فهرس المقالة

1. مقدمة عن الطاقة الشمسية

الإشعاع الشمسي
الإشعاع الشمسي

مصطلح الطاقة الشمسية يعنى به كمية الإشعاع الشمسي والضوء الواصلة إلينا من الشمس من خلال الغلاف الجوي للأرض والذي يعمل على عكس بعضا من هذه الطاقة تاركاً البعض الآخر يصل إلى سطح القشرة الأرضية. ومن خلال الشكل رقم (2-7) يمكن ملاحظة نسب توزيع الطاقة الشمسية على سطح الأرض. تُعرف القدرة الشمسية الساقطة على وحدة المساحة بالإشعاع الشمسي (Irradiance).

معاملات قياس الطاقة الشمسية يمكن تلخيصها بالنقاط التالية:

هي مقدار الشدة الإشعاعية الشمسية في مدة زمنية معينه الساقطة على وحدة المساحة وتقاس بوحدة الوات على المتر مربع (وات/ م2) W/m2.

هو مقدار الطاقة الشمسية الناتجة من الإشعاع الشمسي المنبعث من الشمسي في مدة زمنية معينة والساقطة عموديا على وحدة المساحة خارج الغلاف الجوي، وتعتبر قيمة الثابت الشمسي تساوي 1367 W/m2 بحسب إفادة المركز العالمي للإشعاع (WRC).

هو مقدار الطاقة الشمسية في يوم واحد والساقطة على وحدة المساحة على سطح الأرض ويقاس بوحدة وات. ساعة/م2/يوم W.Hr/m2/day. بالنسبة للمغرب يبلغ المعدل السنوي للتشميس بين 2200 – 2400 KW.Hr/m2/day وذلك واضح من على خريطة المغرب للإشعاع الشمسي .

هو رقم يمكن إيجاده من خلال قسمة مقدار التشميس في اليوم الواحد على 1000 W/m2 ويعرف أيضا بالمتوسط الساعي اليومي.

 بمعظم الدول العربية متوسط ساعي يبدأ بمعدل 5.5 ساعة في المناطق الساحلية  ويرتفع إلى 7 ساعات في المرتفعات الداخلية والسهول الصحراوية .

هي أقصر مسافة لمسار أشعة الشمس الساقطة على سطح الأرض وعادة يتم استخدام الكتلة الجوية بالرمز AM1.5 Global في القياسات المعملية لأداء الألواح الشمسية.

هناك عوامل أخرى تؤثر على كمية الطاقة الشمسية (القدرة الشمسية) الواصلة على سطح مكان معين وفي نهار يوم محدد على سطح الكرة الأرضية وهذه العوامل تتمثل بالآتي:

  1. خط الطول (بُعد الموقع المحدد عن خط الاستواء شمالا أو جنوبا).
  2. زاوية ميلان الأرض.
  3. تاريخ اليوم المحدد.

أشكال الطاقة الناتجة من الطاقة الشمسية:

الطاقة الشمسية عبارة عن خليط من الضوء والحرارة قادمة من الشمس يمكن توظيفها للحصول على الطاقة الحرارية أو الكهربائية بواسطة التقنيات المتاحة مثل السخان الشمسي، الألواح الشمسية.

تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة الحرارية، ويمكن توظيفها كالآتي:

  • سخانات المياه الشمسية

أنظمة سخانات المياه الشمسية تعمل عندما تسقط أشعة/حرارة الشمس مباشرة على أداة ما تعمل على احتجاز وتركيز الحرارة ونقلها بواسطة وسيط مادي (الماء). ومن تطبيقاتها:

  • تسخين المياه.
  • تدفئة المنازل والمباني.
  • مبادئ عمل سخانات المياه الشمسية
    مبادئ عمل سخانات المياه الشمسية
    • الطباخات الشمسية

    أنظمة الطباخات الشمسية تعمل عندما تسقط أشعة/حرارة الشمس مباشرة على أداة ما تعمل على تركيز الحرارة في جسم معدني يعرف بأناء الطبخ.

  • أشكال الطاقة الناتجة من الطاقة الشمسية:

القدرة الشمسية عبارة عن تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية سواء كانت بطريقة غير مباشرة باستخدام مرايا تركيز القدرة الشمسية، أو بطريقة مباشرة باستخدام الألواح الشمسية، وتقاس بـوحدة (وات/م2) (W/m2).

  1. مركزات القدرة الشمسية (CSP):

هي أنظمة تستخدم مرايا تركيز للأشعة الشمسية معظمها مزودة بأنظمة تتبع تعمل على توفير أشعة الشمس الساقطة على مساحات واسعة وتركيزها في مساحة ضيقة لتضمن أطول فترة لتركيز الشمس. الطاقة الحرارية الناتجة من تركيز الأشعة الشمسية تستخدم كمصدر حراري لمحطات توليد الطاقة التي توفر العديد من تكنولوجيا مركزات أشعة الشمس بعدة تصاميم أبرزها العاكس البيضاوي الخطي، والعاكس بشكل قرص دائري، وأبراج الطاقة الشمسية. ويتم في هذه التقنية توليد الطاقة الكهربائية من خلال تسخين مياه البحار والأنهار والتي تعمل على تدوير التوربينات البخارية لإنتاج الكهرباء بالإضافة إلى مهامها الأخرى المتمثلة في تحلية مياه البحار والمحيطات.

مركز القدرة الشمسية على شكل مرايا القطع الدائري الناقص
مركز القدرة الشمسية على شكل مرايا القطع الدائري الناقص
  1. الخلايا الشمسية (الكهروضوئية):

الضوء الساقط على سطح الخلية الشمسية (الكهروضوئية) يتم تحويله إلى طاقة كهربائية، وتعتبر هذه التقنية الرئيسية التي يتم التركيز عليها في صناعات الطاقة الشمسية، حيث المصطلح (Photovoltaic) يعبر عن (Photo) ضوئي (voltaic) إنتاج القوة الدافعة الكهربائية (الفولتية).

إنتاج الخلية الشمسية للطاقة الكهربية يتم عن طريق طاقة ضوء الشمس الساقط على سطح الخلية والتي تعمل على تحرير الإلكترونات من ذرات السليكون المطعمة بذرات الفوسفور أو البورون (وصلة ثنائية: موجب-سالب) وخروجها من الخلية على شكل تيار كهربائي.

آلية عمل الخلية الشمسية
آلية عمل الخلية الشمسية

مميزات وعيوب الطاقة الشمسية

المميزات

العيوب

·        سهلة التركيب والتشغيل وصيانتها غير مكلفة.

·        عمرها طويل مقارنة بالمصادر التقليدية.

·        لا تحتاج كلفة تشغيلية.

·        يمكن نقلها وسهلة التفكيك.

·        مستدامة ونظيفة وصديقة للبيئة وغير ضارة بالصحة ولا تنتج ضوضاء.

·        لا تتطلب أجزاء متحركة باستثناء المتتبعات.

·        كلفتها التأسيسية مرتفعة.

·        تتطلب مساحة واسعة.

·        محدودة التشغيل (النهار فقط) وتضعف في الأيام الغائمة.

·        تتطلب خبرات فنية خاصة.

·        تتطلب التزام ومحاذير في أوقات تشغيل الأجهزة الكهربائية.

·        قابلة للكسر والتضرر بسهولة في حالة عدم تثبيتها بقواعد خاصة.

شارك هذه المقالة لتعم الفائدة

الإشعاع الشمسي

تعتبر الشمس هي المصدر الرئيسي للطاقة في العالم، حيث تصلنا هذه الطاقة في صورة
موجات كهرومغناطيسية لها طيف وأطوال موجات محددة. ويتكون طيف الشمس من
الآتي:
1. طيف الأشعة فوق البنفسجية 9%.
2. طيف الضوء المرئي 47 %.
3. طيف الأشعة دون الحمراء 44 %.
تنقسم نوعية الطاقة الشمسية التي تصل إلى سطح الأرض في صورة شعاع إلى قسمين:
1. أشعة شمسية مباشرة وهي الأشعة التي تصل من الشمس مباشرة بدون أن تتعرض الى
تشتت أو انعكاس أثناء مرورها خلال الغلاف الجوي.
2. أشعة شمسية غير مباشرة وهي الأشعة التي تصل من الإتجاهات المختلفة نتيجة لإنعكاس
وتشتت أشعة الشمس أثناء مرورها خلال الغلاف الجوي.
عند تصميم أي جهاز يعمل على الاستفادة من الطاقة الشمس ية يجب ملاحظة أن هذه
الطاقة متغيرة في قيمتها ومتقطعة في وجودها وذلك للأسباب الآتية:
1. حركة الشمس الظاهرية من الشروق إلى الغروب، يجعل قيمة الطاقة الشمسية الساقطة
على سطح أفقي على س ح الارض تبدأ من الصفر عند شروق الشمس ثم تتزايد حتى
تصل الى قمتها عند حوالي منتصف النهار وبعد ذلك تبدأ في النقصان الى أن تزول عند
غروب الشمس.
2. الطاقة الشمسية نستفيد منها فقط أثناء النهار ولذلك فهي متقطعة.
3. حركة دوران الأرض حول الشمس والتي ينتج منها الفصول الأربعة تجعل
قيمة الطاقة الشمسية تتغير من فصل الى أخر ومن شهر الى أخر.

يوضح الكميات القابلة للإستخدام من الإشعاع الشمسي
الكميات القابلة للإستخدام من الإشعاع الشمسي

العوامل التي تؤثر على قيمة الإشعاع الشمسي الساقط على سطح أفقي

حركة دوران الارض حول الشمس (الفصول)
حركة دوران الارض حول الشمس (الفصول)

هنالك عوامل تؤثر في معدل الإشعاع الشمسي المستقبل بواسطة النظم الشمسية، وتتمثل
هذه في تغيير الفصول السنوية وموقع السطح المستقبل من حيث خط العرض وزاوية ميلانه
بالنسبة لاتجاه الحزم الإشعاعية الساقطة، هذا المعدل يمكن أن ينقص أو يزيد بنسب متفاوتة
حسب هذه المؤثرات. إضافة إلى ذلك فإن المنظومات التي تقوم بتحويل الإشعاع الشمسي إلى
طاقة كهربائية تستطيع – في الغالب عملياً – تحويل جزءٍ يسيرٍ من الإشعاع المتوفر بالنسبة
لمنظومات التحويل الشمسي الكهروضوئي.
يمكن تلخيص هذه العوامل في النقاط الآتية :
1. الموقع أو خط العرض.
2. فصول السنة (الصيف أو الشتاء مثلاً).
3. العوامل الجوية مثل السحب والغبار.
4. درجة الحرارة.
5. الزمن أثناء اليوم.

البيرانوميتر Pyranometer

السولاريميتر(Solarimeter )

الخلية الشمسية Reference Cell

هنالك حاجه لقياس قدرة شدة الإشعاع الشمسي، وأيضاً الطاقة التراكمية أثناء فترة
سطوع الشمس.
و تقاس القدرة اللحظية للطاقة الشمسية بالواط في المتر المربعWatts /  m²  وهي تمثل الطاقة الساقطة
عليه في الثانية.
الطاقة التراكمية تعتمد على شدة الإشعاع الشمسي وساعات سطوع الشمس أثناء اليوم.
من هذه القياسات يمكن إيجاد متوسط طاقة الإشعاع الشمسي اليومي لكل شهر من شهور
السنة بالجول /م 2 /يوم أو بالكيلوواط ساعة/ م 2/ يوم.
1 كيلوواط ساعة/ م 2/ يوم = 3.6 ميقاجول /م 2 /يوم
هنالك عدة أجهزة لقياس شدة الإشعاع الشمسي من أهمها:

تقدمك في الدليل
واصل أنت تعلم اليوم أكثر 8%