
- توليد الطاقة باستخدام قوة المياه
- الطاقة الكهربائية الناتجة عن الطاقة النووية
- الطاقة الكهربائية الناتجة عن أشعة الشمس
يطلق على معظم هذه الأساليب وغيرها اسم الطاقة النظيفة أي أنها لا تسبب التلوث في الغلاف الجوي أو استهلاك موارد الأرض الخام. إلا أن تركيزنا في هذا المقال ينصب على الطاقة الشمسية وكيفية استخراج الكهرباء منها:
ما هي الطاقة الشمسية أو Solar Power؟
يعني مصطلح الطاقة الشمسية بشكل مختصر الطاقة الكهربائية التي يتم توليدها عبر تجميع أشعة الشمس وتحويلها إلى طاقة كهربائية. انتشرت هذه الطريقة في إنتاج الكهرباء في بلدان عديدة لدرجة أن بعض البلدان تعقد صفقات مع الأشخاص الذين يعتمدون على الألواح الشمسية لتغذية منازلهم بالكهرباء فتشتري الفائض عن حاجة منازلهم عبر وصل هذه المنازل بشبكة الكهرباء العادية مع محطة الكهرباء المسؤولة عن تغذية المنطقة بالشكل المعتاد.
بدأت مختلف البلدان مثل البرتغال وألمانيا بإنشاء محطات توليد الطاقة الشمسية بشكل أوسع، وخصوصا أن هذه المحطات تتميز بالوضوح من حيث ساعات الإنتاج. أي أنه من البديهي أنها لن تتمكن من توليد الطاقة إلا خلال النهار وأثناء سطوع الشمس. تعتمد المنشآت الشمسية الكبيرة على تسخين الأملاح المنصهرة التي تحتفظ بالحرارة العالية لوقت طويل جدا ثم استخدام هذه الأملاح في توليد الكهرباء ليلا.
كيف يتم تجميع الطاقة الشمسية؟
تركيز حرارة أشعة الشمس
تعمل هذه الطريقة على تجميع أشعة الشمس الهابطة في مساحة كبيرة نسبيا في مساحة صغيرة جدا باستخدام عدد من العدسات والأسطح العاكسة كالمرايا. يتم الوصول إلى درجات حرارة عالية في نقطة التركيز هذه حيث يوضع عادة زيت أو مادة سائلة أو مائعة لرفع حرارتها ومنها يمكن توليد الكهرباء. هناك تقنيات كثيرة في هذه الطريقة منها:
- المرايا المسطحة
- برج الطاقة الشمسية
- المرايا المصفوفة على شكل قطع مكافئ
- المرايا المقعرة
تتطلب هذه الطريقة إنشاء تقنيات تساهم بمعرفة مكان الشمس بالضبط وزاوية أشعتها على الأرض للتمكن من تحريك المرايا بهدف الحفاظ على نقطة التركيز مثل الحساسات والبرمجيات الإلكترونية المتقدمة.
المحزاز
يعرف محزاز فرينسيل أو المحزازات المستوية بأنها مجموعة من المرايا المحززة ذات الشكل المستطيل حيث تعمل على تركيز الأشعة على سوائل تشغيل موجودة داخل أنابيب معدة لهذه الغاية. تعتبر هذه التقنية أقل كلفة من استخدام المرايا المصفوفة على شكل قطع مكافئ كما أنها عملية أكثر لأن مساحة صغيرة يمكن شغلها بعدد أكبر من المحزازات. عادة ما تلجأ المحطات الضخمة والمتوسطة إلى هذا الأسلوب لتوليد الكهرباء من أشعة الشمس.
المرآة المقعرة
يطلق على هذه الطريقة أيضا اسم ستيرلينغ ويتم فيها استخدام مرآة مقعرة على شكل قطع مكافئ وما يعرف بمحرك ستيرلينغ. تعتمد المرايا المقعرة على محورين عمودي وأفقي لمتابعة حركة الشمس وتغير زاوية أشعتها على أسطحها وللمحافظة على نقطة التركيز أو البؤرة التي يوضع فيها مادة مستقبلة. تتميز هذه الطريقة بإنتاجيتها الكبيرة وفعاليتها.
يعتمد مبدأ محرك ستيرلينغ على تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية عبر مولدة كهربائية ويجمع أسلوب المرايا المقعرة المرايا التي على شكل قطع مكافئ وهذا المحرك. من الممكن استخدام طريقة المرايا المقعرة من دون الحاجة إلى تحريكها وإنما تحريك البؤرة والمادة المستقبلة التي توضع فيها وبذلك تكون المرايا ثابتة.
الأبراج الشمسية
تعتمد هذه الطريقة على مصفوفات من المرايا ذات الأسطح العاكسة على شكل برج ولذلك يعرف باسم البرج الشمسي. تكون بؤرة التركيز في هذه الطريقة في قمة البرج وتوضع فيها أيضا مادة مستقبلة. تعتبر هذه الطريقة فعالة وذات تكلفة منطقية وخصوصا أنها توفر خيار تخزين الطاقة أو الحرارة لما بعد المغيب. من الأمثلة الناجحة للمحطات التي تعتمد على طريقة البرج الشمسي نذكر محطة بارستو في الولايات المتحدة الأميركية ومحطة التوليد PS10 الموجودة في إسبانيا.
المصفوفات الجهدية
تعرف أيضا باسم المصفوفات الضوئية وقد بدأ بناؤها وتجهيزها منذ السبعينيات ثم ساهم الانخفاض الحاد في ثمن النفط ومشتقاته بإبطاء عملية إنشاء هذه المصفوفات أو المحطات التي تعمل عليها. بعد عام 2000 جرى التنبه عاليا إلى ضرورة الاعتماد على الطاقة النظيفة وإلى فعالية الطاقة الشمسية وخصوصا مع ارتفاع أو تذبذب أسعار البترول ما أعاد العمل على إنشاء محطات الطاقة الشمسية بشكل كبير حيث سجلت زيادة بإنتاج واستخدام الألواح الشمسية بمعدل 40% في كل سنة عن السنة التي سبقتها منذ ذلك الوقت.
من أشهر محطات الطاقة الشمسية التي تعتمد على الألواح الشمسية وأضخمها في العالم قاعدة نيليس التابعة للجوية الأميركية التي تبيع الكيلوواط ساعي من الكهرباء النظيفة التي تنتجها بـ2.2 سنت بينما يتم شراء نفس مقدار الكهرباء من الشبكة العمومية للكهرباء في نفس القاعدة عند الحاجة بسعر 9 سنت.
ملاحظات حول الطاقة الشمسية
التكلفة
في الحقيقة تعتبر تكلفة الاعتماد على الطاقة الشمسية ضخمة بالمقارنة مع استجرار الطاقة من الشبكة العمومية ودفع الفاتورة لاحقا. تتضمن تكلفة الطاقة الشمسية أمورا مثل:
- الألواح أو الخلايا الشمسية ونوعها وتصنيعها أو كلفة استيرادها
- الإطار المطلوب لحمل الألواح
- الأسلاك والتوصيلات
- المحولات ورافعات الجهد
- تكلفة التركيب والنقل
- تكلفة شغل الأرض التي توضع فيها الألواح
- الصيانة والعزل
أسعار التركيب والتوصيل
انخفضت هذه التكاليف كثيرا خلال العقود الماضية كما أن بعض الشركات تقدم هذه الخدمات مجانا عند شراء منتجاتها. بالإضافة إلى ذلك فبعض الدول تقدم قروضا للأشخاص الذين يرغبون بالانتقال إلى الطاقة النظيفة وبالطبع تغطي هذه القروض تكاليف التركيب.
الإنتاجية تبعا للمكان الجغرافي
تعتمد إنتاجية الطاقة الشمسية وتقنياتها على كمية الأشعة الشمسية التي تصل إلى الألواح أو الخلايا. لذلك فيفضل استخدامها في الأماكن الحارة والصحراوية وغيرها من الأماكن التي تتلقى كمية كبيرة من أشعة الشمس. بالإضافة إلى ذلك فهذه التقنيات غير فعالة خلال الليل إلا إذا تم تركيب بطاريات لتخزين طاقتها.
التعليقات