بحث عن الطاقة الشمسية واستخداماتها

بحث عن الطاقة الشمسية واستخداماتها والتي تُعد إحدى مصادر الطاقة المتجددة والنظيفة، التي تسعى الكثير من الدول حول العالم إلى اقتنائها والسيطرة عليها في ظل زيادات أسعار البترول والغاز الطبيعي، بالإضافة إلى انخفاض نسب تلوثها مقارنة بغيرها من المصادر الأخرى، وبالأخص بعد اتجاه غالبية الدول لاستخدامها والاعتماد عليها كمصدر أساسي وطورت من الصناعات للتوافق مع هذه الطاقة، وخلال الأسطر القادمة عبر موقع المرجع سنحاول تقديم بحث شامل عن هذه الطاقة واستخداماتها.

مصادر الطاقة المتجددة

في ظل مخاوف العالم من جفاف مصادر الطاقة غير المتجددة مع مرور الزمن، وكذلك ارتفاع أسعارها المتزايدة وتسببها الدائم في زيادة نسبة التلوث في الجو، اتجهت أنظار غالبية دول العالم للبحث عن مصادر الطاقة غير المتجددة بصورها المختلفة، والاعتماد عليها في تأسيس صناعاتها واستخدامها في شتى المجالات، وهذا لأكثر من سبب أهمها وعلى رأسها الاستمرارية بالإضافة إلى قلة نسب الانبعاث والتلوث الناجمة عن تلك المصادر، وتوجد خمس أنواع لصور ومصادر هذا الطاقة، وهي:

• الطاقة الشمسية.
• طاقة الرياح.
• الطاقة المائية.
• طاقة الكتلة الحيوية.
• الطاقة الحرارية الأرضية.

إلّا أن هذه المصادر تواجها بعض التحديات؛ كونها محدودة التدفق بمعنى عدم إمكانية الحصول عليها في أي وقت، وسنتخذ من الطاقة الشمسية كمثال لهذا عبر عرض استخداماتها وتأثيراتها المختلفة.

بحث عن الطاقة الشمسية واستخداماتها

الطاقة الشمسية -كما ذكرنا- إحدى أبرز صور الطاقة المتجددة، والتي تتواجد بكثرة في مختلف دول العالم إذ يُعد ضوء الشمس أكبر مصادر الطاقة على الأرض، ويصل هذا الضوء عبر الأشعة التي تكون 50% منها عبارة عن ضوء مرئي، بالإضافة إلى 45% منها عبارة عن أشعة تحت الحمراء، والنسبة الباقية تكون عبارة عن خليط بين الأشعة فوق البنفسجية والأشعة الكهرومغناطيسية، ونسبة بسيطة من هذه الأشعة يتم فقدها عبر مرورها من خلال الغيوم والغلاف الجوي، وتُقدر كمية الطاقة الشمسية اليومية التي تصل إلى الأرض بمائتي ألف ضعف الطاقة الكهربائية المستخدمة حول العالم والتي يمكن تقديرها بحوالي  3.850.000 ترليون جول في العام، ولو أُحسن استغلالها في إنتاج الطاقة عبرها تكون كافية لتغذية العالم بكميات الطاقة اللازمة لشتى استخداماته؛ إلّا أن ارتفاع تكلفة جمع هذه الطاقة وتحويلها للصور المختلفة  وتخزينها تُعد باهظة الثمن وما زال إلى الآن استخدامها مقصور جدًا.[1]

مدى إمكانية استخدام الطاقة الشمسية

مقدار الأشعة الناتجة عن الطاقة الشمسية متفاوتة من بقعة لأخرى على الأرض، ومن الممكن تجد هذا التفاوت داخل حدود دولة واحدة ففي بعض مناطقها تجد تركيز ودرجة حرارة عالية يمكن استخدامها في توليد الطاقة منها وتخزينها مثل الطاقة الكهربائية، وذلك عبر استخدام التكنولوجيا الحديثة والتقنيات المتنوعة، لكن كما أشرنا أن إقامة مشاريع توليد الطاقة الشمسية يعتمد بشكل أساسي على كمية الأشعة الساقطة على بقعة أو منطقة معينة.

ومن أجل تحديد إذا كانت تصلح هذه المنطقة إنتاج الطاقة أم لا، وكي يتم تحديد هذا لا بد من قياس كمية الأشعة الساقطة على المنطقة المحددة إقامة هذه المشروعات خلال أوقات مختلفة من العام، ثم بعد ذلك يتم مقارنة نتائج هذا المنطقة مع غيرها من نتائج المناطق الأخرى الواقعة على نفس خط العرض، وهذه البيانات والنتائج يتم التعبير عنها وقياسها بالكيلو وات في الساعة لكل متر المربع (كليو وات× ساعة/ متر مربع)، وبحساب هذا يتم تحديد لمنطقة الأفضل إقامة هذه المحطات.

تاريخ استخدام الطاقة الشمسية

توجد العديد من المصادر والكتب التي تتحدث عن استخدامات الطاقة الشمسية في مختلف الاتجاهات عبر التاريخ، مثل:

• ما ذُكر في كتب العلوم والتاريخ استخدام أرخميدس لأشعة الشمس في حرق الأسطول الحربي الروماني عام 212 ق.م وذلك عبر قيامه بتركيز الإشعاع الشمسي على سُفن الأعداء المبحرة من خلال مئات الدروع المعدنية المصقلة.
• واستخدمت نساء الكهنة في العصر البابلي قطعة ذهبية مصقولة كالمرايا وذلك من أجل تركيز أشعة الشمس على جزء معين لإشعال النار.
• كما استخدمت هذه الطاقة من جانب بعض العلماء في فترات التاريخ المتابعة مثل سويز ولافوا زبية وأريكسون وغيرها، في أعمال التدفئة وطهي الطعام وكذلك تقطير الماء وتوليد بخار الماء.
• ومع بدايات أول القرن الميلادي تم إنشاء أول محطة عالمية تستخدم الطاقة الشمسية للري، وكانت تعمل قرابة الخمس ساعات يوميًا من أجل هذا الغرض.

خُلاصة القول إن البحث عن الطاقة الشمسية واستخداماتها هو أمر غير مُستحدث؛ وذلك كون الشمس المصدر الأكبر للطاقة في العالم، ولذا قامت المحاولات المختلفة منذ القدم وإلى الآن لاستغلال هذا المصدر والاستفادة منه، ومع التطور العلمي والتكنولوجي الذي يواكب العالم أصبح بإمكان الإنسان استغلال واستخدام هذه الطاقة في العديد من الأمور.[2]

استخدامات الطاقة الشمسية

منذ القِدم يتم استخدام الطاقة الشمسية وإشعاعاتها المباشرة في العديد من الاستخدامات، كتدفئة المنازل وتجفيف المحاصيل وغيرها من الاستخدامات الأخرى التي سنتناولها لاحقًا، وقد ورد استخدام الحضارات المختلفة عبر التاريخ لهذا المصدر من مصادر الطاقة.

استخدامات الطاقة الشمسية في الزراعة

عبر البحث عن الطاقة الشمسية واستخداماتها تذهب كثير من دول العالم إلى استغلال تلك الطاقة في الزراعة وذلك عبر الصوب الزجاجية؛ فمن خلالها يمكن زراعة أنواع نباتات في غير موعدها وأوانها أي يمكن زراعة جميع المحاصيل طيلة العام، وذلك من خلال تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية من خلال الأشعة المتسلطة على الزجاج وانبعاث الحرارة للداخل، ويتم تغليف هذه النباتات كي يتم الاحتفاظ بتلك الحرارة المتولدة، وهذه الصوبات الزجاجية استخدمت لأول مرة في القرن السادس عشر الميلادي بأوروبا، وهذا من أجل الحفاظ على حياة نوعيات النباتات المستجلبة من الخارج.

استخدامات الطاقة الشمسية في معالجة المياه

اتجهت أنظار العديد من دول العالم حديثًا إلى استخدام الطاقة الشمسية في تطهير المياه ومعالجتها للشرب، وذلك عبر استخدام السخان الشمسي، والذي يُصنف أكثر أمان ونظافة والأقل كُلفة من الأنواع الأخرى كالمواقد، والتي كانت تُستخدم عبر حرق الأخشاب والفحم، أو حتى بعد اتجاه العالم لاستخدام الغاز الطبيعي والنفط في هذا الشأن، واستخدم الطاقة الشمسية في معالجة المياه ليست أمر مُستحدث اليوم، لكنه قديم وأول من قام باستخدامه علماء العرب الكيميائيين مع بدايات القرن السادس عشر الميلادي، عبر استخدام جهاز التقطير الشمسي، الذي يتكون من (سطح منفرد ومزدوج، مخروطيات، ألواح ماصة وعاكسة، أجهزة راسية)، وأول مصنع أنشئ لتقطير المياه في العصر الحديث كان بعام 1872 م بتشيلي.

استخدامات الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء

أصبح توليد الكهرباء عبر الطاقة الشمسية من خلال التحويل الكهروضوئي، عبر استخدام أشعة الشمس أو ضوئها بتحويله إلى طاقة كهربائية، وذلك عبر استخدام الخلايا الشمسية أو الكهروضوئية، وقد اكتشف آينشتاين خاصية تحويل الطاقة الكهربائية عبر أشباه الموصلات ونال عن ذلك جائزة نوبل عام 1921 م، وحاليًا مع التطور العلمي والتقني المتسارع أصبح بالإمكان توليد الطاقة الكهربائية باستعمال الخلايا الشمسية المتطورة والتي لا تستهلك كميات كبيرة من الوقود ولا تتسبب بأي ملوثات للبيئة وصيانتها سهلة وغير مكلفة بالإضافة إلى طول مدة الاستخدام.

ويُعد أفضل استخدام لهذه الخلايا تحت تقنية وحدة الإشعاع الشمسي والذي يكون دون استخدام عدسات أو مركزات والتي بسهولة يمكن تثبيتها فوق أسطح المنازل، من أجل توليد الطاقة الكهربائية وكذلك في تدفئة الغرف والمنازل وتسخين المياه للاستخدامات المتعددة، بالإضافة إلى العديد من الاستخدامات الأخرى لهذه الخلايا الشمسية مثل:

• إنارة مصابيح الشوارع والطُرق.
• استخدامها في ضخ ورفع المياه.
• تشغيل نظم وأبراج الاتصالات.[3]

استخدامات الطاقة الشمسية في التدفئة والتهوية

أغلب مصادر استهلاك الطاقة والتي يعاني منها العالم حاليًا ويشكو من تكلفة استخدامها، هي أنظمة التدفئة والتبريد حيث تستهلك كميات هائلة من الطاقة، لذا أقدم الكثيرين على استخدام الطاقة الشمسية لمثل هذه الأعمال، عبر الاعتماد على أشعة الشمس وبالأخص في المناطق الباردة في تدفئة المباني وبالأخص نوعيات المباني المستحدثة التي تعمل على امتصاص أشعة الشمس نهارًا واستغلالها ليلًا في التدفئة، وبذلك بالإضافة إلى بعض أنواع المداخن التي تعمل بالطاقة الشمسية والتي تستخدم إحدى أنظمة التهوية؛ وذلك كونها تعمل بالطاقة الشمسية السلبية، وهي تكون عبارة عن عامود رأسي متصل بخارج وداخل المبنى، وحال ارتفاع درجة الحرارة بالمدخنة يتم تسخين الهواء المتواجد بها، والذي ينتج عنه هواء متصاعد لأعلى والذي يقوم الهواء البارد بإحلال مكانه لأسفل.

ومن ضمن الوسائل التي يتم استخدامها في نظام تدفئة المنازل هو نموذج الغرف الشمسية، والتي تتكون من زجاج شفاف يسمح لأشعة الشمس بالمرور من خلالها عبر أوقات النهار ويقوم هذا الزجاج بجمع هذه الأشعة عبر تقنية متواجدة به، ثم إطلاقها ليلًا من أجل تدفئة الغرف والمنازل، ويتم رصّ الصخور أسفل هذه الألواح كي تقوم بتخزين الحرارة بداخلها والاستفادة بها ليلًا.

استخدامات الطاقة الشمسية بديل للوقود ومحرك للمعدات

مع التطور المتزامن في شتى المجالات وقطاعات التكنولوجيا والصناعات، أصبح من المألوف جدًا فكرة وجود معدات سواء سيارات أو قوارب أو طائرات تسير بالطاقة الشمسية، ونراه من حولنا كل يوم بالعالم، وتُعد شركة تسلا العالمية رائعة في هذا المجال والتي تهدف مع حلول عام 2050 م إلى تحويل جميع السيارات بالعالم لتعمل بالطاقة الشمسية، وكذلك تقوم العديد من المصانع والهيئات بالعالم إلى إنتاج معدات تستخدم تلك الطاقة من المراكب المسيرة، من خلال تبديل وحدات الوقود بالواح شمسية وهذا نجح بالفعل حتى أن شركة فيسبوك العالمية سيرت أول طائرة عملاقة تسير بالطاقة الشمسية في عام 2018 م من أجل توليد الإنترنت والدوران حول العالم، والعمل في هذا الميدان لا زال قائم وتتقاتل عليه الشركات من أجل الاستحواذ عليه.

استخدامات الطاقة الشمسية في الطهو والتسوية

هذه إحدى الاستخدامات الشهيرة التي تُعد مستخدمة منذ القِدم، استخدام أشعة الشمس في الطهو والتجفيف، ولاحقًا تستثمر بعض الشركات أموالها في إنتاج ما يسمى بالطباخ الشمسي والتي يعتمد على الأشعة والضوء القادم من الشمس في الطهي، وأعمال البسترة والتجفيف والتي يتم إنتاج أشكال مختلفة منها وهي:

• أنواع مواقد تقوم بحبس الحرارة بداخلها.
• مواقد أخرى تعمل كمكثفات منحنية الشكل.
• والنوع الثالث يكون على شكل ألواح مسطحة.

وتتكون هذه المواقد من وعاء معزول بالإضافة إلى غطاء أخر شفاف ويمكن استعماله في شتى الظروف والمناخات المختلفة، وإما عن الألواح المُسطحة فتلك تعمل على عكس الأشعة على الوعاء المعزول والذي يتولد عنه درجات حرارة عالية تُستخدم في أعمال الطهي.

شاهد أيضًا: إسهامات العلماء في تطوير الطاقة ومصادرها

تأثير الطاقة الشمسية على الأرض

تقوم الشمس بإنتاج طاقتها عبر عمليات الاندماج النووي الحراري التي تتم بداخلها، وتقوم بإطلاق هذه الأشعة من النيوترونات والأشعة الكهرومغناطيسية وغيرها من الأشعة الأخرى، والتي تقوم بقطع مسافة 150 مليون كليو متر أثناء رحلتها التي تستغرق ثماني دقائق، ويصل من خلالها إلى الأرض ما يقارب من نصف ترليون من إشعاعات الشمس بخلاف ما تفقده من الأشعة خلال اختراقها للغلاف الجوي، ويهبط الباقي منها على الأرض ليتعايش عليه الكائنات الحية ويستخدم في شتى الاستخدامات الأخرى.[4]

إيجابيات الطاقة الشمسية

الشمس هي المصدر الأكبر للطاقة على الأرض -كما أشرنا سابقًا- ويتم استخدام تلك الطاقة في مختلف الاتجاهات بشكل يومي، وحتمًا هذا الإقبال لم يأتِ من فراغ ولكن لمزاياها المتعددة والإيجابيات والتي من بينها ما يلي:

• الطاقة الشمسية هي طاقة صديقة للبيئة في المقام الأول، ولا ينتج عنها انبعاثات ضارة تلوث الطبيعة.
• يمكن استخدامها بجوار مصادر الطاقة الأخرى من أجل خفض النفقات والتكلفة بالمنازل أو المصانع.
• يمكن تخزين هذه الطاقة لأشهر ممتدة في حال وجود فائض منها عن الاستخدام.
• تستخدم هذه الطاقة في العديد من المجالات والاستخدامات، مثل (معالجة وتقطير المياه، توليد الكهرباء، تدفئة المنازل، وتزويد الأقمار الصناعية بالطاقة…)
• بالإضافة إلى قابلية هذه الطاقة للتطوير والابتكار الدائم، بالأخص في تكنولوجيا النانو والفيزياء الكمية بخلاف المصادر الأخرى التي تقف عند حد معين.
• خلال هذه الآونة توفر مشروعات الطاقة الشمسية الكثير من فرص العمل المتنوعة في هذا الميدان؛ بسبب تزايد أعداد الشركات التي تعمل في هذا المجال.
• يمكن الاعتماد عليها بدل الوقود في العديد من المركبات والسيارات.
• الطاقة الشمسية هي مصدر متجدد للطاقة أي لا ينضب ولا يجف فيمكن استغلاله بشكل رائع.
• صيانة محطات الطاقة الشمسية رخيصة ومتاحة للجميع، ويمكنها تدوم لأعوام طويلة.

سلبيات الطاقة الشمسية

مع كل هذه المميزات التي قمنا بطرحها للطاقة الشمسية إلا أنها لا تخلو من بعض السلبيات مثل:

• الاستفادة من هذه الطاقة مرهون بالطقس حيث إنها تنخفض خلال فترات الشتاء وانغماس الشمس.
• تحتاج محطات الطاقة الشمسية لمساحات شاسعة من أجل توفير الطاقة بشكل مثالي.
• تكلفة إنتاج التقنيات والألواح الخاص بها مرتفعة الثمن والتي قد تتجاوز أسعار توليد الكهرباء من خلال الوقود مرات المرات.
• خلال فترات الليل لا يمكن الاستفادة منها، فلذلك لا بد من وجود جهاز وبطاريات لتخزين هذه الطاقة واستخدامها في المساء.

خاتمة بحث عن الطاقة الشمسية واستخداماتها

وبنهاية البحث عن الطاقة الشمسية واستخداماتها المختلفة نكون قد تحدثنا عن الطاقة المتجددة وأشكالها، ومررنا باستخدامات الطاقة الشمسية في مختلف المجالات، وعبورًا منها إلى إمكانية الاستفادة من هذه الطاقة والإيجابيات والسلبيات الناتجة عنها.