الطاقة الشمسية وكيفية توليد الكهرباء في المنزل

الطاقة الشمسية تعرف بأنه  أي نوع من أنواع الطاقة التي تولدها الشمس، حيث يتم إنشاء الطاقة الشمسية عن طريق الاندماج النووي.

ويحدث الاندماج عندما تصطدم بروتونات ذرات الهيدروجين بعنف في لب الشمس وتندمج لتكوين ذرة هيليوم.

وتعرف هذه العملية  باسم تفاعل سلسلة PP (بروتون-بروتون) ، وهي كمية هائلة من الطاقة. تدمج الشمس في قلبها حوالي 620 مليون طن متري من الهيدروجين كل ثانية.

يحدث التفاعل المتسلسل PP في النجوم الأخرى التي تكون بحجم شمسنا تقريبًا ، ويزودها بالطاقة والحرارة المستمرين.

تكملة هامة

وتبلغ درجة حرارة هذه النجوم حوالي 4 ملايين درجة على مقياس كلفن (حوالي 4 ملايين درجة مئوية ، 7 ملايين درجة فهرنهايت).

في النجوم التي يزيد حجمها عن الشمس بحوالي 1.3 مرة ، تدفع دورة CNO توليد الطاقة.

تقوم دورة CNO أيضًا بتحويل الهيدروجين إلى هيليوم ، ولكنها تعتمد على الكربون والنيتروجين والأكسجين (C و N و O) للقيام بذلك.

حاليًا  يتم إنشاء أقل من 2٪ من طاقة الشمس بواسطة دورة CNO.

يطلق الاندماج النووي عن طريق تفاعل سلسلة PP أو دورة CNO كميات هائلة من الطاقة في شكل موجات وجزيئات.

أهميتها

تتدفق الطاقة الشمسية باستمرار بعيدًا عن الشمس وفي جميع أنحاء النظام الشمسي.

والجدير بالذكر أن  الطاقة الشمسية تعمل على تدفئة الأرض ، وتسبب الرياح والطقس ، وتحافظ على الحياة النباتية والحيوانية.

تتدفق الطاقة والحرارة والضوء من الشمس بعيدًا في شكل إشعاع كهرومغناطيسي (EMR).

يوجد الطيف الكهرومغناطيسي كموجات ذات ترددات وأطوال موجية مختلفة. يمثل تردد الموجة عدد المرات التي تكرر فيها الموجة نفسها في وحدة زمنية معينة.

وتتكرر الموجات ذات الأطوال الموجية القصيرة جدًا عدة مرات في وحدة زمنية معينة ، لذا فهي عالية التردد. في المقابل ، فإن الموجات منخفضة التردد لها أطوال موجية أطول بكثير.

الغالبية العظمى من الموجات الكهرومغناطيسية غير مرئية لنا. أكثر الموجات عالية التردد التي تنبعث من الشمس هي أشعة جاما والأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية (الأشعة فوق البنفسجية).

يمتص الغلاف الجوي للأرض أكثر الأشعة فوق البنفسجية ضررًا. تنتقل الأشعة فوق البنفسجية الأقل قوة عبر الغلاف الجوي ، ويمكن أن تسبب حروق الشمس.

معلومات هامة

تنبعث من الشمس أيضًا الأشعة تحت الحمراء ، والتي تكون موجاتها أقل ترددًا بكثير. تأتي معظم الحرارة من الشمس على شكل طاقة الأشعة تحت الحمراء.

يقع الطيف المرئي بين الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية ، والذي يحتوي على جميع الألوان التي نراها على الأرض.

واللون الأحمر له أطول أطوال موجية (الأقرب إلى الأشعة تحت الحمراء) ، والبنفسجي (الأقرب إلى الأشعة فوق البنفسجية) هو الأقصر.

طاقة شمسية طبيعية

الاحتباس الحراري

تشارك موجات الأشعة تحت الحمراء والمرئية والأشعة فوق البنفسجية التي تصل إلى الأرض في عملية تسخين الكوكب وجعل الحياة ممكنة – ما يسمى بـ “تأثير الاحتباس الحراري”.

وحوالي 30 في المائة من الطاقة الشمسية التي تصل إلى الأرض تنعكس مرة أخرى في الفضاء. يتم امتصاص الباقي في الغلاف الجوي للأرض.

يعمل الإشعاع على تدفئة سطح الأرض ، ويشع السطح بعضًا من الطاقة مرة أخرى في شكل موجات الأشعة تحت الحمراء. عندما ترتفع في الغلاف الجوي ، يتم اعتراضها بواسطة غازات الدفيئة ، مثل بخار الماء وثاني أكسيد الكربون.

الغازات الدفيئة تحبس الحرارة التي تنعكس مرة أخرى في الغلاف الجوي. بهذه الطريقة ، يتصرفون مثل الجدران الزجاجية لبيت زجاجي.

كما يحافظ تأثير  الغازات الدفيئة هذا على دفء الأرض بدرجة كافية للحفاظ على الحياة.

البناء الضوئي

تعتمد جميع أشكال الحياة على الأرض تقريبًا على الطاقة الشمسية من أجل الغذاء ، سواء بشكل مباشر أو غير مباشر.

يعتمد المنتجون بشكل مباشر على الطاقة الشمسية، حيث تمتص أشعة الشمس وتحولها إلى مواد مغذية من خلال عملية تسمى البناء الضوئي.

ويشمل المنتجون ، الذين يطلق عليهم أيضًا اسم autotrophs ، النباتات والطحالب والبكتيريا والفطريات. التغذية التلقائية هي أساس شبكة الغذاء.

كما يعتمد المستهلكون على المنتجين للحصول على المغذيات.

ويذلك تعتمد الحيوانات العاشبة والحيوانات آكلة اللحوم والحيوانات آكلة اللحوم والحيوانات المفترسة على الطاقة الشمسية بشكل غير مباشر.

تأكل العواشب النباتات والمنتجين الآخرين. تأكل الحيوانات آكلة اللحوم والحيوانات آكلة اللحوم كلا المنتجين والحيوانات العاشبة.

كذلك تتحلل المواد الحارقة للنباتات والحيوانات عن طريق استهلاكها.

الوقود الحفري

التمثيل الضوئي مسؤول أيضًا عن جميع أنواع الوقود الأحفوري على الأرض، حيث يقدر العلماء أنه منذ حوالي ثلاثة مليارات عام ، تطورت أول ذاتية التغذية في البيئات المائية.

سمح ضوء الشمس للحياة النباتية بالازدهار والتطور. بعد موت autotrophs ، تحللت وتحولت إلى عمق أكبر في الأرض ، وأحيانًا آلاف الأمتار، واستمرت هذه العملية لملايين السنين.

تحت ضغط شديد ودرجات حرارة عالية ،وعرفت هذه البقايا  بالوقود الأحفوري، حيث أصبحت الكائنات الحية الدقيقة البترول والغاز الطبيعي والفحم.

طور الناس عمليات لاستخراج هذا الوقود الأحفوري واستخدامه للطاقة. ومع ذلك ، فإن الوقود الأحفوري هو مورد غير متجدد. يستغرق تشكيلها ملايين السنين.

تسخير الطاقة الشمسية

الطاقة الشمسية هي مورد متجدد ، ويمكن للعديد من التقنيات حصاده مباشرة لاستخدامها في المنازل والشركات والمدارس والمستشفيات.

تشمل بعض تقنيات الطاقة الشمسية الخلايا والألواح الكهروضوئية والطاقة الشمسية المركزة والعمارة الشمسية.

هناك طرق مختلفة لالتقاط الإشعاع الشمسي وتحويله إلى طاقة قابلة للاستخدام.

وفي تصريحات سابقة ذكر جهاز تنظيم مرفق الكهرباء وحماية المستهلك التابع لوزارة الكهرباء والطاقة المتجددة، كيفية عمل محطات الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء .

ويتم ذلك من خلال امتصاص الألواح الشمسية لضوء الشمس، والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء، وتحويلها إلى طاقة كهربائية للاستفادة منها في المنازل أو أماكن العمل.

حدد الجهاز 5 خطوات لكيفية عمل الألواح الشمسية، وهي كما يلي:

حين تصطدم الفوتونات بخلية شمسية، تفقد الذرات إلكتروناتها، في آلية تدعى الظاهرة الكهروضوئية Photovoltaic effect.

حال ربط الجانب الموجب مع السالب في الموصّلات مع وجود مصدر كهربائي فإنها تكوّن دائرة كهربائية، وعندما تتدفق الإلكترونات خلال هذه الدائرة، تكون ما يعرف بالخلايا الكهربائية المتعددة لتشكل لوحة شمسية، ويمكن توصيل لوحات متعددة (وحدات) معًا لتكوين مجموعة شمسية، وكلما زادت عدد اللوحات، زادت الطاقة التي يمكن توليدها.

تتكون الألواح الشمسية الكهروضوئية من العديد من الخلايا الشمسية، وتصنع هذه الخلايا من أشباه الموصلات مثل السليكون، وتصمم في طبقتين طبقة موجبة وطبقة سالبة، والتي تكون ما يعرف بالمجال الكهربائي كما هو الحال في البطاريات.

عند تركيب الألواح الشمسية في المنازل، تسقط أشعة الشمس على هذه الألواح، ويتم تحويل ضوء الشمس إلى تيار مباشر – مستمر، ثم يتدفق التيار إلى العاكس الذي بدوره يحوّل الكهرباء من التيار المستمر إلى تيار متردد، بعد ذلك يمكن استخدام الكهرباء في المنازل.

الألواح الشمسية بسيطة من حيث التركيب وجميلة المظهر، كما أنّها تعطي كفاءة عالية وميسّرة لإنتاج الطاقة الكهربائية في معظم الأوقات.

لمعرفة التفاصيل الكاملة والدخول إلي الموضوع الأصلي من هنا