محتويات
مراحل عملية توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية
- تحويل الألواح ضوء الشمس إلى كهرباء.
- تُحوِّل المحولات تيار الكهرباء المستمر إلى تيار متردد.
- تخزين الطاقة الشمسية.
يتجه العالم في الآونة الأخيرة لتوليد الكهرباء من الطاقة الشمسية، تعرَّف على مراحل توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية، والتي تختلف عن الطريقة التقليدية لتوليد الكهرباء، تسمى عملية توليد التيار الكهربائي الحثي في دائرة مغلقة:
المرحلة الأولى: تُحوِّل الألواح ضوء الشمس إلى كهرباء: تتكون الألواح الشمسية من خلايا مصنوعة من السيليكون أسفل لوح زجاجي، عندما تضرب الشمس اللوح يتفاعل ضوئها مع الخلية السيليكون، تبدأ الإلكترونات في التحرك، ينتج عنها طاقة، فتلتقط الأسلاك الموجودة داخل الخلايا التيار الكهربائي.
يبلغ وزن الألواح الشمسية حوالي 30 رطلاً، بينما يبلغ طولها خمسة أقدام، وعرضها ثلاثة أقدام، أي أنها تُشبه المرتبة المزدوجة، بنفس العرض، ولكنها أقصر بقدمٍ واحدة، يحتوي كل لوح من الألواح على 60 إلى 72 من الخلايا الشمسية.
كل لوحة من الألواح الشمسية التي توضع أعلى المنازل، يمكنها تشغيل خمسة مصابيح LED طوال اليوم ولمدة عام كامل.
المرحلة الثانية: تُحوِّل المحولات تيار الكهرباء المستمر إلى تيار متردد: الكهرباء المُستخدمة في المنازل والمكاتب وغيرها عبارة عن (تيار كهربائي متردد)، بينما تكون الكهرباء الموَّلدة عن طريق الألواح الشمسية مختلفة (طاقة تيار مباشر DC)، لذا يجب تحويل الطاقة لشكل المناسب للاستخدام.
هناك نوعين من المحولات:
- عاكس مركزي: يقوم بتحويل الطاقة الناتجة عن جميع الألواح في مرة واحدة.
- العاكس الصغير: الذي يتم إضافته لكل لوح من الألواح على حدة.
المرحلة الثالثة: تخزين الطاقة الشمسية: بالطبع لا يتوقف استخدام مولدات الطاقة الشمسية على وقت النهار فقط، لذا يجب أن يكون هناك طريقة لاستخدامها في الليل، أو الأيام الملبدة بالغيوم والتي لا تلتقط فيها الألواح ما يكفي من ضوء الشمس، لذا يمكن تخزين الطاقة في الشبكة، وليس استخدامها عن طريقها بشكل مباشر فقط.
يمكن تخزين الطاقية الشمسية في بطاريات شمسية، فهي البديل المناسب للمولدات الاحتياطية خاصةً في الأماكن المعرضة لانقطاع الكهرباء أو والعواصف، لأنها لا تحتاج لوقود أو جهد لتشغيلها.[1][2]
توليد الألواح الشمسية للطاقة المنزلية بالخطوات
- يتم تركيب الألواح الشمسية فوق سطح المنزل بزاوية معينة، للسماح بتعريضها لأقصى تعرض للشمس.
- يضرب ضوء الشمس سطح الألواح، فتبدأ الخلايا الكهروضوئية في العمل.
- يصل ضوء الشمس إلى الخلايا، فتقوم الفوتونات بتحويل طاقتها إلى ذرات مشابهة لمادة الخلية.
- فيتم إطلاق إلكترونات سالبة الشحنة، ترتبط بدورها بالجانب الآخر من الخلية المشحونة إيجابياً.
- يتولد تيار كهربائي مباشر أحادي الاتجاه (DC).
- يمر التيار المباشر عبر العاكس، فيتحول لتيار متردد يسير في كلا الجانبين (AC) يصلح لتشغيل الأجهزة المنزلية.
- تُحفظ الطاقة في بطاريات مخصصة لاستخدامها عند الحاجة.
- يمر التيار من العاكس عبر قاطع الدائرة الكهربائية، ويتم توزيعة لجميع أنحاء المنزل من خلال اللوحة الكهربائية.
- يراقب (نظام إدراة الطاقة المنزلي) وقت وكمية إنتاج الطاقة، لمتابعة الاستهلاك، وتقييم فاعلية النظام.[3]
تختلف عملية توليد الكهرباء بالطاقة الشمسية عن توليدها من خلال الرياح، فهناك اختلاف كبير في الخطوات، حيث تعتمد طريقة توليد الكهرباء باستخدام الرياح على سرعة الرياح المطلوبة لتوليد الكهرباء.
تاريخ توليد الكهرباء من ضوء الشمس
بدأت رحلة الحفاظ على البيئة بتوليد الكهرباء من الطاقة الشمسية في عام 1839، حيث اكتشف الفيزيائي الفرنسي (إيه إي بيكريل) الذي كان يبلغ من العمر في ذلك الوقت 19 عاماً فقط اللبنة التي استخدمها العلماء بعد ذلك لاختراع الألواح الشمسية.
اكتشف بيكريل أن صفائح الذهب والبلاتين المغمورة في المحلول عندما يتم تعريضها لأشعة الشمس يتم توليد تيار كهربائي.
وفي أوائل ستينيات القرن التاسع عشر سجل عالم الرياضيات الفرنسي (أوجست موشيه) براءات اختراع للمحركات التي تعمل بالطاقة الشمسية، واستطاع بالتعاون مع أبيل بيفري في عام 1878 تطوير محركاً يعمل بالطاقة الشمسية، وقد فازاً بميدالية ذهبية مقابل ذلك.
لسوء الحظ أن اختراع توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية كان سابقاً لعصره، مما تسبب في إنهاء الحكومة الفرنسية للعمل به، وأنهت تمويل المشروع، فقد قرروا أنها ليست مجدية اقتصادياً، استمرت الطاقة الشمسية في التقدم بعد ذلك ولكن بخطوات متعثرة.
أنشأ تشارلز فريتز (المخترع الأمريكي) أول خلية شمسية في عام 1883، وقد كانت مصنوعة من السيلينيوم، ليحصل ألكسندر ستوليتوف على براءة اختراع أول خلية شمسية حقيقية في عام 1888، وبعدها اخترع بالتيمور كلارنس كيمب سخان المياه الأول الذي يعمل بالطاقة الشمسية في عام 1891.
تطورت الآليات المستخدمة في مجال تكنولوجيا الطاقة الشمسية بعد ذلك بسبب اكتشافات أينشتاين المتعلقة بالتأثير الكهروضوئي، ولكن المشكلة أن التكلفة كانت كبيرة في ذلك الوقت، حيث كان الوات الواحد من الكهرباء المولدة بالطاقة الشمسية يتكلف 250 دولاراً، بينما كانت تكلفة الوات الواحد من الكهرباء المولدة في محطات الفحم يتراوح بين 2 إلى 3 دولار.
جذبت الطاقة الشمسية المزيد من الاهتمام في مطلع السبعينيات بسبب نقص موارد النفط، وزيادة المخاوف البيئية التي يواجهها العالم حتى أصبحت تحظى بأهمية كبيرة في الوقت الحالي.[4]
يعتمد الكثير من الأماكن اليوم على ألواح الطاقة الشمسية، وما ينتج توربين الرياح المنزلي.
