ما هي أهمية الخلايا الشمسية؟
تعتبر الشمس المصدر الأول للطاقة على وجه الكرة الأرضيّة، وإذ نبع هذه الطاقة من سلسلة متواصلة من التفاعلات النوويّة التي تحدث فيها، منتجة حزمًا ضخمة من الطاقة الشمسيّة على شكل فوتونات ضوئيّة تسافر ما يقارب 150 مليون كيلو متر في 8.5 دقيقة لتصل إلى كوكب الأرض، لتبدأ بعدها سلسلة أخرى من التفاعلات وتحولات الطاقة إلى شكل يمكن الاستفادة منه لتشغيل أجهزتنا ومركباتنا، وحتى إنتاج طعامنا.[1]
يستفاد من الطاقة الشمسية بعدة طرق، منها إنتاج الكهرباء بشكل مباشر من خلال أنظمة الخلايا الشمسية، إضافة إلى توليد الطاقة الحرارية اللازمة للتسخين، وفي ظل ارتفاع أسعار المحروقات ومخاطر التغير المناخي وارتفاع مستوى تلوث البيئة نتيجة الاعتماد على المصادر التقليدية لإنتاج الطاقة، أصبح استخدام الطاقة الشمسية في المنازل أمرا ملحًا يحقق العديد من الوفورات والفوائد البيئية والاقتصادية.
وسائل عمليّة لاستخدام الطاقة الشمسية في المنازل
أنظمة الخلايا الشمسية Photovoltaics
تأتي على شكل مجموعة من الألواح المترتبة في صفوف وأعمدة، تعمل على تحويل الطاقة الشمسية المحمولة بالفوتونات إلى طاقة كهربائية يمكن استخدامها لتشغيل الأجهزة الكهربائية في المنزل والإنارة وغيرها.[2]
أنظمة تسخين المياه Solar Water Heaters
يمكن لهذه الأنظمة توفير ما نسبته 50-80% من احتياجات المنزل من الماء الساخن، حيث يعتمد هذا النظام على شبكة من الأنابيب ذات اللون الغامق التي تجمع أشعة الشمس لتسخين المياه التي تتحرك خلالها، لتنتقل المياه إلى خزان متصل بهذه الأنابيب لتخزينها أو للاستخدام المباشر.[3]
الطبخ بالطاقة الشمسية Solar Cooker
هناك العديد من الطرق للاستفادة من الطاقة الشمسية في الطبخ من خلال استخدام الأفران الشمسية، وتم استحداث العديد من النماذج لهذه الأفران بحيث يتم تشغيلها دون الحاجة للطاقة الكهربائية، ومن هذه الأنواع ما يلي:[4]
- أفران ضوء الشمس المركز: يستخدم في هذه الأفران مرآة أو معدن عاكس لعكس ضوء الشمس بحيث تتركز الأشعة الشمسية مما يزيد الطاقة الحرارية داخل الفرن.
- أفران تعتمد على تحويل الضوء إلى حرارة: في هذه الأفران يتم تم طلاء الأجزاء الداخلية للفرن باللون الأسود، حيث تمتاز الأسطح السوداء بامتصاص الأشعة الشمسية وبالتالي زيادة الطاقة الحرارية.
- أفران حبس الحرارة: تعتمد هذه الأفران على حبس وعزل الهواء داخل الفرن عن الهواء الخارجي المحيط بالفرن من خلال استخدام غطاء بلاستيكي أو زجاجي لمنع الهواء الخارجي من التسرب.
اقرأ أيضًا: 10 نصائح لترشيد استهلاك الكهرباء في حياتنا اليومية |
فوائد استخدام الطاقة الشمسية في المنازل
توفير المال
يؤدي تركيب أنظمة لتوليد الطاقة الكهربائية أو الحرارية من الطاقة الشمسية إلى توفير التكاليف الشهرية لاستهلاك الكهرباء، حيث يقلل الاعتماد على الكهرباء المزودة من شبكة الكهرباء الحكومية حيث تسمح هذه الأنظمة بتوليد الكهرباء واستخدامها بشكل مباشر، وحتى تخزينها لاستخدامها في وقت لاحق عند انقطاع الكهرباء من شبكة الكهرباء الحكومية.
الحفاظ على البيئة وخفض الانبعاثات الكربونية
يعود استخدام أنظمة الطاقة الشمسية بالنفع على البيئة، حيث تعتبر هذه الطاقة نظيفة تمامًا ولا تؤدي إلى تلوث المياه والهواء ولا تتسبب بانبعاث الغازات المسببة للاحتباس الحراري.[5]
انخفاض تكلفة الصيانة الدورية
تتطلب صيانة وتنظيف هذه الأنظمة كمية قليلة من الماء، ولا تتسبب بحدوث أي ضجيج أو انبعاثات مما يعد مناسبًا لاستخدامها وتركيبها في المناطق السكنية.
لا حاجة لأي مساحة إضافية
لا يتطلب تركيب أنظمة الطاقة الشمسية على الأسطح أية مساحات إضافية، حيث يمكن تركيبها بسهولة فوق العناصر الموجودة على الأسطح كخزانات المياه وغيرها.[6]
تحديات ومشاكل استخدام الطاقة الشمسية في المنزل
- تكلفة تركيب أنظمة الطاقة الشمسية في المنازل: تتفاوت تكلفة تركيب نظام للطاقة الشمسية كالألواح الشمسية أو أنظمة تسخين المياه اعتمادًا على عدة عوامل منها حجم النظام وجودة مكوناته، وتتوفر العديد من الخيارات عند الحديث عن أنواع الألواح الشمسية كالألواح الأحادية البلورات Monocrystalline Solar Panels والألواح متعددة البلورات Poly Crystalline Solar Panels، ومن المكونات الأخرى الهامة لأنظمة الألواح الشمسية هي بطاريات تخزين الطاقة التي تسمح باستخدام الطاقة المتولدة في أي وقت ممكن، لذا ينبغي استشارة مكتب هندسي لتقدير حجم النظام حسب مقدار الاستهلاك المتوقع شهريًا في المنزل والحصول على أفضل الأسعار، ومع أن تكلفة تركيب هذه الأنظمة قد يكون مرتفعًا في البداية، لكنها تنطوي على ترشيد في استهلاك الكهرباء على مدى العمر التشغيلي لهذه الأنظمة.[7]
- يجب مراعاة تطبيق شروط السلامة عند التعامل مع أنظمة الطاقة الشمسية فقد ينطوي التعامل معها للصيانة أو التنظيف مثلًا على بعض المخاطر مثل خطر الصعق بالتيار الكهربائي لأنظمة الخلايا الشمسية، أو خطر التعرض للاحتراق عند التعامل مع الأفران الشمسية، فقد ترتفع درجة الحرارة داخل الفرن لمستويات عالية، حيث يجب تجنب وضع عبوات مغلقة تمامًا داخل أفران حبس الحرارة بسبب ارتفاع الضغط داخله، كما أن الطهي بالأفران الشمسية قد يستغرق وقتًا أطول من ساعة إلى ساعتين من استخدام طرق الطهي التقليدية.[8]
اقرأ أيضًا: مميزات الطاقة المتجددة، مصادرها واستخداماتها |
هل كان المقال مفيدًا؟
المصادر والمراجع[+]
| ↲1 | https://solarsystem.nasa.gov/news/1164/how-big-is-the-solar-system/#:~:text=Scientists%20sometimes%20call%20our%20region,That’s%201%20AU. |
|---|---|
| ↲2 | https://www.seia.org/initiatives/photovoltaics |
| ↲3 | https://www.energy.gov/energysaver/estimating-cost-and-energy-efficiency-solar-water-heater#:~:text=On%20average%2C%20if%20you%20install,economics%20are%20even%20more%20attractive. |
| ↲4 | https://solar-aid.org/wp-content/uploads/2016/06/solar-cooking-pack.pdf |
| ↲5 | https://www.genusinnovation.com/blogs/what-are-the-5-benefits-of-solar-for-your-home |
| ↲6 | https://amplussolar.com/blogs/benefits-of-solar-power-for-home |
| ↲7 | https://usa-gce.com/7-factors-that-affect-cost-of-solar-panels/ |
| ↲8 | https://sites.lafayette.edu/egrs352-sp14-pv/technology/advantages-and-challenges-with-solar-pv/ |