أنواع أنظمة الطاقة الشمسية

تتعدّد المصادر المنتجة للطاقة الكهربائيّة، والتي انتقلت من المصادر الكلاسيكيّة التي كانت تعتمد علي الفحم والبخار، وما لها من أضرار جمّة على البيئة وصحّة الإنسان، ثمّ تطوّرت إلي مصادر الطاقة المعتمدة على الديزل، وتوربينات مصبّات المياه، والتي تعتبر مرتفعة تكلفة الإنتاج، إلى استخدام الأنظمة الحديثة، من طاقة الرياح والطاقة الشمسيّة.

وتعتبر الطاقة الشمسيّة من المصادر النظيفة للطاقة، والتي يمكن إنشاء محطّاتِها في أي مكان، بدون وجود المعوّقات التي كانت تعاني منها المصادر الأخرى للطاقة، وكذلك تتعدّد أنظمة الطاقة الشمسيّة واتّخاذها كمصدر رئيس للطاقة، أو هجين مع أنظمة أخرى، وهو موضوع مقالنا فتابعونا.

ماهيّة الطاقة الشمسيّة

تعتبر الشمس مُفاعلًا نوويًّا ضخمًا، يمدّ الكرة الأرضيّة بالطاقة التي تبعث فيها الحياة، والضوء المنبعث من الشمس ما هو إلا جزء من تلك الطاقة، وبالتحليل الفيزيائيّ للضوء بكل أطيافه، تبيّن أنّه سيلٌ من الفوتونات غزيرة الطاقة.

ووفقًا لقانون بقاء الطاقة فإنّها “لا تفنى ولا تُستحدث من عدم، ولكن يمكن تحويلها من صورة إلى أخرى”، وبالفعل تمّ تحويل الطاقة الشمسيّة إلى طاقة كهربائيّة، من خلال الخلايا الشمسيّة.

ماهيّة الخليّة الشمسيّة

يعتبر اختراع الخلايا الشمسيّة اختراعًا حديثًا نسبيًّا، وظهر ذلك انعكاسًا لاكتشاف رقائق السيليكون؛ حيث تتكوّن الخليّة من رقائق مادة السيليكون المطعّمة بالبورون في إحداها، والفوسفور في الأخرى، ويفصل بينهما شرائح من النحاس، داخل غلاف من الزجاج غير العاكس.

فبمجرد سقوط الشعاع الشمسيّ على سطح الخليّة الزجاجيّ، تسبّب فوتونات الضوء انبعاث الإلكترونات من أحد رقائق السيليكون إلى الأخرى، عبر الموصّل مكوّنةً دائرة كهربية متجدّدة من التيار المستمر، والذي يتمّ تحويله إلى تيار متردد باستخدام عاكسات كهربائيّة (انفرتر)، باستمرار سقوط الشعاع الضوئيّ على الخليّة، وبتجميع عدّة خلايا يتكوّن مصدر كبير للطاقة الكهربائيّة، يتوقّف على عدد تلك الخلايا.

أنواع أنظمة الطاقة

يوجد العديد من أنظمة الطاقة المعمول بها دوليّّا، ويتوقّف اختيار النظام المناسب على اقتصاديات الدولة، وحاجتها الفعليّة إلى تلك الطاقة، وبالتالي اختيار النظام المناسب الذي يتوافق وسياستها، ويمكن تناولها على النحو الآتي:

#1 نظام أُحادي الطاقة:

ويعتمد هذا النظام على مصدر واحد فقط من أنظمة الطاقة مثل:

• نظام التوربينات الكهربائيّة: وفيه يتمّ توليد الكهرباء عن طريق مصبّات المياه الطبيعيّة في الأنهار والبحار.
• نظام توربينات الديزل: وفيه يتمّ توليد الطاقة الكهربائيّة صناعيًّا، من خلال تشغيل توربينات ضخمة -مولدات- باستعمال أحد منتجات البترول كالديزل.
• نظام طاقة الرياح: وفيه يتمّ استغلال الأماكن شديدة الرياح، في إقامة محطّات توليد الطاقة من الرياح.
• نظام الطاقة الشمسيّة: وفيه يتمّ استغلال الطاقة الشمسيّة في توليد الكهرباء، وخاصّة في الأماكن التي تتمتّع بسطوعٍ شمسيٍّ غالبيّة اليوم.

#2 النظام الهجين:

وهو من الأنظمة الشائعة التي يعمل به في أغلبيّة الدول، والذي سوف نتناوله لاحقًا في موضعه.

أنواع أنظمة الطاقة الشمسيّة

تتنوّع أنظمة الطاقة الشمسيّة من الناحية العمليّة؛ فهي لا تتوقف على إنتاج الطاقة الكهربائيّة فحسب، ولكن يتمّ استخدامها في أكثر من مجال، يمكن تناولها على النحو التالي:

أولًا: إنتاج الطاقة الحراريّة

يتمّ تصميم هذا النظام على أساس تحوّل الطاقة الشمسيّة إلى طاقة حراريّة، ويتمّ ذلك باستخدام مرايا عاكسة عالية الجودة؛ لتجميع الحِزم الضوئيّة في بؤرة محدّدة، ويتمّ استخدامها في تكنولوجيا السخانات الشمسيّة، والطهي، والتدفئة، وغيرها.

ثانيًا: إنتاج الطاقة الكهربائيّة

ويتمّ في هذا النظام استخدام الطاقة الشمسيّة في توليد الطاقة الكهربائيّة، وهو الاستخدام الأكثر شيوعًا، ويتمّ استعماله في عدّة أنظمة، نوضّحها في الآتي:

• النظام المستقلّ: ويتمّ استخدامه في توليد الكهرباء اللازمة لتغذية القرى والمدن، من خلال عدّة محطات يتمّ إنشاؤها لهذا الغرض.
• النظام الهجين: وفيه يتمّ الدمج بين كل من نظام الكهرباء التي تمّ إنتاجها من الطاقة الشمسيّة، مع الطاقة التي يتمّ إنتاجها من خلال التوربينات أو طاقة الرياح؛ ليكمّل كل منهما الآخر في تغذية العديد من المدن، وتشغيل المصانع والآلات.
• النظام الشخصيّ: وفي هذا النظام يتمّ عمل محطّات شمسيّة صغيرة تكفي لتغذية بناية أو أكثر، وتُستخدم في هذا النظام بطاريات لتخزين الطاقة الكهربائيّة الفائضة نهارًا؛ لاستعمالها ليلًا.

وفي هذا النظام أيضًا يتمّ الخلط بينه وبين النظام الهجين؛ حيث يتمّ استخدام عدّادات كهربائيّة ذات اتّجاهين، بحيث يتمّ توريد الطاقة الكهربائيّة الزائدة، لخطّ الكهرباء العام المملوك للدولة -حال وجوده- وفي حالة الاحتياج لطاقة أعلى، يتمّ استيراد الطاقة اللازمة من الخطّ العام، وفي نهاية الشهر تتمّ المحاسبة بنظام المَقاصّة.

تتمتّع الدول العربية بمناخ ملائم لاستخدام أنظمة الطاقة الشمسيّة على أوسع نطاق، ونرى ضرورة استغلال هذا المناخ؛ لتوليد الطاقة الكهربائيّة من الطاقة الشمسيّة؛ لما تتمتّع به من انخفاض التكلفة، وارتفاع نسبة الأمان.