السيد معوض
المدير العام
 
عدد المساهمات : 188
تاريخ التسجيل : 29/11/2009
العمر : 53
 | موضوع: الطاقة الشمسية  الأحد مارس 28, 2010 4:50 am | |
| بسم الله الرحمن
الرحيم
تسخر الطاقة الشمسية
حالياً في أنحاء متعددة من العالم ويمكنها أن تؤمن أضعاف معدّل الاستهلاك
الحالي للطاقة في العالم إذا ما تمّ استغلالها بشكل صحيح. يمكن استخدام
الطاقة الشمسية لانتاج الكهرباء مباشرة أو للتسخين أو حتّى للتبريد. ولا
يحدّ الإمكانيات المستقبلية للطاقة الشمسية سوى استعدادنا للاستفادة من
الفرصة
أسباب استخدام الطاقة الشمسية:-
* أنها طاقة لا تلوث
الهواء
* النذير بقرب نضوب البترول والغاز الطبيعي
* الزيادة العالمية في
معدلات استهلاك الطاقة
* توفرها في أغلب دول العالم
تحولات الطاقة الشمسية
المباشرة:-
*الطاقة الحرارية : حيث ان الأجسام تمتص أشعة الشمس
حيث تتحول إلى طاقة حرارية ويستفاد من ذلك في تسخين الماء وتحلية المياه وتجفيف
المحاصيل
*طاقة كيميائية : تحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية في عملية
البناء الضوئي.
*طاقة كهربائية: تحويل
الإشعاع الشمسي مباشرة إلى طاقة كهربية باستخدام الخلية الشمسية.
تطبيقات على استخدام
الطاقة الشمسية:-
1-البيوت الزجاجية او البلاستيكية
2-السخان الشمسي
3-تكييف الهواء وتبريده
4-تحلية مياه البحر
1-البيوت البلاستيكية:-
هي عبارة عن مبنى صغير
من البلاستيك أو الزجاج يتم داخله تنمية النباتات التي تحتاج إلى درجة
حرارة عالية وذلك لزراعتها في الشتاء أو في البلدان الباردة
فكرة عمل البيوت
البلاستيكية
تدخل أشعة الشمس ذات
الموجات القصيرة حيث يتم أسرها وامتصاصها بواسطة الارض والأجسام
داخل الصوبة. فإذا أعادت الأرض إشعاع هذه الطاقة التي امتصتها . فإنها تشعها
على هيئة أشعة ذات أمواج أطول لا تنفذ من الزجاج أو البلاستيك بل تمتص ثانية .
وبذلك ترتفع درجة الحرارة داخل البيوت البلاستيكية.
2-السخان الشمسي:-
تتكون الأجزاء الرئيسية
لسخان المياه الشمسي من :
*الخزان
*المجمع الماص الشمسي
*المجمع الماص الشمسي:
يصنع عادة من معدن
موصل جيد للحرارة ,
ومعالج سطحه ليمتص الأشعة الشمسية ويحولها إلى حرارة , والتي
تنتقل إلى
أنابيب معدنية
مثبته في هذا السطح المعدني فيتم تسخينها ولتقليل الفاقد الحراري من السطح
وحمايته من العوامل الجوية يتم وضعه في علبة معدنية أو خشبية مع وضع عازل
حراري من جميع الجهات ثم يغطى بالزجاج أو البلاستيك الشفاف للاستفادة من الحرارة
المحتبسة داخل العلبة. يدخل الماء عن طريق أنبوبة خاصة ويمر بأنابيب المجمع
فيسخن ويتجه إلى الخزان .
*الخزان:
يوجد على مستوى أعلى من
المجمع فعندما يسخن الماء تقل كثافته ويرتفع إلى أعلى الخزان ويحل محله ماء
بارد من مصدر المياه ليسخن بدوره.
3-تكييف الهواء وتبريده:
تعتمد هذه الطريقة على
إذابة بعض الغازات
في الماء وعند تسخين الخليط يتبخر الغاز حيث يضغط ويكثف إلى سائل
ويستفاد
منه في التبريد
وذلك بأن يسمح للسائل بالتبخر فيمتص الحرارة من الوسط المحيط.
يسخن المحلول المائي
المحتوي على كمية كبيرة مذابة من غاز النشادر عند مروره في أنابيب المبدل
الحراري الموجود في خزان الماء الساخن الذي يستمد حرارته باستمرار من المجمعات
الحرارية الشمسية ,
فينطلق
النشادر على شكل غاز ليتجمع في المكثف بينما يعود الماء الفقير
بالنشادر ليبرد قليلا في وعاء التبادل الحراري ثم يضخ إلى جهاز الامتصاص
حيث يبرد هناك
أكثر .
توضيح فكرة عمله
ويتكثف غاز النشادر بفعل
الضغط المتزايد معطيا كمية من الحرارة يمتصها الماء المحيط بالمكثف
, ونتيجة لعلو الضغط في المكثف يبدأ النشادر في عبور الصمام النفاث
متبخرا وماصا كمية من الحرارة من الجو المحيط مؤديا إلى تبريد الجو .
ويتوجه النشادر بعد ذلك
إلى جهاز الامتصاص حيث يذوب في الماء البارد بكميات كبيرة , وتضخ المضخة
الماء المشبع بالنشادر بعد ذلك إلى خزان الماء الساخن.
4-تحلية مياه البحر
ويتم ذلك بصنع حوض للمياه المالحة
يتعرض لأشعة الشمس مغطى بسطح شفاف قد يكون من البلاستيك أو الزجاج يسمح
بمرور أشعة الشمس
حيث تسخن المياه فتتبخر وتتكثف على السطح الشفاف من الداخل .
ويجمع الماء المكثف في
قناة أسفل
السطح الشفاف من فتحات جانبية للاستخدام .
هذه الطريقة ذات إنتاجية منخفضة نسبيا حيث يمكن
للمتر المربع من مساحة الحوض أن ينتج 5 لترات من الماء العذب
يوميا .
_________________  ثمة
طرق عديدة مختلفة لاستخدام الطاقة المتأتية عن الشمس. الاّ أنّ عبارة
"الطاقة الشمسية" تعني تحويل ضوء الشمس إلى طاقة حرارية أو كهربائية لكي
نستخدمها. إنّ نوعي الطاقة الشمسية الأساسيين هما : "الفولطائية الضوئية"
و"الطاقة الحرارية الشمسية".
الفولطائية الضوئية:
تعني
انتاج الكهرباء من الضوء . يكمن السر في هذه العمليّة في استخدام مواد شبه
موصلة يمكن تكييفها لتطلق الكترونات، وهي الذرّات السالبة التي تشكّل أساس
الكهرباء.
إنّ المادة الأكثر استخداماً في الأجزاء الفولطائيّة هي
السيليكون، وهي مادّة نجدها عادةً في الرمال. في كافة الأجزاء الفولطائيّة
طبقتان على الأقل من هذه المواد شبه الموصلة، احداهما ايجابيّة والاخرى
سلبيّة. عندما ينعكس الضوء على الطبقة شبه الموصلة ، يتسبب الحقل الكهربائي
في الوصلة ما بين هاتين الطبقتين بتدفّق الكهرباء، مولّداً تيّاراً
كهربائيّاً مستمرّاً. وكلما كان الضوء أقوى ، كلّما كان دفق الكهرباء أكبر.
ولا
يحتاج النظام الفولطائي الضوئي إلى ضوء شمس ساطع كي يعمل. فهو يولّد
الكهرباء أيضاً حتى عندما يكون الطقس غائماً، مع طاقة تتناسب وكثافة
الغيوم. وبسبب انعكاس ضوء الشمس من الغيوم يمكن للأيّام القليلة الغيوم أن
تنتج طاقة أكثر من الأيّام التي تكون فيها السماء صافية كلّياً.
ومن
الشائع في أيامنا هذه أن يتم تزويد الآلات الصغيرة، كالآلات الحاسبة
مثلاً، بالطاقة عبر استخدام قطع صغيرة جداً تعمل على الطاقة الشمسيّة. كما
تستخدم الفولطائيّة الضوئيّة لتأمين الكهرباء في مناطق تفتقر إلى شبكة
للطاقة. لقد طوّرنا ثلاّجة تحمل اسم المبرّد الشمسي، وتعمل على الطاقة
الشمسيّة. بعد تجربتها، ستستخدمها المنظّمات الانسانيّة للمساعدة في ايصال
اللقاحات إلى مناطق تفتقر إلى الكهرباء، كما سيستخدمها أي شخص لا يرغب في
أن يعتمد على شبكة الطاقة للحفاظ على برودة طعامه.
ويستخدم
المهندسون المعماريّون بشكل متزايد القطع الفولطائيّة الضوئيّة كميّزة من
ميّزات التصميم. فعلى سبيل المثال ، يمكن أن يحلّ قرميد السطوح الشمسي أو
اللوحات الشمسيّة مكان مواد بناء السطوح التقليديّة. كما يمكن إدخال قشرة
رقيقة مرنة على السطوح المعقودة فيما تسمح وحدات شبه شفّافة بمزيج من
الظلال والنور. وتستخدم القطع الفولطائيّة الضوئيّة في تأمين طاقة قصوى
للمبنى في أيام الصيف الحارّة حين تحتاج أنظمة التكييف إلى أقصى قدر ممكن
من الطاقة، فتساعد بالتالي على خفض شحنة الكهرباء القصوى. يمكن للفولطائيّة
الضوئيّة على المستويين العالي والضيّق أن تولّد طاقة لشبكة الكهرباء أو
أن تعمل بذاتها.
مصانع الطاقة الحرارية الشمسية
تركّز مرايا
مصانع الطاقة الحراريّة الشمسيّة الضخمة ضوء الشمس في خط واحد أو نقطة
واحدة. وتستخدم الحرارة التي تنتج عن هذه العمليّة لتوليد البخار. بدوره،
يُستخدم البخار الحار والمضغوط جداً لتشغيل توربينات تقوم بتوليد الكهرباء .
في المناطق التي تكثر فيها الشمس يمكن لمصانع الطاقة الحرارية الشمسيّة أن
تضمن انتاج الكهرباء بكميات كبيرة . استناداً إلى التقديرات، فانّ قدرة
مصانع الطاقة الحراريّة الشمسيّة التي تعادل ٣٥٤ ميغاوات حالياً ستتجاوز
الخمسة آلاف ميغاوات مع حلول العام٢٠١٥. ومع حلول العام ٢٠٢٠ سترتفع القدرة
الإضافية بمعدّل يقارب 4500 ميغاوات كلّ عام، وقد تصل الطاقة الحراريّة
الشمسيّة الاجماليّة حول العالم إلى قرابة ٣٠٠٠٠ ميغاوات، أي ما يكفي
لتزويد ٣٠ مليون منزل بالطاقة.
أشعة الشمس للتدفئة والتبريد
تقوم
الطاقة الحراريّة الشمسيّة على استخدام حرارة الشمس مباشرةً. يمكن لخزّان
تجميع الطاقة الحراريّة الشمسيّة على السطح أن يؤمّن المياه الساخنة للمنزل
وأن يساعد في تدفئته. تقوم الأنظمة الحراريّة الشمسيّة على مبدأ بسيط
معروف منذ قرون، هو تسخين الشمس للمياه الموجودة في وعاء قاتم. تعتبر
تقنيات الحرارة الشمسيّة الموجودة حاليّاً في السوق فعّالة ويمكن الاعتماد
عليها بشكل كبير، وهي تؤمّن الطاقة الشمسيّة لمجموعة واسعة من الاستعمالات،
بدءاً من المياه الساخنة في المنازل إلى تدفئة الأبنية السكنيّة
والتجاريّة مروراً بتدفئة أحواض السباحة فضلاً عن التبريد بواسطة الطاقة
الشمسيّة والتدفئة الصناعيّة وتحلية مياه الشفة
إنّ إنتاج المياه
الساخنة للمنازل هو من أكثر استعمالات الطاقة الحراريّة الشمسيّة شيوعاً
اليوم. وقد أصبحت في بعض البلدان ميّزة شائعة في الأبنية السكنيّة. ووفقاً
للظروف ولبرنامج النظام، يمكن للطاقة الشمسيّة أن تؤمّن قرابة١٠٠% من
الحاجة إلى المياه الساخنة. ويمكن للأنظمة الأوسع أن تغطي جزءاّ هاماً من
الطاقة اللازمة للتدفئة. ثمة نوعان أساسيان من التكنولوجيا :
أنابيب
مفرّغة
يعمل الماصّ داخل الأنبوب المفرّغ على امتصاص اشعة الشمس
ويسخّن السائل في الداخل كما في اللوح الشمسي المسطح العادي. ويتم تلقي
المزيد من الاشعاع بفضل العاكس خلف الأنابيب. ومهما كانت زاوية الشمس، يسمح
الشكل الدائري لأنبوب التفريغ للإشعاعات بأن تصل إلى الماص مباشرة. وحتى
في الأيام الغائمة، عندما يأتي الضوء من زوايا متعددة في آنٍ معاً يبقى
جامع الأنبوب المفرّغ فعالاً جداً.
خزّان تجميع الطاقة الشمسيّة ذو
اللّوح المسطّح هو في الأساس صندوق بغطاء زجاجي يوضع على السطح كالمَنوَر.
في داخل الصندوق سلسلة من الأنابيب النحاسيّة مرتبطة ببعضها ببوصلات من
النحاس. إنّ التركيبة كلّها مكسوّة بمادّة سوداء مصممة لحبس أشعة الشمس.
هذه الأشعة تسخّن مياهاً وخليطاً مضاداً للجليد فيتحرّكان من الخزّان إلى
سخّان المياه في القبو.
التبريد بواشطة أشعة الشمس ـ تستخدم مبردات
الشمس الطاقة الحراريّة لاحداث البرد و/أو لازالة الرطوبة من الهواء كما
تعمل الثلاجة أو نظام التكييف التقليدي. هذا الاستعمال مناسب جداً للطاقة
الحراريّة الشمسيّة، بما أنّ الطلب على التبريد يرتفع غالباً مع ارتفاع
حرارة الشمس. لقد تمّ اثبات نجاح التبريد بواسطة الطاقة الشمسيّة ، ويمكن
أن نتوقّع استعماله على نطاق واسع في المستقبل، مع انخفاض كلفة
التكنولوجيا، لاسيّما بالنسبة للأنظمة الصغيرة.
*مجالات
استخدام الطاقة الشمسية
أ - الطاقة الشمسية
(1) تسخين مياه
الاستخدام المنـزلي: إن
تسخين مياه الاستخدام المنـزلي لا يتطلب بالضرورة تحويل الطاقة الكهربائية
إلى طاقة حرارية، ويمكن أن يتم بطريقة استخدام اللواقط الشمسية ذات السطح
الماص الأنبوبي والمصنوع من الفولاذ المغلفن أو من النحاس مع صفيحة ماصة من
الفولاذ والألمنيوم. ويعمل معظم هذه الأجهزة بدارة مفتوحة معتمدة على مبدأ
التعب الحراري. في العالم العربي تعد الأردن وسوريا أكثر الدول استخداماً
وإنتاجاً لهذه الأجهزة، حيث تنتج سوريا 6000 م2 من اللواقط الشمسية سنوياً،
أما في الأردن فإن 26 في المئة من البيوت تستعمل السخان الشمسي الذي تنتجه
نحو 25 شركة خاصة منتشرة في البلاد.
(2) إنتاج
الكهرباء بواسطة الخلايا الكهرضوئية: لقد ثبت ان إنتاج الكهرباء
بواسطة الخلايا الكهرضوئية (P.V. Cell)
له أهمية قصوى وجدوى اقتصادية أكيدة في التطبيقات الصغيرة حتى في الحالات
التي يمكن الحصول فيها على الطاقة من الشبكة العامة أو من محطات الديزل.
عالمياً ازدهرت صناعات الأجهزة الشمسية المعتمدة على الخلايا الضوئية،
فشركات تصنيع هذه الأجهزة انتقلت من بيع أجهزة قدرتها 3000 كيلو واط في عام
1980 إلى 60000 كيلو واط عام 1992، ذلك ان الكثير من التطبيقات، مثل
الإضاءة الخارجية وأجهزة الهاتف وتحصين المؤسسات بالأسلاك المكهربة وآلات
التبريد الصغيرة وأجهزة الإعلان في الشوارع، يمكنها أن تعمل على نحو جيد
على الطاقة الشمسية، وذلك لأسباب عدة منها عدم الرغبة أحياناً في الاتصال
بالشبكة العامة على فولطيات عالية نسبياً، أو عدم القدرة على تمرير شبكات
الكهرباء فوق أراضي معينة لأسباب مختلفة. أما بالنسبة إلى الأسعار فنورد
الأرقام التالية: لقد تدنى سعر إنتاج الكهرباء بواسطة الخلايا الكهرضوئية
إلى 0.30 دولار أميركي لكل كيلو واط ساعي عام 1993. أما كلفة الإنشاء (Capital Investment) فتقدر بنحو 450 دولار أميركي لكل م2 من الخلايا. وفي هذا
السياق تجدر الملاحظة إلى الاهتمام الدولي بتطوير الأجهزة الشمسية وتحسين
أدائها، فالولايات المتحدة تقوم بجهد بارز في هذا المضمار.
(3) بعض
التطبيقات الأخرى
- توليد الكهرباء عن طريق برج القوى (Power Tower). وهو عبارة عن مصفوفة كبيرة من
المرايا توضع على الأرض وتوجه باستمرار نحو الشمس لتوجيه انعكاساتها نحو
غلاية بخارية ذات ضغط عالٍ، حيث يستخدم هذا البخار في إدارة مولد كهربائي.
-
عملية تعذيب المياه. الطاقة الشمسية تسخن المياه داخل أباريق حيث تتبخر
وتتكاثف على هيئة مياه عذبة تتجمع في قناة تجميع.
- تطبيقات التثليج
والتبريد. وتقوم مثلاً على نظم دورة البخار حيث المجمعات المسطحة تقوم
بتسخين مائع عضوي ويستخدم البخار لتشغيل آلة انعكاسية وهذه بدورها تشغل
كباس وحدة التثليج.
- الأبنية الشمسية: أنشئ حديثاً حقل جديد يعرف باسم
"الهندسة المعمارية الشمسية" (Solar Architecture) وهذا الاختصاص يقوم
على استخدام الطاقة الشمسية في مجالات إنارة المنازل وتدفئتها من خلال وضع
تصاميم خاصة للنوافذ واستعمال العوازل الشفافة. وقد أثبتت التجارب ان
الإشعاع الشمسي يستطيع أن يؤمن أكثر من 80 في المئة من التدفئة لمنازل
واقعة في مناطق غير مشمسة كسكوتلندا مثلاً. وفي لبنان، وبما ان الكثيرين
يعيشون في الجبال وفي الداخل، فان الطاقة التي تصرف على التدفئة تمثل جزءاً
كبيراً من مجموع استهلاك الطاقة الكلي للفرد (كهرباء، غاز، مازوت ...
الخ). لذلك فان توظيف الأموال في هذا القطاع سيكون له مستقبل زاهر، وبخاصة
بعد الارتفاع الكبير في أسعار الكهرباء وعزوف الكثيرين عن استخدام الكهرباء
في التدفئة.
- تدفئة البيوت الزراعية. يمكن الطاقة الشمسية ان تساهم في
تدفئة البيوت الزراعية عن طريق اللواقط الشمسية ذات السطح الماص من أنابيب
البولي اتيلين (Polyethylene)
المثبتة على هيكل البيت الزراعي واستخدام غطاء البيت الزراعي غطاءً شفافاً
للواقط، واستخدام دارة للمشعات الحرارية من أنابيب البولي اتيلين التي يمكن
ان تطمر في التربة تحت خط الزرع وعلى عمق 10 - 20 سم أو على سطح التربة
عند خط الزرع. هدف هذه الدارة الحصول على كسب حراري شتاءً يرفع درجة حرارة
البيت الزراعي 9 - 10 درجات فوق درجة الجو.
_________________  السلام عليكم ورحمة الله وبركاته [/center] | |
|
