الطاقة الشمسية

الشمس: قبل ان نتحدث عن الطاقة الشمسية، وجب علينا اولا أن نتكلم قليلا عن الشمس و فوائدها، فالشمس هى نعمة عظيمة وهبنا لنا الخالق سبحانه و تعالى, و هى من النواميس الكونية التى تدل على قدرة الخالق و عظمته. حيث تعتبر سر الحياة على كوكب الارض و بدونها لايمكن استمرار الحياة على سطح هذا الكوكب، فجميع الكائنات التى تعيش على الارض تستفيد بشكل أو باخر من الطاقة الشمسية، و على سبيل المثال لا الحصر فأن النبات يعتمد عليها فى عملية التمثيل الغذائى الازمة لبقائه, و أيضا الانسان و الحيوانات لوجود الشمس فى حياتهم اهمية قصوى على صحتهم ومعيشتهم اليومية, و تنظيم سلوك حياتهم من تعاقب الليل و النهار, و الشمس هى السبب فى حدوث بخر المياه من البحار و المحيطات و الذى بدوره يعود الينا ثانية على هيئة امطار, و لايسعنا المجال هنا لكى نعدد منافع الشمس لاستمرار الحياة على هذا الكوكب، و لكن يمكننا القول ببساطة أنه: “بدون الشمس لن تكون هناك حياة” و سيصبح كوكبنا عبارة عن قطعة صخرية ميتة و مظلمة فى الفضاء تقترب حرارتها من الصفر، و تكون غير صالحة للعيش عليها. لذلك و من أجل كل هذه الاسباب و غيرها أيضا فقد عبد الانسان الاول الشمس و اعتبرها هى الاله لما لها من قوة عظيمة و اثار واضحة فى حياته اليومية.

 

ما هى الشمس: الشمس  تعتبر نجم متوهج. و هى النجم أو الجرم الوحيد والاكبر فى مجموعتنا الشمسية و التى تتكون من الارض بالاضافة الى تسع كواكب اخرى, كلهم يدورون حول فلك هذا الجرم العملاق، ألا و هى الشمس.

و لكى نتعرف على الشمس أكثر, يمكننا القول بأنه مفاعل نووي عملاق يقوم على مبدأ الاندماج النووى وليس الانشطار النووى، فالشمس تتكون أساسا من  74% من غاز الهيدروجين و 25% من غاز الهليوم و بقيتها من نسبة بسيطة جداً (1%) من عناصر أخرى متعددة، ويحدث داخل الشمس باستمرار اندماج بين اثنين من نواة ذرات الهيدروجين لتشكيل نواة الهليوم, و كما نعلم فأن من احدى خصائص التفاعلات الكيميائية: أن هناك تفاعل طارد للحرارة, و أخر تفاعل ماص للحرارة، وهذا النوع الذى يحدث فى الشمس هو من النوع الاول الطارد للحرارة، وينتج عن هذه العملية طاقة هائلة باستمرار.

 

ماهى الطاقة الشمسية: الطاقة الشمسية هى الناتجة من الاشعاع الشمسى سواء على هيئة حرارة أو ضوء, و تلك الطاقة لها شكلين أساسيين و هم الشكل الضوئى و الشكل الحرارى، لذلك تنقسم تطبيقات الطاقة الشمسية الى هذين التطبيقين الاساسيين. و تأتى تللك الطاقة الهائلة الى كوكب الارض عن طريق ما يسمى بالفوتونات و هى جسيمات صغيرة جداً جداً, و ليس لها وزن و لكنها تتصرف كأنها موجات كهرومغناطيسية, حيث أن بها طاقة كامنة و لها ايضا أطوال موجية مختلفة و كذلك ترددات مختلفة، و لكنها ليست مرئية.

و قديماً استفاد الانسان الاول من الطاقة الشمسية مباشرة فى أستخدامات عديدة: مثل تدفئة المنازل و أضائتها, و أيضاً فى تجفيف الفواكه و الخضروات و المحاصيل الزراعية, كما استخدمها أيضاً فى مجالات أخرى عديدة…. منها على سبيل المثال كسلاح فعال فى الحروب!!!  كما نقلت لنا كتب التاريخ بأن العالم أرشميدس قد أحرق الأسطول الروماني فى الحرب عن طريق تركيز الإشعاع الشمسي على سفن الأعداء،  وأيضاً استخدمت نفس الطريقة فى العصور الاولى و فى الحضارات القديمةعن طريق استخدام المرايا لتركيز الإشعاع الشمسي للحصول على النار، كما قام علماء أخرين بعدها باستخدام الطاقة الشمسية بنفس هذا الاسلوب في صهر المواد وطهي الطعام وتوليد بخار الماء وتقطير الماء المالح……الخ.

و حديثاً أنشئت في مطلع القرن الميلادى الحالى, على يد مهندس أمريكى, أول محطة شمسية حرارية بمفهومها الحديث لتوليد الكهرباء, و ذلك عن طريق استخدام المرايا المقعرة للحصول على بخار، و الذى يقوم بدوره بادارة مولد كهرباء, و ذلك فى ضاحية المعادى بالقاهرة. و خلاصة القول: أنه هناك محاولات دئوبة و مستمرة للانسان منذ فترة بعيدة للاستفادة القصوى من الطاقة الشمسية واستغلالها, ولكن بقدر قليل ومحدود طبقا لامكانياته التقنية المحدودة أنذاك. ولكن مع التطور العلمى الرهيب الذى حدث, قد فتح لنا مجالات و أفاق كثيرة تمكننا من تعظيم الاستفادة و استخدام الطاقة الشمسية فى جميع مناحى الحياة بكل سهولة و يسر بل و بتكلفة اقتصادية أيضاً.

و كذلك يمكننا القول بأن الطاقة الشمسية هى مصدر لكل الطاقات الأخرى المتوفرة: حتى الطاقة الاحفورية مثل البترول و الفحم و الغاز الطبيعى، كان السبب وراء تكوينها منذ الاف السنين الطاقة الشمسية نتيجة عملية التحلل الضوئى للنباتات و الحيوانات داخل باطن الارض, و ما تلاها من تفاعلات كيميائية معقدة ادت الى تكوين مصادر الطاقة التقليدية فى باطن الارض.

 

لماذا يجب علينا التوسع و الأستفادة القصوى من الطاقة الشمسية:

اولاً لأنه مصدر دائم و متجدد و غير قابل للنضوب، و هذه نقطة جوهرية و هامة, حيث أن الرصيد المتبقى فى باطن الارض من الطاقات الاحفورية سواء غاز أو بترول أو فحم, سوف ينضب ان اجلاً أم عاجلاً، فهناك توقعات أنه لو استمر استهلاك تلك المصادر بنفس المعدل و كذلك الزيادة المطردة مع ارتفاع مستوى معيشة الانسان، منذ أن بدأ الانسان الاعتماد عليها إبان الثورة الصناعية, فأن تلك الاحتياطيات أوشكت أن تنفذ و تنتهى فى مدة زمنية لن تتجاوز ال70 سنة على أفضل تقدير، لذلك وجب علينا من الان الأعتماد على الطاقة الشمسية كمصدر متجدد للطاقة لن ينضب، و ذلك لضمان الاستدامة و الاستمرارية للحضارة الأنسانية.

و قد وجد أن الاشعة الشمسية الساقطة على الارض فى العام الواحد هى  أعلى بمقدار 14 ألف مرة من الاستهلاك العالمى للطاقة، فلو افترضنا بتجميع تلك الطاقة الشمسية على مدار عام واحد فقط, لوجدنا أن الطاقة الشمسية أكبر بكثير من جميع الموارد المعروفة الاخرى من الوقود الاحفورى ;كما يظهر لنا فى الشكل التالى:

 

ثانياً الطاقة الشمسية هى مصدر مجانى للطاقة و متاح للجميع بلا حدود, حيث أن كل أنواع الطاقات التقليدية الاخرى يوجد تكاليف لاستكشافها و البحث عنها,  و أيضاً تكلفة لاستخراجها من باطن الارض, و كذلك مصاريف أخرى لتخزينها و نقلها. و هذا بعكس الطاقة الشمسية المتوفرة بوفرة و بدون أى مجهود أو مقابل!!! فهى موجودة فى كل مكان على وجه الارض, و متوفرة كل يوم بلا مقابل مادى أو عناء للنقل أو التخزين, كل ما نحتاجه هو شراء المعدات اللازمة للاستفادة من أشعة الشمس على أختلاف أنواعها: أذا كانت على هيئة طاقة حرارية أو طاقة ضوئية, و فى العادة تكون تلك المعدات ذو عمر افتراضى طويل و لا تحتاج الى صيانة، لذلك فأن التوسع فى استخدام الطاقة الشمسية سوف يحدث طفرة كبيرة فى رفع مستوى المعيشة للبلاد التى تعتمد على الطاقة الشمسية, و المثال فى ذلك مثلا بلد مثل المانيا, التى أعلنت فى أحد الايام خلال عام 2016 بأن البلد فى هذا اليوم تعمل بالكامل باستخدام الطاقة الشمسية.

 

ثالثاً الطاقة الشمسية هى طاقة صديقة للبيئه, حيث أن توليد الكهرباء من بقية المصادر التقليدية يصاحبها تلوث كبير و انبعاثات بيئية ضاره مثل غاز ثانى أكسيد الكربون و غيرها، و ما لتلك الغازات من تأثير سلبى على صحة الانسان، بل و الأخطر من ذلك هو حدوث تغيرات مناخية حادة مثل ظاهرة الاحتباس الحرارى و الامطار الحمضية, و هذا بدوره يهددنا جميعا كجنس البشر الذى يعيش على كوكب الأرض بكارثة, فى حال لو استمررنا فى حرق الوقود الأحفورى لتوليد الكهرباء, فأن ذلك سوف يدمر البيئة التى نعيش بها و لن يصبح هذا الكوكب صالحاً للسكن فيه. و يمكننا جميعاً الان أن نلمس اقتراب الخطر الناشئ من تدهور الاحوال البيئية فمثلا التغير الحاد فى درجات الحرارة من حر شديد و برودة شديدة , و كذلك تغير نمط الجو المعتاد لفصول السنة الأربعة، و لكى نمنع تفاقم تلك المشاكل يجب علينا استبدال الطاقة التقليدية بالانواع الاخرى من الطاقة الجديدة, مثل الطاقة الشمسية و طاقة الرياح و طاقة المد و الجزر و كذلك الطاقة الكامنة فى باطن الارض. أى انه يجب علينا أن نتوسع فى استعمالات الطاقة الشمسية من أجل مستقبل أولادنا, حتى يجدوا مكان صالح لمعيشتهم على ظهر هذا الكوكب.

 

 

ماهى التطبيقات أو الأستخدامات للطاقة الشمسية: كما ذكرنا سابقاً فان الطاقة الشمسية لها شكلين أساسيين: و هم شكل حرارى و شكل ضوئى و كل منهم له استخدامه الخاص. بالنسبة للطاقة الضوئية الخاصة بالشمس فأنها تستخدم فى توليد الكهرباء عن طريق ما يعرف بالتحويل الكهروضوئى, و هذا التطبيق يطلق عليه أيضاً أنظمة الطاقة الفولتضوئية. أما التطبيق الأخر و هو استخدام أشعة الشمس فى التسخين, و هى لها ستخدامات متعددة مثل تسخين المياه سواء للاغراض المنزلية أو لأغراض الصناعة, و تحلية مياه البحر، و كذلك يمكن استخدام التسخين لتوليد البخار الذى يستخدم أيضاً فى توليد الكهرباء عن طريق دوران توربينات تعمل بالبخار لتوليد الكهرباء.