تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية

أصبح العالم مهدّداً بشكلٍ كبيرٍ، فالوقود يشارف على الانتهاء، فالمخزون العالميّ من الوقود الأحفوري؛ الغاز، والنفط، والفحم، يغطّي الاستهلاك العالمي حتى عام 2100 ميلادي فقط، لذلك يجب البحث عن مصادر بديلةٍ للحصول على الطاقة بشكلٍ مستمرٍ، بالإضافة إلى التلوّث والخطر الذي يشكّله استخدام الوقود الأحفوريّ على العالم.

ولأجل ذلك ابتكرت العلوم الحديثة طرقاً كثيرة للاستفادة من مصادر الطاقة المتجددة؛ لإنتاج الطاقة واستخدامها في خدمة الاستهلاك البشري، ومن المصادر المتجددة التي تم استخدامها: طاقة الرياح، والأمواج، والمد والجزر، ومخلفات الإنسان والحيوان والمصانع والشمس. وتُعد الشمس من أكثر المصادر المستغلة لإنتاج الطاقة، ففي العالم ينتج سنوياً .5% من الطاقة التي يحتاجها الإنسان من الشمس والأشعة المنبعثة منها.

ابتكر العلماء العديد الأجهزة التي يتم استخدامها للاستفادة من الطاقة الشمسية، ويكون ذلك بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية، وهي:

• الخلايا الفولتية أو PV cells: ويتم إنتاجها باستخدام عنصر السيلكون بشكل أساسي وإضافة أحد العناصر الأربعة إليه:Ga, As, B, P، وتحول الخلايا الفولتية الطاقة المنبعثة من الشمس إلى طاقة كهربائية بشكل مباشر، ودون الحاجة لاستخدام وسيط مادي لتحويلها، وبالتالي يتم الاستفادة من الطاقة المنتجة بشكل كامل. وكفاءة الألواح الشمسية تقدر ب 40% في الأبحاث العلميّة، و20% من الألواح المباعة في السوق. والألواح الفولتية من أكثر طرق إنتاج الطاقة استخداماً، وخاصة في المملكة الأردنية الهاشمية، حيث ينتج 0.05% من الطاقة سنوياً باستخدامها. ومن خصائص الألواح الفولتية ما يلي:
  • مرتفعة الثمن.
  • تقل كفاءتها إلى ما يقارب 50% في حال تجمع الغبار على سطحها؛ لذلك يجب تنظيفها بشكل مستمر لتحقيق الهدف المرجو وأكبر قدر من الطاقة.
  • تقل كفاءة الخلية في حال ارتفاع درجة حراراتها؛ لذلك يجب تبريدها باستمرار، ويمكن الاستفادة بتسخين الماء والسوائل عبر تبريدها.
• الألواح الشمسيّة "solar panels": وتعمل كالخلية الفولتية بتحويل الطاقة الشمسية لطاقة كهربائية بشكل مباشر وسهلة الاستخدام، ومتاحة لدى الجميع. ومن أشكالها:
• المجمع الشمسي"solar collecter" أو بمسمى آخر السخان الشمسي، وهو مستخدم بشكل كبير في الأردن، ويتكون من ألواحٍ زجاجيةٍ مربوطة بمواسير من المياه، وعند استقبال الأشعة الشمسية يخزّنها ويسخّن المياه، ومن ثم ينقلها إلى الخزان للاستخدام، ويعمل بكفاءة 60-80%، طُوّر حديثاً من قبل الدكتور بسّام خويلة، وأصبحت كفاءته تصل إلى 100%.
• المسخن الشمسي" solar heater": ويعمل بطريقة السخان الشمسي نفسها، وبعكس المحتوى المراد تسخينه، فيستخدم لتسخين الغازات بدلاً من الموائع.