الطاقة الشمسية الحرارية

الطاقة الشمسية الحرارية

الطاقة الشمسية الحراري، تعد الطاقة الشمسية هي المصدر الرئيسي الذي يساهم في إمداد كوكب الأرض بالطاقة، فهي تعد المصدر المهم لانتشار الحياة على سطح الأرض على الرغم من اختلاف أشكالها، فهي التي يمكن من خلالها الحصول على حرارة مرتفعة بفعل الإشعاع الشمسي الذي تعكسه.

الطاقة الشمسية

  • هي الطاقة المنتجة المتوقدة من الشمس والتي تصل للأرض على شكل شعاع شمسي، تستقبل الطبقات العليا من الفضاء المحيط بالكرة الأرضية حوالي 174 بيتا واط من الطاقة الشمسية.
  • تعد الطاقة التي نحصل عليها من الشمس خلال ساعة واحدة تعادل ما نحتاج له على الكرة الأرضية من الطاقة خلال عام كامل ضعفي المستخدم والمكتشف من طاقة الفحم، والنفط والغاز الطبيعي.
  • ويمكن استخدام الطاقة الشمسية من خلال طريقتين هي الطاقة الشمسية الحرارية، التي يتم تحويلها إلى طاقة حرارية من خلال مركزات الطاقة الشمسية الحرارية.
  • والطريقة الثانية التي تتمثل في الطاقة الشمسية الكهربائية التي يتم تحويلها من خلال الألواح الشمسية أو الخلايا الشمسية لكي يتم الاستفادة القصوى من أشعة الشمس.

شاهد أيضًا: بحث عن الطاقة الشمسية واستخداماتها

الطاقة الشمسية الحرارية

  • هي عبارة عن عملية حصاد واستغلال الطاقة الشمسية في إنتاج الطاقة الحرارية واستخدام المجمعات الشمسية الحرارية لتحقيق ذلك الغرض.
  • وتنقسم المركزات الشمسية الحرارية إلى ثلاث أنواع منها مركزات واطئة الحرارة، ومركزات متوسطة الحرارة، ومركزات عالية الحرارة، ولكل منها الاستخدامات الخاصة به.
  • تعد المركزات الشمسية واطئة الحرارة تستخدم السطوح المستوية لإنتاج الحرارة بحدود حرارة جسم الإنسان وفي معظم الأوقات تستخدم هذه المركزات في أحواض السباحة وتستخدم الماء أو الهواء لنقل الحرارة، بالإضافة لاستخداماتها في التبريد والتدفئة والتهوية.
  • أما المركزان الحرارية المتوسطة الحرارة فهي أيضًا تستخدم السطوح المستوية وتنتج مياه حارة للاستخدامات المنزلية والتجارية، وقد استخدمت طريقة تسخين المياه من خلال استغلال الطاقة الشمسية الحرارية في العصور القديمة وتم تطوير هذه التقنية الآن.
  • ولقد تم استخدام المركزات الحرارية متوسطة للتجفيف والطبخ والتقطير، بالإضافة لاستخدام الطاقة الشمسية في درجات الحرارة المتوسطة لتجفيف الخشب لإنتاج الوقود والفحم، وتجفيف الفواكه والحبوب والأسماك.
  • أما المركزات الشمسية العالية الحرارة فقد تم استخدامها للعدسات والمرايا لتركيز أشعة الشمس وإنتاج درجات الحرارة العالية، من خلال السطوح المعاكسة المستوية التي لها القدرة على إنتاج درجات الحرارة التي تم استخدامها في التبخير وتشغيل المراحل البخارية لتوليد الطاقة الكهربائية.
  • تستخدم محطات الطاقة الحرارية الشمسية مبادلات حرارية تم تصميمها للعمل بشكل مستقر، وتعرف الحرارة على أنها كمية الطاقة الحرارية التي يحتويها نظام وتصميم معين يحدد قيمتها الحرارية.

ومن أهم مبادئ تطوير إنتاج الطاقة الشمسية الحرارية

  • الكسب الحراري من خلال زيادة شدة تركيز الأشعة الشمسية وتطوير صناعة المرايا والعدسات، ومحاولة إيجاد تصاميم أكثر عملية وأقل تكلفة للحصول على درجة الحرارة العالية.
  • التحول الحراري من خلال التوصيل أو الإشعاع ويستخدم الماء أو الهواء لعملية التحول الحراري اعتمادًا على درجات الحرارة الموجودة بالنظام ويتم تطوير وتحسين التحول الحراري باختيار سوائل وغازات حسب درجات الحرارة المختلفة المستخدمة.
  • الخزن الحراري فهو عبارة عن تمكين النظام الشمسي الحراري من إنتاج الحرارة بعد غروب الشمس وقد استخدمت العديد من الأنظمة لاختيار أفضل الطرق.
  • أما نقل الحرارة فقد استخدمت سوائل محاليل مختلفة منها الماس والزيت ومحلول الملح ويتم البحث لاختيار أوساط مادية أفضل لنقل الحرارة، بالإضافة لتكون أقل تكلفة.

استخدامات الطاقة الشمسية

  • تسخين المياه يتم استخدام السخان الشمسي في جمع الأشعة الشمسية المتساقطة على المجمعات الشمسية وتحويلها لطاقة حرارية، وذلك بهدف الاستفادة منها في تسخين المياه حيث يتم تخزين المياه في خزان حراري للاحتفاظ بحرارة المياه.
  • التدفئة: وتتمثل في ضخ الحرارة المكتسبة في المجمعات إلى داخل الخير المادي للمساهمة في تدفئة البنايات باستخدام الهواء والماء، فعند التدفئة بالهواء يتم من خلال تسخين الهواء في المجمعات الشمسية ثم دفعها داخل البناية، أما التدفئة بالطاقة الشمسية التي تستعمل فيها الماء فإنها تتضمن مبادلات حرارية لنقل الحرارة من الماء القادم من المجمع الشمسي إلى الهواء المدفوع داخل الحيز.
  • التبريد الشمسي: وهو عبارة عن ضخ الحرارة من داخل حيز معين إلى الخارج وهي النقيض عملية التدفئة ويمكن تحقيق ذلك من خلال استخدام الأداة الميكانيكية التي تقوم بضخ الحرارة للخارج، وهو يعد الأسلوب المستخدم في دفع الهواء البارد إلى الداخل للحيز مما يؤدي إلى نقل الحرارة إلى الخارج مباشرة.
  • تجفيف المحاصيل: تستخدم لتجفيف المحاصيل من السوائل التي توجد فيها وذلك بهدف الحفاظ عليها ومنعها من التلف وجعلها صالحة للتخزين لمدة أطول.
  • تحلية المياه: تعد أزمة المياه الموجودة في العالم هي الدافع للبحث عن طرق جديدة للحصول على مياه تتلاءم مع متطلبات الحياة، ويرجع ذلك نتيجة زيادة عدد السكان وتوسع القدرة الإنتاجية في المجالات الصناعية والزراعية حيث تكون تخليك مياه البحر هي أنسب الوسائل لتحقيق المتطلبات الزائدة.
  • ويمكن أن تعد الطاقة الشمسية من أشهر الطرق لتحليه المياه من خلال طريقة المقطر الشمسي حيث يستخدم الطاقة الشمسية في تبخير الماء.

شاهد أيضًا: دليل شركات الطاقة الشمسية في مصر وعناوينها

مجمعات الطاقة الشمسية

  • تعد معظم الطاقة التي يستخدمها العالم تأتي من الشمس، ولكن مجمعات الطاقة الشمسية تستخدم تلك الطاقة المستمدة مباشرة من الشمس بدلًا من تبديدها.
  • ويعد المجمع الشمسي الحراري هو عبارة عن مجمع تم تصميمه لتجميع الحرارة عن طريق امتصاص أشعة الشمس والمجمع هو جهاز يستخدم لتحويل الطاقة الموجودة في أشعة الشمس أو الإشعاع الشمسي إلى صورة قابلة للتخزين والاستخدام.
  • ويمكن أن يشير مصطلح المجمع الشمسي إلى الألواح الشمسية التي تستخدم في تخزين المياه وتعد أكثر تعقيدًا مثل جهاز مكافئ الطاقة الشمسية، أحواض الطاقم الشمسية وغيرها.

أنواع المجمعات الشمسية المستخدمة لتجميع الحرارة

تقع المجمعات الشمسية في نوعين منها المركزة وغير المركزة:

  • المجمعات الشمسية الغير مركزة: تكون فيها منطقة التجمع التي تعترض الإشعاع الشمسي هي نفس منطقة الامتصاص وفي مثل هذه الأنواع تمتص لوحة الطاقة الشمسية بأكملها الضوء.
  • المجمع الشمسي المسطح: يعد استخدام المجمعات السطحية من أبسط أساليب تحول أشعة الطاقة الشمسية وهو عبارة عن ألواح مستوية ذات لون دامت أسود غير لامع وهو أكثر الأساليب انتشارًا في تطبيقات الطاقة الشمسية، بالإضافة لتميز هذا النوع من المجمعات بأن سطح الامتصاص المعرض لأشعة الشمس المباشرة يكون سطح مستوي.

تأثير الطاقة الشمسية على البيئة

  • تعد الطاقة الشمسية صديقة للبيئة فهي طاقة متجددة ونظيفة وغير قابلة للنفاذ بينما الغاز الطبيعي طاقة تقليدية غير متجددة لأنها تحتاج لفترات زمنية طويلة لتعويضها.
  • ولا يخفى أثرها السلبي المصادر التقليدية للطاقة من تغيير المناخ والاحتباس الحراري والتدهور البيئي والعديد من الكوارث الطبيعية الأخرى والأضرار التي نتجت من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

الطاقة الشمسية منتج نظيف وصامت

  • لا تتسبب المجمعات الشمسية ألواح الخلايا الشمسية بأي نوع من أنواع التلوث الضوضائي عندما تقوم بتحويل الضوء الناتج من الشمس إلى طاقة قابلة للاستخدام.
  • بالإضافة لأن الحصول على الطاقة الشمسية لا يتطلب الكثير من أعمال الصيانة من تركيب الألواح والأحواض الشمسية، وتستطيع المنشئات الضخمة إنتاج الطاقة الشمسية بغض النظر عن حالة الطقس سواء كان مشمس أو لا مما يجعلها مصدر توليد للكهرباء مستدامة.

شاهد أيضًا: مشروع الطاقة الشمسية واستخداماتها

في النهاية فقد تناول المقال الطاقة الشمسية وأهميتها للأفراد بالإضافة لأنها من أهم الطاقات الداعمة لحماية البيئة.

أترك تعليق