كيف تلغي عداد الكهرباء بدون إنقطاع التيار وأيضا تكسب الأموال

تعود فكرة الخلايا الشمسية إلى عام 1839

 عندما اكتشف العالم الفرنسي ( إدموند بكوريل) أنه في حال تعرض قطب كهربائي للضوء ومغموس في محلول موصل ينتج تيار كهربائي، وبعد ذلك وفي عام 1941 تمكن المخترع الأمريكي (روسل أوهل) من إنتاج أول خلية شمسية مصنوعة من السليكون.


وتصنع الخلايا الشمسية في العادة من السليكون المعالج كيميائيا، ويتم ترتيب طبقات من هذه المادة ومواد أخرى والأسلاك الناقلة للتيار الكهربائي ضمن نظام هندسي خاص، وفي حال تعرض هذه الخلية للضوء العادي أو ضوء الشمس فانه يتحرر منها الكترونات تنتقل عبر الأسلاك الكهربائية ويتم الاستفادة منها في تشغيل بعض الأجهزة الكهربائية أو استغلالها في إضاءة المصابيح الكهربائية.

 كيفية عمل الطاقة الشمسية

--------------------------------

- تتكون الخلية الشمسية من طبقة سليكون يضاف لها بعض الشوائب المتميزة ببعض الخواص الكهربائية، ويضاف للطبقة العليا المستقبلة لأشعة الشمس عنصر الفوسفور.

- في الطبقة السفلية للخلية الشمسية، يوجد عنصر البورون لامتصاص الشحنات الكهربائية وتسمى الطبقة "P" – لكنه يضم عددا قليلا من الإلكترونات بعكس طبقة السليكون التي تسمى "N".

- عند ارتطام أشعة الشمس بالطبقة العلوية ذات السليكون وعنصر الفوسفور، يتم شحن الإلكترونات وتزود بالطاقة، ومع وجود موصل كهربائي بين الطبقتين، يتولد تيار كهربائي ينتقل من الطبقة العليا إلى السفلى

تقوم الخلاية الشمسية الفوتوفولتية بتحويل الطاقة الضوئية الى طاقة كهربية
(بالإنجليزية: Photovoltaic Solar Cells)بشكل مباشر، ومن ثم فهي تمثل بديلاً مشجعاً للغاية حيث أنها لا تشتمل على أي أجزاء متحركة ولاتسبب تلوثاً بيئياً. وترتبط صناعة الخلايا الشمسية ارتباطاً وثيقاً بالصناعات الإلكترونية المتطورة التي نشأت بالارتباط مع غزو الفضاء ورغم أن تكلفتها تنخفض باستمرار عاماً بعد عام إلا أنها لازالت بديلاً مكلفاً، ولا تزال اقتصاديتها مشجعة للأحمال الصغيرة بالأماكن النائية البعيدة عن الشبكة الكهربية الموحدة.

تمتص هذه المحطة حرارة الشمس من خلال المرايا التي تركز أشعتها على 5 غلايات سوداء غير لامعة. أنتجت المحطة بهذه التقنية ما يكفي من البخار لضخ نحو 23000 لتر من الماء في الدقيقة، ووفرت قدرًا كافيًا من الكهرباء لتزويد نحو 60 ألف منزل مصري آنذاك.

موقع مصر بالنسبة للحزام الشمسي

موقع مصر بالنسبة للحزام الشمسي

تقع مصر جغرافياً بين خطي عرض 22 و31,5 شمالاً، وبهذا فإن مصر تعتبر في قلب الحزام الشمسي العالمي، وبذلك فإنها تعد من اغنى دول العالم بالطاقة الشمسية. وقد قامت وزارة الكهرباء والطاقة بإجراء العديد من الدراسات لتحديد خصائص الإشعاع في مصر، أسفرت عن تحديث البيانات المتوافرة من محطة الأرصاد الجوية وإضافة بعض المحطات الجديدة ومعدات القياس المتطورة، وقد نتج عن ذلك إعداد أطلس للطاقة الشمسية في مصر ويوضح الجدول التالي المتوسطات الشهرية لساعات سطوع الشمس في مواقع محطات الرصد بمصر.

تتلقى معظم أنحاء البلاد بداية من القاهرة وحتى أقصى الجنوب إشعاعاً يتجاوز 6 كيلووات.ساعة/متر مربع/يوم، وتقل الأيام التي تظهر فيها السحب أغلب ساعات النهار عن 20 يوم في العام، ويتزايد الإشعاع الكلي من الشمال للجنوب حيث تبلغ قيمته 5كيلووات.ساعة/متر مربع/يوم بالقرب من الساحل الشمالي وتزيد عن 7كيلووات.ساعة/متر مربع/يوم أقصى جنوب مصر.


يتراوح المتوسط السنوي لعدد ساعات سطوع الشمس في اليوم ما بين 9 ساعات إلى ما يقرب من 11 ساعة في جنوب مصر الصحراوي، وتزيد ساعات سطوع الشمس على 3600 ساعة سنوياً في معظم أنحاء مصر.

تصل كمية الإشعاع الساقط على مجمل مساحة مصر إلى ما يزيد على 6 تريليون كيلووات.ساعة يومياً أي ما يزيد على 100 ضعف الطاقة الكهربية المولدة خلال عام 1996/1997 بأكمله. ولا يعني هذا أنه يمكن أن تكون معظم الكهرباء المولدة في المستقبل من الطاقة الشمسية بسبب بعض الصعوبات

منظومة توليد الكهرباء بالطاقة الشمسية

في أوائل القرن الماضي، عام 1913 تحديدًا، ارتأى مخترع من فيلادلفيا يدعى «فرانك شومان» أن منطقة جنوب القاهرة في مصر بيئة رائعة لبناء أول محطة للطاقة الشمسية في العالم، نظرًا لموقع المنطقة الجغرافي المتميز. وبالفعل أنشأ شومان محطته الشمسية في صحراء القاهرة، عرفت فيما بعد بحيّ «المعادي» الآن. بلغت مساحتها 3 كيلومترات مربعة، ومن أجل صنع جهازه الشمسي الأول «Shams 1»، استخدم شومان 5 أحواض على شكل قطع مكافئ (شكل هندسي) تمتد على طول 60 مترًا.

بعد نجاح مشروعه هذا خطط شومان لمشروع أكبر؛ وهو بناء سلسلة من محطات الطاقة الشمسية العملاقة في صحراء مصر على مساحة تبلغ 52450 كم مربع من أجل التغلب على استخدام العدو الأسود في إنتاج الطاقة: الفحم.
لاقى هذا المشروع دعمًا كبيرًا من مستثمرين بريطانيين، ومن الحكومتين البريطانية والألمانية، لكن نحن هنا لسنا في أرض الأحلام والنجاح الأبدي، فلا شيء يدوم طويلًا مهما كان رائعًا!

أتت الحرب العالمية الأولى لتزعزع كيان الدول، واكتشف النفط. بهذا انتهى حلم شومان، وتوفي هو عام 1918، وفي النهاية أصبح العالم ينتج طاقته من الفحم. الأكثر حزنًا من ذلك هو أنه تم تفكيك محطة المعادي للطاقة الشمسية، واستخدام معدنها من أجل صنع أسلحة وذخائر للجيش البريطاني. في الثمانينيات، أعيد استخدام تقنية الطاقة الشمسية لإنتاج الطاقة، لكن ليس في مصر بالطبع، بل في الولايات المتحدة الأمريكية بعد أزمة النفط المكتشف.

استخدام الطاقة الشمسية أمر جيد ومفضّل بالطبع، لكن يبدو أن المشاريع الجيدة تصبح بديلًا في وقت الأزمات في مصر. فإذا بحثنا في جذور مشاكل الطاقة في مصر، فسنجد أنها ظهرت في الفترة بين عامي 2006-2007، عندما بدأت مصر استيراد النفط. وعلى مدى السنوات التالية ارتفعت أسعار دعم الطاقة حتى بلغت نحو 20% من جميع نفقات الدولة.

الإستخدامات الحالية في مصر من الخلايا الشمسية تتم على مستوى تجريبي، وتتضمن توليد الكهرباء اللازمة لضخ المياه وإزاحة الملوحة والتبريد والإتصالات. ولا يوجد إحصاء دقيق عن الحجم الكلي لوحدات الخلايا الشمسية المركبة، ولكن يُقدر نها كانت تتراوح في عام 1999 من 1,5-2 ميجاوات تنتج من 3650 إلى 4380 كيلووات.ساعةسنوياً. وتُعد هذه الأرقام ضئيلة للغاية والسبب الرئيسي لذلك هو تكلفتها العالية مقارنة مع البدائل الأخرى


أما عن القطاع الخاص، فقد أقامت الشركة مشروعات،ووقعت صفقات مع شركات محلية مثل شركتي «الدقهلية وادي النطورن للزراعة، والدقهلية جنوب الوادي للدواجن» التابعة لمجموعة شركات «الدقهلية»، إحدى كبرى الشركات المنتجة والمصدرة للأغذية الزراعية في مصر. بلغ حجم الصفقة نحو 23 مليون دولار أمريكي، من أجل توفير نسبة 75% (23.5 ميجاوات) من متطلبات الشركتين للطاقة على مدى 30 عامًا.

تعتبر الخلايا الشمسية من أهم الاختراعات التي ظهرت في العصر الحديث والتي تمكن الإنسان بفضلها من تأمين جزء لا بأس به من احتياجاته اليومية للطاقة عن طريق تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية سواء بشكل مباشر أو غير مباشر.


وتم استغلال الخلايا الشمسية (الكهروضوئية) في الكثير من مناحي الحياة اليومية كما تم استغلالها بشكل كبير لإنتاج الطاقة الكهربائية اللازمة لتشغيل الأقمار الصناعية في الفضاء وتشغيل السفن الفضائية التي تم إطلاقها لاكتشاف الكواكب والأجرام الكونية.

وتعد هذه الخلايا مصدرا مثاليا لإنتاج الطاقة الكهربائية لكونها لا تتسبب في إحداث أي ضرر بيئي ولا ينتج عنها مخلفات وغازات كيميائية سامة، ومن هنا فقد تم دعم الأبحاث الخاصة بتطويرها واستغلالها بشكل واسع في شتى الميادين وفي شتى أنحاء العالم.


ولكن كلفة إنتاج الخلايا الشمسية المرتفعة أصبحت أهم العوائق أمام التوسع في استغلالها، ومن هنا فقد أدرك العلماء أن التحدي الأكبر هو زيادة القدرة التحويلية للخلايا الشمسية، أي قدرتها على تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية وتخفيض كلفة إنتاجها، وتدل بعض الدراسات أنه قد تم تحقيق مستوى جيد لنسبة التحويل المطلوبة بلغت 32.3% من الطاقة الشمسية الداخلة إلى تيار كهربائي، ويعتقد الكثير من الباحثين انه يمكن الوصول إلى نسبة تحويل قد تصل إلى 40%.

إن مثل هذه الزيادة في القدرة التحويلية للخلايا الشمسية سينجم عنها .

تقليل حجم هذه الخلايا وزيادة مقدار الطاقة الكهربائية الناتجة عنها وبالتالي تقليل كلفة إنتاجها، وهذا بدوره سيلعب دورا هاما في الحد من ظاهرة الاحتباس الحراري العالمية ومكافحة التلوث البيئي والذي أصبح الخطر الأول الذي يتهدد الإنسانية في الوقت الراهن.

الطاقة الشمسية ، هي الإشعاع الشمسي الذي تبعثه الشمس ينتج عنه الحراره ،حيث قام الإنسان بتسخيرهما لمصلحته منذ العصور القديمة من خلال مجموعه من وسائل التكنولوجيا ، وتستخدم أيضاً في كثير من المجالات وتتحول إلي العديد من الأشكال مثل الطاقة الكهربائية و الطاقة الحرارية ، ومن خلال هذا المقال سوف نعرض عليكم من اخترع الطاقة الشمسية .

انتشرت الطاقة الشمسية بشكل كبير العام الماضي، وكان ذلك منذ أزمه الوقود ، وكان يراها الكثير في ذلك القوت عباره عن طاقة مستقبليه لانها لم تلبي نسبة كبيرة من الحاجه للطاقة .

واجهت الطاقة الشمسية في بداية اكتشافها العديد من الخيبات بسبب مشكلة غياب الشمس لانها لا تعمل إلا في أشعه الشمس فعند غياب الشمس لا تولد كهرباء بالإضافة إلي زياده نسية تكلفتها بشكل ملحوظ فتعتبر الألواح الشمسية أكثر تكلفه من النفط ، ولكن ظهرت العديد من الإكتشافات والتقنيات الحديثة ومحطات الطاقة الشمسية والكثير من الابتكارات الآخري في مجال الطاقة ، ومازال حتي الان هناك العديد من التقنيات الاخري التي يعمل عليها العلماء والمهندسين في مجال الطاقة الشمسية في الولايات المتحده الامريكية

  مميزات الطاقة الشمسية

احد محطات توليد الكهرباء بالطاقة الشمسية

تستعمل الطاقة الشمسية في كثير من المجالات كما ذكرنا سابقاً ومن أهم فوائده الطاقة الشمسية هي :

تستخدم كأحد البدائل الطبيعية لتوليد الكهرباء لذلك يمكن الاستغناء عن شركات الكهرباء بشكل كامل .

تعمل علي توليد الطاقة الحرارية وتعد من أكثر المجالات شهره و استخداماً وتتم من خلال وضع مجموعه من الألواح الشمسية(طبقه معدنية سوداء تغطي بلوح من الزجاج) تسخن عند تعرضها مياشراً لأشعه الشمس ، ويتم نقل الماء أو الهواء الناتج عن تسخنها إلي الوسط الملامس لها في الأسفل حيث تنقل مباشراً لتخزينها واستخدامها وقت الحاجه (أثناء غياب أشعة الشمس) ، كما أن للطاقه الحراراية الناتجه عده استخدامات مثل استخدامها في سخانات المياة الشمسية والتدفئة المركزية في المنزل .

تعمل علي توليد الطاقة الكهربائية من خلال الخلايا الشمسية التي تملكها فعند تعرض هذه الخلايا إلي الشمس تتولد الكهرباء بطريقة مباشره ، كما تحتوي علي السليكون (مواد شبه موصله) الذي يعمل علي الطاقة الضوئية إلي طاقة كهربائية ، وهناك أيضاً ما يسمي بالخلية المنفرده التي تولد 2 واط من الكهرباء فيعمل علي تجميع أكثر من خلية شمسية في مجموعات تسمي بالمصفوفات تولد ألاف الكيلوواط من الطاقة الكهربائية .

تستخدم كوقود للسيارات من خلال ابتكار سيارات تعمل بالطاقة الشمسية بدل من الوقود مما يعود بالنفع علي البلد الذي تستخدم فيه لتخفيف التلوث البيئي وقله التكلفة .
تستخدم في تحلية المياه من خلال تقنية الناتو التي استخدمها مركز نويت لتحلية الماء بالطاقة الشمسية باستخدام غشاء رقيق لفصل مجري الماء الساخن والبارد ، ثم يستخدم هذا الغشاء من الساخن إلس البارد في سحب بخار الماء وتصفيته من جزيئات الملح .
تستخدم في انتاج الهيدروجين المتجدد والنظيف بفصل الأوكسجين عن الهيدروجين في المياة كعملية التمثيل الضوئي .

تستخدم ايضاً في عملية التبريد والتسخين ، فتوفر المياة الساخنه طول الوقت من خلال وضع الألواح الشمسية فوق أسطحه المباني في الأيام المشمسة .
تحمي من التلوث الضوضائي فهي لا تنتج أصوات مزعجه ولا أضرارا بيئية وتمنع التلوث الناتج عن المولدلت الصناعية للطاقة.
تقلل من الخطوط التي تتوصل بين المباني وبعضها و تقلل من انتشار الأعمده في الطرقات .
تكون أنظمتها متينة لا تتلف بسرعه لذلك لا تحتاج إلي جهود متواصله لأعمال الصيانة .
تبقي لسنوات عديده جداً قد يصل إلي خمس وعشرون سنة .

آلية العمل

استخدامات متعددة .

- أصبحت الطاقة الشمسية من أبرز مصادر الطاقة المتجددة التي توسعت استخداماتها في العديد من المجالات، وأصبح من السهل ربط إنتاجها بالشبكات الكهربائية الوطنية لتوفير احتياجات الشركات والمنازل من الكهرباء.

- كانت تكلفة صناعة الألواح الشمسية تمثل عقبة رئيسية في طريق الاعتماد بشكل أكبر على الطاقة الشمسية، ولكن مع ضخ استثمارات كبيرة وتطور في صناعتها، قلت هذه التكاليف.

- تتميز الألواح الشمسية بحاجتها الأقل للصيانة وقلة أعطالها الفنية، كما يمكن تخزين الطاقة الناتجة عنها في بطاريات لإمكانية استغلالها في غياب أشعة الشمس

تعديل المقال