تعرف علي الطاقة الشمسية وأهم تقنياتها - اهم الاحصائيات
الطاقة الشمسية هي طاقة آمنة ورخيصة ونظيفة. وهي أحد أهم أشكال الطاقة المتجددة وتمثل حلاً مستدامًا لأزمة الطاقة. وبينما يشهد العالم مخاطر تغير المناخ التي يفرضها استخدام الوقود الأحفوري، تتم دعوة البلدان والحكومات إلى الحد من انبعاثات الغازات الدفيئة والمحتوى الحراري، ودعم حلول الطاقة المتجددة.
تشمل مصادر الطاقة المتجددة طاقة الرياح والطاقة الشمسية، والتي تشهد نموًا كبيرًا. إلا أن الطاقة الشمسية تختلف عن طاقة الرياح من حيث أنها مناسبة للأفراد والمؤسسات التجارية، كما أن استخدام الطاقة الشمسية يمكن أن يساعد في تقليل مخاطر تغير المناخ وحل أزمة الطاقة.
سنتناول في هذا المقال كل ما يتعلق بالطاقة الشمسية من مميزاتها وعيوبها، واستخداماتها المختلفة، والتقنيات المستخدمة لتوليد الكهرباء من الطاقة الشمسية. سننظر أيضًا إلى تاريخ تطور الطاقة الشمسية. إحصائيات حول الطاقة الشمسية والاستثمار فيها.
ما هي الطاقة الشمسية؟
الطاقة الشمسية هي إشعاع الشمس الذي يستخدم لتوليد الكهرباء أو توليد الحرارة أو إجراء التفاعلات الكيميائية.
في ساعة واحدة، تتلقى الأرض طاقة شمسية أكثر مما تحتاج إليه الأرض خلال عام. وإذا استخدمناها بالتكنولوجيا المناسبة وقمنا بتحويلها إلى كهرباء، فيمكن حل أزمة الطاقة.
الطاقة الشمسية هي مصدر للطاقة المتجددة وبديل مستدام للوقود الأحفوري. سينضب النفط بحلول عام 2052، والغاز الطبيعي بحلول عام 2060، والفحم بحلول عام 2090. أما الشمس فهي موجودة منذ 5 مليارات سنة.
الشمس مصدر ضخم للطاقة
وتتميز بعض الدول بوفرة الطاقة الشمسية من حيث شدة وتركيز ضوء الشمس الواصل إلى الألواح الشمسية، أو ما يسمى بالإشعاع الأفقي العالمي، ويختصر بـ GHI. ومن أكثر الدول التي تتميز بوفرة الطاقة الشمسية هي اليمن. ثم إريتريا ثم المملكة العربية السعودية.
إلا أن شدة ضوء الشمس تقل عندما يصل إلى الأرض بسبب دور الغلاف الجوي والسحب التي تمتص أو تبعثر 54% من طاقة الشمس عند خروجها من الأرض. ولذلك، هناك طرق مختلفة لتحقيق الاستخدام الأمثل لأشعة الشمس. الذي - التي.
تستخدم الخلايا الشمسية الكهروضوئية لتحويل ضوء الشمس إلى تيار مباشر. يدخل هذا التيار إلى العاكس ويتم تحويله إلى تيار متردد مناسب للاستهلاك. يتم تخزين هذه الطاقة في البطارية.
ولا يتم استخدام هذه الخلايا بمفردها، بل يتم دمجها على شكل ألواح. يتم تثبيت هذه الألواح على سطح مبنى سكني أو تجاري، أو مثبتة على حامل مثبت على الأرض في نظام المرافق.
تستخدم الطاقة الشمسية بشكل رئيسي في مجالات وتطبيقات مختلفة مثل:
محلي: توليد الطاقة، البطاريات، المولدات الكهربائية، التهوية، الماء الساخن، التدفئة المنزلية، تدفئة حمامات السباحة، إلخ.
الإضاءة والإضاءة: إضاءة المناظر الطبيعية والداخلية.
داخل جهازك: الشواحن والأفران والثلاجات وكاميرات المراقبة وغيرها.
الأدوات والمحطات: خيام تعمل بالطاقة الشمسية، مقاهي إنترنت تعمل بالطاقة الشمسية، وغيرها.
تعتمد كمية الطاقة التي تنتجها الألواح الشمسية على عدة عوامل، بما في ذلك:
عدد ساعات النهار.
كمية السحب.
زاوية سقوط ضوء الشمس على الألواح الشمسية.
كمية الأوساخ والثلوج التي تراكمت على اللوحة.
درجة حرارة.
تاريخ موجز لتطور الطاقة الشمسية
القرن السابع قبل الميلاد: تسخير الطاقة الشمسية لإشعال النار واستخدام عدسة مكبرة لشوي النمل.
القرن الثالث قبل الميلاد: استخدم اليونانيون والرومان المرايا المضيئة لإضاءة المصابيح أثناء الاحتفالات الدينية.
القرن الثاني قبل الميلاد: استخدم أرخميدس الخصائص العاكسة للدروع البرونزية لتركيز ضوء الشمس وإشعال النار في السفن الخشبية للإمبراطورية الرومانية.
1839: اكتشف إدموند بيكريل التأثير الكهروضوئي، وهو المبدأ الذي تقوم عليه الخلايا الشمسية.
1883: اخترع تشارلز فريتس أول خلية شمسية بكفاءة 1%.
1954: قامت مختبرات بيل بتطوير أول خلية شمسية من السيليكون عالية الكفاءة تبلغ كفاءتها 6%.
1960: أنتجت شركة هوفمان للإلكترونيات خلية شمسية ذات كفاءة بنسبة 14%.
1964: أطلقت ناسا القمر الصناعي نيمبوس الأول الذي يعمل بالطاقة الشمسية.
1976: إنتاج أول ألواح شمسية من السيليكون ذات الأغشية الرقيقة.
1977: تم إنشاء المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) في الولايات المتحدة.
1980: انخفاض تكلفة الألواح الشمسية بشكل ملحوظ.
1990: بدأ قطاع الطاقة الشمسية في النمو بسرعة.
2000: استمرار تزايد تركيبات الطاقة الشمسية حول العالم.
2010: الطاقة الشمسية تصبح واحدة من أسرع مصادر الطاقة نمواً في العالم وأكثرها تكلفة.
2020: ستلعب الطاقة الشمسية دورًا رئيسيًا في التحول إلى مستقبل الطاقة النظيفة.
التكنولوجيا المستخدمة لتوليد الكهرباء من الطاقة الشمسية
1. تكنولوجيا الطاقة الشمسية.
تسمى الخلايا الشمسية الخلايا الكهروضوئية وتقوم بتحويل الضوء إلى كهرباء. هناك عدة أنواع.
◾ خلية شمسية من السيليكون
معظم الخلايا الشمسية مصنوعة من السيليكون. وتتميز هذه الخلايا بالسعر المعقول والكفاءة الجيدة. تشير الكفاءة إلى السرعة التي يتم بها تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء. على سبيل المثال، كفاءة الخلية البالغة 30% تعني أن 30% من ضوء الشمس الذي يصل إلى الخلية يتحول إلى كهرباء.
◾ الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة
وهذه تقنية معروفة، والمعروفة باسمها لأن الخلايا الشمسية مصنوعة من طبقات رقيقة من مواد شبه موصلة مثل تيلوريد الكادميوم.
ويبلغ سمك الطبقة عدة ميكرومترات، ويحتوي المتر الواحد على مليون ميكرومتر. هذا النوع من الخلايا مرن وخفيف الوزن ومناسب للاستخدام على نطاق واسع.
◾ الخلايا الشمسية للمجموعة الثالثة والخامسة (الخلايا الشمسية III-V).
وتتكون هذه الخلايا من عناصر المجموعة 3 من الجدول الدوري، مثل الغاليوم والإنديوم، وعناصر المجموعة 5، مثل الأنتيمون والزرنيخ.
يعد تصنيع هذا النوع من الخلايا أكثر تكلفة من أنواع الخلايا الأخرى، ولكن نظرًا لكفاءتها العالية، يتم استخدام مثل هذه الخلايا في الأقمار الصناعية والطائرات بدون طيار.
◾ الجيل الجديد من الخلايا الشمسية
يقوم الباحثون بتطوير هذه الخلايا المصنوعة إما من مواد عضوية، أو نقاط كمومية، أو البيروفسكايت (مواد معدنية ذات خصائص كهروضوئية). وتتميز هذه الخلايا بانخفاض تكلفتها وسهولة تصنيعها ولا تزال في مرحلة البحث والتطوير. واختبار.
2. تركيز تقنيات الطاقة الشمسية والحرارية
تستخدم هذه التقنية مرايا لتعكس ضوء الشمس وتركيزه على جهاز الاستقبال. تستخدم هذه الطاقة لتسخين سائل ساخن في جهاز الاستقبال، وتستخدم هذه الحرارة لتدوير توربين أو محرك لتوليد الكهرباء.
ويمكن استخدام هذه التكنولوجيا في مجموعة متنوعة من الصناعات مثل تحلية المياه، والاستخلاص المعزز للنفط، وتجهيز الأغذية، وإنتاج المواد الكيميائية، ومعالجة المعادن.
تُستخدم هذه التقنية في مشاريع المرافق العامة، ويتم تصميم محطات الطاقة الشمسية الحرارية بعدة طرق، بما في ذلك أنظمة برج النقل التي تضع مرايا حول برج مركزي يعمل كمستقبلات، والأنظمة الخطية التي تحتوي على صفوف متعددة. المرايا تجمع الضوء. تقع الشمس على مستقبل أنبوبي متوازي فوقها.
مميزات وعيوب الطاقة الشمسية
💢 اولا ، مزايا استخدام الألواح الشمسية لتوليد الكهرباء هي كما يلي.
⬤ التطورات مستمرة: حقق هذا المجال تقدمًا كبيرًا، ويعمل الباحثون على تحسين الكفاءة والجودة.
⬤ التوفير في فواتير الكهرباء: بعد فترة زمنية معينة، بعد تركيب نظام الطاقة الشمسية في منزلك، لم تعد تعتمد على الشبكة الحكومية، ولكن كلما زادت كمية الكهرباء التي تولدها، زاد التوفير.
⬤ وانخفض سعر الطاقة الشمسية بنحو 70% من تكلفتها منذ عام 2010 حتى الوقت الحاضر.
⬤ سهلة التركيب: وفر مساحة السقف أو الأرضية الخاصة بك وتحتاج فقط إلى تنفيذ الخطوات اللازمة.
⬤ تكاليف صيانة منخفضة: تحتاج فقط إلى التنظيف عدة مرات على مدار العام.
⬤ الطاقة النظيفة: لا توجد انبعاثات غازات دفيئة ولا تلوث المياه.
⬤ فهو يوفر لك القوة التي تحتاجها ويمنحك الاستقلال. أنت لا تعتمد على سلطة الحكومة، وأنت محمي من الأعطال، ويمكنك أن تظل منتجًا.
⬤ هادئ: تقنية صامتة لا تنتج ضوضاء مثل المولدات، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات السكنية.
⬤ توفر المساحة: كل ما تحتاجه هو سقف منزلك.
💢 ثانياً، هناك عيوب لاستخدام الألواح الشمسية لتوليد الكهرباء.
وهي ليست مناسبة لجميع المواقع حيث أن كمية الإشعاع الشمسي تختلف حسب الموقع والوقت.
إن استخراج المعادن اللازمة لتصنيع الألواح الشمسية يمكن أن يؤثر على النظام البيئي.
لها مدة صلاحية معينة تتراوح من 20 إلى 25 سنة.
الظروف الجوية تؤثر على الإنتاجية. على سبيل المثال، تقلل السحابة من الإنتاجية.
وبما أنها لا تنتج الكهرباء ليلاً، فلا بد من الاعتماد على الطاقة البديلة أو المخزنة.
على الرغم من وجود تكلفة أولية، إلا أنها ستوفر لك المال الذي تنفقه على فواتير الطاقة على المدى الطويل.
إحصائيات حول اقتصاد قطاع الطاقة الشمسية
1. استثمرت الشركات بكثافة في هذا المجال مؤخرًا. ومن المتوقع أن يصل الاستثمار العالمي في الطاقة الشمسية إلى 380 مليار دولار في عام 2023.
2. بدأت الشركات الكبرى مثل Amazon وWalmart في استخدام الطاقة الشمسية في مكاتبها ومتاجرها.
3. تشير الإحصائيات التي نشرتها الجامعات الفنلندية إلى أنه بحلول عام 2050، سيأتي 70% من الكهرباء المستخدمة من الطاقة الشمسية.
4. تعمل بعض المدن حول العالم على تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة. وتلتزم ولاية كاليفورنيا بتخفيضها بنسبة 40% بحلول عام 2030.
5. في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، كان سعر 1 واط 10 دولارات، وفي عام 2017، كان سعر 1 كيلووات 0.1 دولار، وفقًا لتقرير صادر عن الوكالة الدولية للطاقة المتجددة. تتراوح أسعار الوقود الأحفوري من 0.17 دولار إلى 0.5 دولار.
6. زادت تركيبات الألواح الشمسية في الولايات المتحدة من عام 2008 إلى عام 2021، مع زيادة توليد الطاقة الشمسية من 0.34 جيجاوات إلى 97.2 جيجاوات.
7. سيشهد قطاع الطاقة الشمسية نمواً كبيراً في السنوات القادمة.
8. تنتج الصين 3.9% من احتياجاتها من الكهرباء من الطاقة الشمسية.
9. تتصدر دولة الإمارات العربية المتحدة الدول العربية في قدرات توليد الطاقة الشمسية بحوالي 2899 ميجاوات، تليها مصر بإجمالي 2048 ميجاوات، تليها الأردن بـ 1048 ميجاوات، وقطر بـ 815 ميجاوات، والمغرب بإجمالي يقدر بـ 2048 ميجاوات. المرتبة الخامسة. القدرة الإنتاجية 740 ميجاوات.
10. تخطط مصر لإنتاج 2% من احتياجاتها من الكهرباء من الطاقة الشمسية عام 2022 والوصول إلى مستوى إنتاج 26% عام 2035.
11. تستخدم المملكة العربية السعودية الطاقة الشمسية لإنتاج ما يقارب 426 ميجاوات من الكهرباء، وتهدف رؤية المملكة 2030 إلى تحقيق ما يصل إلى 40 جيجاوات من توليد الطاقة.
ومع ذلك، قبل تركيب الألواح الشمسية، عليك أن تفهم ما يلي:
هل السقف الخاص بك مناسب؟
معرفة العدد المناسب من اللوحات.
سعر.
المبلغ المدخر وفترة السداد.
سمعة الشركة المصنعة.
تكاليف الصيانة.
آراء عملاء الشركة.
آراء الأشخاص الذين تعرفهم عن تجربتهم مع الشركة.
خاتمة
في الختام، تعتبر الطاقة الشمسية حلاً مستدامًا لتقليل انبعاثات الكربون وبالتالي تقليل مخاطر تغير المناخ، ومع تقدم تكنولوجيا الطاقة الشمسية، سيشهد العالم طفرة في قطاع الطاقة في المستقبل، ومن المرجح أن يكون هناك.