الطاقة الشمسية: ما هي ، مزاياها وعيوبها
افهم ماهية الطاقة الشمسية ، واعرف الاختلافات بين كل نوع واكتشف أيها أكثر فائدة
ما هي الطاقة الشمسية؟
الطاقة الشمسية هي طاقة كهرومغناطيسية مصدرها الشمس. يمكن تحويلها إلى طاقة حرارية أو كهربائية وتطبيقها على استخدامات مختلفة. الطريقتان الرئيسيتان لاستخدام الطاقة الشمسية هما توليد الكهرباء وتسخين المياه بالطاقة الشمسية.
لإنتاج الطاقة الكهربائية ، يتم استخدام نظامين: الطاقة الحرارية الشمسية ، حيث يتم تحويل الإشعاع أولاً إلى طاقة حرارية ثم إلى طاقة كهربائية ؛ والطاقة الكهروضوئية ، حيث يتم تحويل الإشعاع الشمسي مباشرة إلى طاقة كهربائية.
الطاقة الحرارية الشمسية أو الطاقة الشمسية المركزة (CSP)
وفقًا لوزارة المناجم والطاقة ، تمتلك البرازيل حوالي 70 ٪ من مصفوفتها الكهربائية القائمة على الطاقة الهيدروليكية ، وفي الآونة الأخيرة ، تلقت مصادر الطاقة الأخرى ، مثل الكتلة الحيوية وطاقة الرياح والطاقة النووية ، حوافز.
- ما هي الطاقة الكهرومائية؟
في ضوء الظروف الهيدرولوجية غير المواتية ، مع فترات الجفاف المطولة بشكل متزايد ، تقدم الطاقة الحرارية الشمسية نفسها كبديل. والأكثر من ذلك ، إذا اعتبرنا أن فترات الجفاف مرتبطة بزيادة الإمكانات الشمسية بسبب انخفاض التداخل السحابي وزيادة كثافة الإشعاع الشمسي.
هناك عدة أنواع من المجمعات ويعتمد اختيار النوع المناسب على التطبيق. الأكثر استخدامًا هي: الأسطوانة المكافئة والبرج المركزي والقرص المكافئ.
كيف تعمل؟
مجمعات الطاقة الشمسية الحرارية هي عبارة عن معدات تلتقط الإشعاع الشمسي وتحويله إلى حرارة ، وتحويل هذه الحرارة إلى سائل (هواء أو ماء أو زيت بشكل عام). يمتلك المجمعات سطحًا عاكسًا يوجه الإشعاع المباشر إلى البؤرة ، حيث يوجد جهاز الاستقبال. بمجرد امتصاص الحرارة ، يتدفق السائل عبر المستقبل.
الطاقة الشمسية الكهروضوئية
الطاقة الشمسية الكهروضوئية هي تلك التي يتم فيها تحويل الإشعاع الشمسي مباشرة إلى طاقة كهربائية ، دون المرور بمرحلة الطاقة الحرارية (كما هو الحال في النظام الشمسي الحراري).
كيف تعمل؟
تصنع الخلايا الكهروضوئية (أو خلايا الطاقة الشمسية) من مواد شبه موصلة (عادة السيليكون). عندما تتعرض الخلية للضوء ، يمتص جزء من الإلكترونات في المادة المضيئة الفوتونات (جسيمات الطاقة الموجودة في ضوء الشمس).
يتم نقل الإلكترونات الحرة بواسطة أشباه الموصلات حتى يتم سحبها بواسطة مجال كهربائي. يتكون هذا المجال الكهربائي في منطقة تقاطع المواد ، بفارق الجهد الكهربائي الموجود بين هذه المواد شبه الموصلة. يتم إخراج الإلكترونات الحرة من خلايا الطاقة الشمسية وهي متاحة للاستخدام في شكل طاقة كهربائية.
على عكس النظام الشمسي الحراري ، لا يتطلب النظام الكهروضوئي إشعاعًا شمسيًا عاليًا للعمل. ومع ذلك ، فإن كمية الطاقة المتولدة تعتمد على كثافة السحب ، لذا فإن انخفاض عدد السحب يمكن أن يؤدي إلى إنتاج كهرباء أقل مقارنة بأيام السماء المفتوحة تمامًا.
يتم قياس كفاءة التحويل بنسبة الإشعاع الشمسي الذي يقع على سطح الخلية والذي يتم تحويله إلى طاقة كهربائية. عادةً ما توفر الخلايا الأكثر كفاءة كفاءة بنسبة 25٪.
وفقًا لوزارة البيئة ، تقوم الحكومة بتطوير مشاريع توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية لتلبية متطلبات الطاقة للمجتمعات الريفية والمعزولة. تركز هذه المشاريع على بعض المجالات مثل: ضخ المياه للإمداد المنزلي والري وتربية الأسماك. إنارة الشوارع أنظمة للاستخدام الجماعي (كهربة المدارس والمراكز الصحية والمراكز المجتمعية) ؛ رعاية منزلية.
الاستغلال الحراري
طريقة أخرى لاستخدام الإشعاع الشمسي هي التسخين الحراري. يمكن إجراء التسخين الحراري من الطاقة الشمسية من خلال عملية امتصاص أشعة الشمس بواسطة المجمعات ، والتي يتم تثبيتها عادةً على أسطح المباني والمنازل (المعروفة باسم الألواح الشمسية).
نظرًا لأن معدل حدوث الإشعاع الشمسي على سطح الأرض منخفض ، فمن الضروري تركيب بضعة أمتار مربعة من المجمعات.
وفقًا للوكالة الوطنية للطاقة الكهربائية (Aneel) ، من أجل تلبية إمدادات المياه الساخنة في منزل من ثلاثة إلى أربعة سكان ، هناك حاجة إلى 4 متر مربع من المجمعات. على الرغم من أن الطلب على هذه التكنولوجيا يغلب عليه الطابع السكني ، إلا أن هناك أيضًا اهتمامًا من القطاعات الأخرى ، مثل المباني العامة والمستشفيات والمطاعم والفنادق.
إذا كنت مهتمًا بتثبيت نظام تدفئة شمسي في منزلك ، فراجع دليل تركيب الطاقة الشمسية في المنزل.
مزايا وعيوب الطاقة الشمسية؟
تعتبر الطاقة الشمسية مصدر طاقة متجدد ولا ينضب. على عكس الوقود الأحفوري ، فإن عملية توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية لا تنبعث منها ثاني أكسيد الكبريت (SO2) وأكاسيد النيتروجين (NOx) وثاني أكسيد الكربون (CO2) - جميع الغازات الملوثة التي لها آثار ضارة على صحة الإنسان والتي تساهم في الاحتباس الحراري.
تعد الطاقة الشمسية مفيدة أيضًا مقارنةً بالمصادر المتجددة الأخرى ، مثل المكونات الهيدروليكية ، لأنها تتطلب مناطق أقل اتساعًا من الطاقة الكهرومائية.
إن تشجيع الطاقة الشمسية في البرازيل له ما يبرره من خلال إمكانات البلاد ، التي تحتوي على مساحات كبيرة من الإشعاع الشمسي الساقط وقريبة من خط الاستواء.
تعتبر المناطق شبه القاحلة في شمال شرق البرازيل مثالية لتوليد الطاقة الحرارية الشمسية ، لأنها تلبي ظروف الإشعاع الشمسي العالي وانخفاض هطول الأمطار.
ومع ذلك ، فإن عيب الطاقة الحرارية الشمسية هو أنه على الرغم من أنها لا تتطلب مساحات كبيرة مثل المحطات الكهرومائية ، فإنها لا تزال تتطلب مساحات كبيرة. لذلك ، من الأهمية بمكان تحليل أنسب موقع للزرع ، حيث سيتم قمع الغطاء النباتي. علاوة على ذلك ، كما ذكرنا سابقًا ، فإن النظام الشمسي الحراري غير مناسب لجميع المناطق ، حيث يعتبر متقطعًا تمامًا.
يعد عدم الاعتماد على الإشعاع العالي ميزة كبيرة للنظام الكهروضوئي ، مما يساهم في كونه بديلاً.
في حالة الطاقة الكهروضوئية ، فإن العيب الأكثر شيوعًا هو تكلفة التنفيذ المرتفعة وكفاءة العملية المنخفضة ، والتي تتراوح من 15٪ إلى 25٪.
ومع ذلك ، هناك نقطة أخرى مهمة للغاية يجب مراعاتها في سلسلة إنتاج النظام الكهروضوئي وهي التأثير الاجتماعي والبيئي الذي تسببه المادة الخام الأكثر شيوعًا في تكوين الخلايا الكهروضوئية ، وهي السيليكون.
تعدين السيليكون ، مثل أي نشاط تعدين آخر ، له تأثيرات على التربة والمياه الجوفية في منطقة الاستخراج. بالإضافة إلى ذلك ، من الضروري توفير ظروف مهنية جيدة للعمال ، من أجل تجنب حوادث العمل وتطور الأمراض المهنية. أشارت الوكالة الدولية لأبحاث السرطان (IARC) ، في تقرير ، إلى أن السيليكا البلورية مادة مسرطنة ويمكن أن تسبب سرطان الرئة عند استنشاقها بشكل مزمن.
يشير تقرير وزارة العلوم والتكنولوجيا إلى نقطتين مهمتين أخريين تتعلقان بالنظام الكهروضوئي: يجب التخلص من الألواح بشكل صحيح ، حيث إنها تنطوي على احتمالية السمية ؛ ولم تصل إعادة تدوير الألواح الكهروضوئية إلى مستوى مرضٍ حتى الآن.
نقطة أخرى مهمة هي أنه على الرغم من أن البرازيل هي ثاني أكبر منتج للسيليكون المعدني في العالم ، في المرتبة الثانية بعد الصين ، فإن تقنية تنقية السيليكون على المستوى الشمسي لا تزال في مرحلة التطوير. إحدى المشكلات التي تم تحديدها مؤخرًا ، خاصة في النباتات الحرارية الشمسية ، هي الحرق غير المتعمد للطيور التي تمر عبر المنطقة.
لذلك ، حتى كونها متجددة ولا تنبعث منها غازات ، لا تزال الطاقة الشمسية تواجه عقبات تكنولوجية واقتصادية. على الرغم من كونها واعدة ، ستصبح الطاقة الشمسية مجدية اقتصاديًا فقط من خلال التعاون بين القطاعين العام والخاص ، ومع الاستثمار في البحث لتحسين التقنيات التي تشمل عملية الإنتاج ، من تنقية السيليكون إلى التخلص من الخلايا الكهروضوئية.
