المهندس أمجد قاسم
يعتبر استخدام الطاقة الشمسية في الوقت الراهن ، أحد أهم الطرق المتبعة عالميا لتوفير بعض الطلب العالمي على مصادر الطاقة التي يحتاجها الإنسان في حياته اليومية ، وقد شهد هذا القطاع ، تطورات تكنولوجية وتصميمية هامة جدا أهلته لأن يكون في طليعة مصادر الطاقة المتجددة.
تتميز الطاقة الشمسية بسهولة توفرها في الكثير من بقاع العالم ، وخلوها من أي آثار سلبية على البيئة ، حيث لا تتسبب في انطلاق أي غازات أو مواد كيميائية ضارة بعناصر البيئة أو بالإنسان ، ويمكن تعريف استغلال الطاقة الشمسية ، بأنها تعني تحويل ضوء الشمس إلى طاقة حرارية أو إلى طاقة كهربائية بشكل مباشر أو غير مباشر ، وهذا ممكن نظرا لأن ضوء الشمس يمتلك خاصية فولتية ضوئية وطاقة حرارية في نفس الوقت .
ويمكن توضيح أوجه استغلال الطاقة الشمسية كما يلي:-
إنتاج الطاقة الكهربائية
يتم إنتاج الطاقة الكهربائية من أشعة الشمس عن طريق ما يعرف بالخلايا الشمسية ، وهي تتركب من مواد شبه موصلة كالسيليكون والجرمانيوم ، حيث يتم انطلاق سيل من الإلكترونات عند تعرض هذه الخلايا لأشعة الشمس ، وتتناسب كمية الكهرباء المتولدة طرديا مع شدة سطوح أشعة الشمس ، هذا علما بأنه عندما يكون الطقس غائما ، فإن ضوء الشمس المنعكس عن الغيوم يولد أيضا تيارا كهربائيا عاليا .
لقد استفاد المهندسون المعماريون من هذه الألواح في تصميم المنازل الحديثة أو ما يعرف بالمنازل الذكية ، فتم استبدال قرميد السطوح بألواح شمسية أنيقة الشكل قابلة للتحرك لمواجهة أشعة الشمس بشكل مباشر ، ويتم الاستفادة من التيار الكهربائي المتكون لتلبية احتياجات هذه المنازل من الطاقة ، كما يتم تسخين المياه وتوفير التكييف المناسب لهذه المنازل من خلال هذه الألواح الشمسية المدمجة في البناء.
مصانع الطاقة الحرارية الشمسية
يتم في هذه الطريقة تركيز أشعة الشمس بواسطة مرايا وعدسات خاصة عبر خط واحد نحو نقطة واحدة ، وينجم عن ذلك تكون طاقة حرارية عالية تستخدم لتسخين الماء وتكوين تيار من البخار ذي ضغط عال وحرارة مرتفعة ، ثم يتم نقل البخار إلى وحدات توربينية لتوليد الطاقة الكهربائية .
إن مصانع الطاقة الحرارية الشمسية مطبقة في العديد من بقاع العالم وخصوصا في المناطق التي يكثر فيها السطوع الشمسي ، وقد شهد هذا القطاع تطورات هامة ومذهلة خلال السنوات القليلة الماضية ، ويتوقع العلماء أن يتم استغلال الطاقة الشمسية من خلال مصانع الطاقة الحرارية الشمسية بشكل أفضل خلال السنوات القليلة القادمة ، وتوقعت إحدى الدراسات أن المصنع الذي يبلغ إنتاجه في الوقت الراهن 354 ميغاوات سوف يشهد في عام 2015 زيادة في إنتاج الطاقة تتجاوز 5000 ميغاوات وبحلول عام 2020 سيتم رفع القدرة الإنتاجية سنويا بمعدل 4500 ميغاوات ، وتوقعت الدراسة السابقة ، أن الطاقة الحرارية الشمسية سوف تزود أكثر من 50 مليون منزل بالطاقة في نهاية هذا العقد.
التدفئة والتبريد بواسطة أشعة الشمس
إن استخدام الطاقة الشمسية للتدفئة ولتسخين المياه ، من أقدم الأساليب المتبعة منذ قرون طويلة ، حيث يمكن لخزانات المياه المصممة لذلك والموضوعة على أسطح المنازل أن توفر لها المياه الساخنة معظم أيام السنة ، ومبدأ عمل هذه الخزانات بسيط للغاية حيث يتم احتجاز الماء داخل أنابيب مطلية باللون الأسود وموضوعة في مستوعبات معدنية ( ألواح شمسية ) معزولة وتواجه أشعة الشمس بشكل مباشر ، ولدى تعرضها لضوء الشمس ، تكتسب طاقة حرارية ، مما يؤدي إلى تسخين الماء الموجود في داخل الأنابيب السوداء ، فيرتفع الماء الساخن إلى أعلى اللوح الشمسي بسبب نقصان الكثافة ، ليتم تخزين الماء الساخن داخل خزان العزل العلوي وفي نفس الوقت يتم إحلال ماء بارد مكان الماء الذي تم تخزينه ، وهكذا تتم عملية تسخين الماء وتخزينه في حركة دائرية مغلقة طوال الوقت.
أما عملية استخدام الطاقة الشمسية للتبريد ، فقد نجح فريق عمل متخصص ، في صناعة ثلاجات تعمل على الطاقة الشمسية ، وهذه الثلاجات سوف تشهد تطبيقات واسعة في المناطق النائية وخصوصا لنقل الأدوية واللقاحات الطبية التي تتطلب ظروفا تبريدية صارمة .
إن استغلال الطاقة الشمسية بشكل مثالي ، أصبح هاجسا يشغل كل العاملين في قطاع الطاقة عالميا ، وبالرغم من أن الطاقة الشمسية لا يمكن أن تكفي بمفردها لتوفير كل حاجات الإنسان اليومية من الطاقة لصعوبات هندسية وتقنية ، إلا أنها سوف تسهم بشكل كبير في تلبية جانب هام من هذه الاحتياجات اليومية المتزايدة للطاقة .