تقرير شامل حول الطاقة الشمسية واستخداماتها، حيث تعد الطاقة الشمسية مصدرًا للطاقة التي تنبعث من الشمس، وتُعتبر خيارًا بيئيًا صديقًا لا يُسهم في التلوث.
بالإضافة إلى ذلك، تُعتبر الطاقة الشمسية طاقة متجددة، وقد استغلها الإنسان لمصلحته من خلال عدة تقنيات تزايدت مع تطور التكنولوجيا.
ومن بين هذه التقنيات، تكمن إمكانية استخدام الطاقة الحرارية الناتجة عن الشمس سواء من خلال التسخين المباشر أو عبر التحويل الميكانيكي من الطاقة الحركية إلى الطاقة الكهربائية. يمكنكم قراءة المزيد في هذا التقرير عن الطاقة الشمسية واستخداماتها.
طرق استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الحرارة والكهرباء
إنه من اللافت أن البشر تمكنوا من توليد الكهرباء انطلاقًا من الحرارة والضوء المنبعثين من الشمس عبر الظواهر الكهروضوئية، بالإضافة إلى استخدام الألواح الضوئية.
تتقسم تقنيات الطاقة الشمسية إلى نوعين: أنظمة الطاقة الشمسية الإيجابية وأنظمة الطاقة الشمسية السلبية.
تعتمد أنظمة الطاقة الشمسية الإيجابية على استخدام الألواح الفوتو ضوئية والمجمعات الحرارية الشمسية.
بينما تعمل أنظمة الطاقة الشمسية السلبية على توجيه بعض المباني نحو الشمس.
كما تتطلب اختيار مواد ذات كتلة حرارية مناسبة أو خصائص تعمل على تشتيت الأشعة الضوئية، وتصميم مساحات تدعم تدفق الهواء بشكل طبيعي.
مقدار الطاقة الشمسية التي تصل إلى كوكب الأرض
يبلغ إجمالي الطاقة الشمسية التي تستقبلها المحيطات والكتل الأرضية والغلاف الجوي حوالي 3,850,000 كنتليون جول سنويًا.
ويستخدم التمثيل الضوئي حوالي 3,000 كنتليون جول سنويًا من هذه الطاقة في تكوين الكتل الحيوية.
استخدامات الطاقة الشمسية
استخدام الطاقة الشمسية في الزراعة
يمكن زراعة بعض النباتات خارج موسمها عبر الصوب الزجاجية، مما يسمح بزراعة المحاصيل على مدار السنة.
حيث يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية من خلال تغليف النباتات للحفاظ على حرارة الشمس. وقد تم إنشاء أول صوبة زجاجية حديثة في أوروبا خلال القرن السادس عشر للاحتفاظ ببعض النباتات النادرة المستوردة.
استخدامات الطاقة الشمسية في التدفئة والتبريد والتهوية
تُشكل أنظمة التهوية والتدفئة والتبريد جانبًا كبيرًا من استهلاك الطاقة، حيث يسهم استخدام الطاقة الشمسية في توفير الكثير من الطاقة المطلوبة لهذه الأعمال.
في المناطق الباردة، يمكن الاستفادة من الطاقة الشمسية من خلال تصميم المباني بشكل يمتص حرارة الشمس نهارًا لاستخدامها ليلاً.
تعتبر المدخنة الشمسية أيضًا إحدى أنظمة التهوية السلبية التي تعمل بالطاقة الشمسية، وتتكون من عمود عمودي يربط بين داخل وخارج المبنى. عندما ترتفع درجة حرارة المدخنة، يتم تسخين الهواء داخل المبنى، مما يُنتج تيار هواء صاعد.
استخدام الطاقة الشمسية لتسخين المياه
تُستخدم السخانات الشمسية المركبة على أسطح المنازل، مثل الأنابيب المفرغة والألواح المستوية لتسخين الماء.
استخدام الطاقة الشمسية في التخطيط المدني والمعماري
تم تصميم المباني منذ قديم الزمان للاستفادة من الطاقة الشمسية، خصوصًا حيث تمتد المساكن نحو الجنوب لتكون قادرة على امتصاص أشعة الشمس. يتجلى هذا في منزل الفيلسوف اليوناني سقراط كمثال على المباني التي استفادت من تقنيات الطاقة الشمسية السلبية.
حالياً، يتم تصميم المباني باستخدام الحاسوب لدمج أنظمة التسخين والتهوية والتدفئة بالطاقة الشمسية والإضاءة التي تعتمد على ضوء النهار.
استخدام الطاقة الشمسية في معالجة المياه
تتم معالجة المياه المالحة بواسطة الطاقة الشمسية لتحويلها إلى مياه صالحة للاستخدام البشري. كان للعرب دور بارز في تطوير هذه الطريقة عبر علماء الكيمياء في القرن السادس عشر.
يتوفر جهاز التقطير الشمسي بتصاميم مختلفة، وقد تم إنشاء أول مصنع لتقطير المياه في عام 1872 بمدينة “لاس ساليناس” التشيليّة.
الطهي باستخدام الطاقة الشمسية
يستخدم الطباخ الشمسي الضوء المنبعث من الشمس للطهي والتجفيف والبسترة، ويتضمن ثلاثة أنواع:
- مواقد تُحبس الحرارة.
- أيضًا مواقد مكثفات منحنية.
- مواقد مسطحة على شكل ألواح.
تتكون صناديق الطهي من وعاء معزول وغطاء شفاف، مما يجعلها قابلة للاستخدام في الظروف المناخية القاسية.
استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء
يمكن تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية باستخدام محولات ضوئية، التي تُستخدم لتزويد الأجهزة الصغيرة والمتوسطة بالكهرباء.
مثل الآلات الحاسبة، وتُعتبر الطاقة الشمسية أحد مصادر الطاقة المتجددة التي تحتاج لقوى ريحية، وغالبًا ما يتم الحصول عليها من البطاريات.
إنشاء قوارب وسيارات تعمل بالطاقة الشمسية
توجد سيارات تستخدم ألواح الطاقة الشمسية لتشغيل محركاتها، بالإضافة إلى القوارب التي تعتمد على نفس التقنية.
أساليب تخزين الطاقة الشمسية
الصعوبة في استخدام الطاقة الشمسية تكمن في عدم توفرها ليلًا، لذا فإن تخزينها يعد أمرًا ضروريًا.
يتم تخزين الطاقة الشمسية من خلال نظام الكتل الحرارية، حيث تُخزن الطاقة في شكل حرارة لأغراض الاستخدام المنزلي.
كما يمكن استخدام مواد ذات سعة حرارية عالية مثل التراب والماء، بالإضافة إلى استخدام الأملاح المذابة القابلة للتخزين، نظرًا لأسعارها المنخفضة وكفاءتها العالية.
