تُحدث الطاقة الشمسية ثورة في العديد من مجالات حياتنا باعتبارها مصدر طاقة متجددة وصديقة للبيئة. هذا النوع من الطاقة، الذي يوفر مجموعة واسعة من الاستخدامات من تدفئة منازلنا إلى توليد الكهرباء، يقلل من الآثار البيئية من خلال تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري. إن تقديم حل مستدام للحاجة المتزايدة للطاقة هو أحد أهم العوامل التي تجعل الطاقة الشمسية هي الأفضل.

يمكن تركيب الألواح الشمسية بأحجام مختلفة، من أنظمة الأسطح إلى حقول الطاقة الشمسية الكبيرة. توفر هذه الأنظمة الطاقة دون انقطاع في الحياة اليومية من خلال تحويل أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية. وتوفر أنظمة تسخين المياه التي تعمل بالطاقة الشمسية وفورات في الطاقة من خلال تلبية الحاجة إلى الماء الساخن، وفي الوقت نفسه تقلل من انبعاثات الغازات التي تضر بالبيئة. كما يتزايد استخدام الطاقة الشمسية في القطاع الزراعي؛ فهي توفر الكفاءة في العديد من المجالات من أنظمة الري إلى تدفئة الصوبات الزراعية.

يُحدث استخدام الطاقة الشمسية لشحن السيارات الكهربائية تحولاً في قطاع النقل. وتقلل محطات شحن السيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية من البصمة الكربونية من خلال تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري. وتوفر المصابيح التي تعمل بالطاقة الشمسية المستخدمة في إنارة المدن مزايا اقتصادية وبيئية. وتبرز الطاقة الشمسية كمصدر طاقة المستقبل بفضل مجالات استخدامها الواسعة وبنيتها المستدامة.

ما هي مجالات استخدام الطاقة الشمسية؟

توفر الطاقة الشمسية مجموعة واسعة من فرص الاستخدام في كل من المجالات الفردية والصناعية. وكونها مصدر طاقة مستدامة وصديقة للبيئة يجعلها من بين حلول الطاقة الحديثة. تُستخدم الطاقة الشمسية في مجموعة واسعة من التطبيقات من توليد الكهرباء إلى تسخين المياه، ومن أنظمة الري في الزراعة إلى محطات شحن المركبات في قطاع النقل.

مجالات استخدام الطاقة الشمسية:

• 🟨 توليد الكهرباء السكنية
• 🟨 أنظمة تسخين المياه
• 🟨 أنظمة الري الزراعي
• 🟨 تدفئة الدفيئة
• 🟨 محطات شحن السيارات الكهربائية
• 🟨 أنظمة إنارة المدن
• 🟨 إنتاج الطاقة في المنشآت الصناعية
• 🟨 تحلية مياه البحر
• 🟨 مصدر الطاقة لاستكشاف الفضاء
• 🟨 أجهزة الطاقة الشمسية المحمولة (مثل أجهزة الشحن والمصابيح المحمولة)

كيف يمكن توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية؟

تُستخدم الأنظمة الكهروضوئية وأنظمة الطاقة الشمسية الحرارية لتوليد الكهرباء من الطاقة الشمسية. ومع ذلك، فمن المعروف أن الأنظمة الكهروضوئية هي الأكثر تفضيلاً.

في الأنظمة الكهروضوئية، تُستخدم ألواح خاصة لتحويل ضوء الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية. تحتوي هذه الألواح على خلايا مصنوعة من مواد شبه موصلة. وعندما يسقط الضوء الصادر من الشمس على هذه الخلايا، تبدأ الإلكترونات الموجودة بداخلها في التحرك وتوليد تيار كهربائي. وتحدث هذه الكهرباء أيضاً على شكل تيار مستمر، أي تيار مباشر.

أثناء توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية، يتم التقاط ضوء الشمس أولاً بواسطة الألواح. وفي هذه المرحلة، تُستخدم أيضاً أنظمة التتبع الشمسي. ثم توفر الأنظمة التي تقوم بتعبئة الإلكترونات في الخلايا الكهروضوئية تكوين تيار كهربائي. ويتم نقل هذا التيار إلى العاكس ليتم تحويله إلى تيار متردد، أي تيار متناوب يستخدم في أماكن المعيشة. وفي المرحلة الأخيرة، يتم الاستخدام المباشر. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تخزين التيار الكهربائي لاستخدامه لاحقاً من خلال نظام تخزين الطاقة.

هذا هو مبدأ عمل أنظمة الطاقة الشمسية في أبسط صوره. على الرغم من أن الأمر يبدو بسيطًا، إلا أنه لا ينبغي أن ننسى أن هناك العديد من المراحل بدءًا من توليد الطاقة إلى التخزين. يمكن أيضًا دمج هذه الأنظمة مع أنظمة البطاريات. وبفضل نظام البطارية، يستمر إنتاج الطاقة عندما يكون ضوء الشمس غير كافٍ. بالنسبة لبعض التطبيقات، يمكن أيضًا نقل الطاقة مباشرة إلى شبكة الكهرباء. بالنسبة لهذه الأنظمة، التي تعتمد على مبدأ الكفاءة العالية للغاية، من المنطقي أكثر استخدام الألواح المعرضة لأشعة الشمس المباشرة. وبالطبع، تستمر عملية الاستفادة من الطاقة الشمسية في الطقس الممطر والغائم.

تم تطوير بعض الطرق لزيادة الكفاءة في توليد الكهرباء من أنظمة الطاقة الشمسية. وأهمها أنظمة التتبع الشمسي. من المهم أيضًا الانتباه إلى عوامل مثل التنظيف والصيانة والظروف الجوية ومكونات النظام وموقع النظام التي تؤثر على الكفاءة. للحصول على أقصى قدر من الكفاءة، يجب إمالة الألواح نحو الاتجاه الذي تكون فيه الشمس أكثر كثافة. بالإضافة إلى ذلك، يجب إزالة الغبار والأوساخ من اللوح.

لأي غرض تُستخدم ألواح الطاقة الشمسية؟

تُستخدم ألواح الطاقة الشمسية لأغراض مختلفة كمصدر طاقة نظيفة ومتجددة. وتزيد هذه الألواح، التي تلعب دوراً رائداً في توليد الكهرباء، من استقلالية الطاقة من خلال تحويل ضوء الشمس مباشرةً إلى طاقة كهربائية. تعمل الألواح الكهروضوئية (PV) المثبتة على الأسطح على تقليل تكاليف الطاقة من خلال تلبية احتياجات الطاقة في المساكن وأماكن العمل. بالإضافة إلى ذلك، مع الأنظمة المتصلة بالشبكة، يمكن الحصول على مكاسب اقتصادية من خلال إعادة بيع الطاقة الزائدة المنتجة.

كما تستخدم ألواح الطاقة الشمسية على نطاق واسع في الصناعة والزراعة. فالألواح الشمسية المستخدمة في أنظمة الري الزراعي تزيد من الإنتاجية الزراعية من خلال تمكين مضخات المياه من العمل. وبالمثل، تُستخدم الطاقة الشمسية في تدفئة وتبريد الصوبات الزراعية، مما يقلل من التكاليف ويضمن إنتاجاً صديقاً للبيئة. وفي المنشآت الصناعية، تُستخدم الألواح الكهروضوئية على نطاق واسع كمصدر للطاقة في عمليات الإنتاج، مما يساهم في خفض تكاليف التشغيل.

في قطاع النقل، تؤدي الألواح الشمسية أيضًا دورًا مهمًا في شحن السيارات الكهربائية وإنارة المدن. توفر الألواح الشمسية المستخدمة في محطات شحن السيارات الكهربائية مصدر طاقة مستدام وصديق للبيئة، مما يقلل من الاعتماد على الوقود الأحفوري. وبالمثل، تزيد مصابيح الشوارع وإشارات المرور التي تعمل بالطاقة الشمسية من كفاءة الطاقة في المدن وتقلل من انبعاثات الكربون. توفر هذه المجموعة الواسعة من الاستخدامات التي توفرها ألواح الطاقة الشمسية مزايا كبيرة من الناحيتين البيئية والاقتصادية.

كيف يمكن زيادة كفاءة أنظمة الطاقة الشمسية؟

لزيادة كفاءة أنظمة الطاقة الشمسية، يجب مراعاة عدة عوامل حاسمة. أولاً، يعتبر التموضع الصحيح للألواح الشمسية ذا أهمية كبيرة. حيث أن وضع الألواح الشمسية في الزاوية والاتجاه الأمثل يسمح لها بتجميع أشعة الشمس بأقصى مستوى. بالإضافة إلى ذلك، فإن التنظيف المنتظم للألواح يمنع تراكم الأوساخ والغبار من منع إنتاج الطاقة. هناك طريقة أخرى لزيادة الكفاءة وهي استخدام ألواح شمسية عالية الجودة والكفاءة. ومع تطور التكنولوجيا، يتم طرح ألواح ذات كفاءة أعلى في السوق، ويمكن أن يؤدي استخدام هذه الألواح إلى زيادة القدرة على إنتاج الطاقة بشكل كبير.

أنظمة التتبع الشمسي هي طريقة فعالة أخرى لزيادة كفاءة أنظمة الطاقة الشمسية. تُمكِّن هذه الأنظمة الألواح من متابعة الشمس على مدار اليوم، مما يحقق المزيد من إنتاج الطاقة مقارنةً بالألواح ذات الزاوية الثابتة. تتيح أنظمة التتبع الشمسي إمكانية التقاط أكبر قدر ممكن من ضوء الشمس من خلال نماذج ثنائية المحور يمكنها التحرك أفقيًا وعموديًا. وبهذه الطريقة، يتم الاستفادة من ضوء الشمس بأكثر الطرق فعالية، خاصة في ساعات الصباح والمساء. يمكن أن تزيد أنظمة التتبع الشمسي من إنتاج الطاقة بنسبة 25-30%، مما يعني إنتاج طاقة أعلى بتكاليف أقل على المدى الطويل. لذلك، من المفيد جداً استخدام أنظمة التتبع الشمسي في المشاريع التي تهدف إلى زيادة كفاءة أنظمة الطاقة الشمسية.