خلايا شمسية لتشغيل نظام الاتصالات وإنارة الطرق وضخ المياه

لا تستهلك وقوداً ولا تلوث الجو وتعيش طويلاً .. د. بغدادي ل « اليوم »:

كشف أكاديمي وباحث متخصص في مجال الطاقة المتجددة، أنه تم تصنيع نماذج عديدة من الخلايا الشمسية تستطيع إنتاج الكهرباء بصورة علمية، وتتميز الخلايا الشمسية بأنها لا تشمل أجزاء أو قطعا متحركة.
وقال ل (اليوم) عميد الكلية الجامعية بالجموم البروفيسور فيصل عبد القادر بغدادي: "إن هذه الخلايا لا تستهلك وقوداً كما أنها لا تلوث الجو، وحياتها طويلة ولا تتطلب إلا القليل من الصيانة، مشيرا إلى أنه يمكن تثبيتها على أسطح المباني، حيث تقدر كفاءتها عادة بحوالي 20 بالمائة، أما الباقي فيمكن الاستفادة منه في توفير الحرارة للتدفئة وتسخين المياه.
وأكد أنه يمكن أن تستخدم الخلايا الشمسية في تشغيل نظام الاتصالات المختلفة وفي إنارة الطرق والمنشآت وفي ضخ المياه وغيرها، أما التحويل الحراري للطاقة الشمسية فيعتمد على تحويل الإشعاع الشمسي إلى طاقة حرارية عن طريق المجمعات (الأطباق) الشمسية والمواد الحرارية، وإذا تعرض جسم داكن اللون ومعزول إلى الإشعاع الشمسي فإنه يمتص الإشعاع وترتفع درجة حرارته, ويستفاد من هذه الحرارة في التدفئة والتبريد وتسخين المياه وتوليد الكهرباء وغيرها.
 تطبيقات السخانات الشمسية
وقال الدكتور فيصل بغدادي: "تعد تطبيقات السخانات الشمسية الأكثر انتشاراً في مجال التحويل الحراري للطاقة الشمسية، يلي ذلك من حيث الأهمية المجففات الشمسية التي يكثر استخدامها في تجفيف بعض المحاصيل الزراعية مثل التمور وغيرها كذلك يمكن الاستفادة من الطاقة الحرارية في طبخ الطعام"، مشيرا إلى أن هناك أبحاثا تجري في هذا المجال لإنتاج معدات للطهي تعمل داخل المنزل بدلا من تكبد مشقة الجلوس تحت أشعة الشمس أثناء الطهي .
وأضاف "بغدادي" :"يتميز عالمنا العربي والمملكة على وجه الخصوص بوفرة مصادر الطاقة الشمسية، حيث تعتبر المملكة إحدى أكثر المناطق ارتفاعًا في معدلات الإشعاع الشمسي في العالم, وقد أنشأت أول محطة للطاقة الشمسية عام 1400 ه وتقع في بلدة العيينة شمال غرب مدينة الرياض، وقدرة تلك المحطة 350 كيلو واط، وهذه كانت تعتبر قفزة تقنية هائلة في وقتها، وقد تم بناؤها تحت إشراف ومتابعة مدينة الملك عبد العزيز للعلوم، وقد سميت آنذاك ولا زالت بالقرية الشمسية".
واسترسل: "وقد بادرت المملكة العربية السعودية بمواكبة هذا التطور الهائل في الطاقات المتجددة حيث تم إنشاء مدينة الملك عبدالله للطاقة الذرية والمتجددة عام 1431، وذلك بهدف بناء مستقبل مستدام للمملكة العربية السعودية من خلال إدراج مصادر الطاقة الذرية والمتجددة ضمن منظومة الطاقة المحلية."
وذكر أنه يمكن للبطارية الجديدة أن تساعد في الحد من الانبعاثات الكربونية التي تلوث الهواء، فمع وجود إمكانية التخزين التي توفرها هذه البطارية، لن يكون هناك حاجة لإنتاج مستويات عالية من الطاقة التي تستخدم الوقود الأحفوري، وتبلغ أبعاد هذه البطارية 1.3 متر ب 80 سنتمترا، وهي عبارة عن علبة بيضاء أنيقة يبلغ سعرها 3000 دولار لبطارية ال7 كيلو- واط و3.500 دولار لبطارية ال 10 كيلو-واط.
وأكد الدكتور بغدادي أن القدرة على توافر وسيلة رخيصة أو أكثر كفاءة لتخزين الطاقة يعني أن الأفراد والشركات سيتمكنون من توفير الطاقة المتجددة وتخزينها لاستخدامها حين الحاجة، وهذا يقلل بشكل كبير من الحاجة لاستخدام الوقود الأحفوري التي يساهم في تغيير المناخ.
وأشار إلى أنه في هذه الحالة يكون عداد الكهرباء مزدوج الاتجاه أي أنه يدور في كلا الاتجاهين، أما أن تكون الكهرباء متجهة إلي المنزل أو أن تكون خارجة من المنزل إلى شبكة الكهرباء العامة، بمعنى آخر أنك بهذا يعتبر أنك تقوم ببيع الكهرباء الذائدة عن حاجاتك والتي حصلت عليها بنظامك الشمسي إلى مصلحة الكهرباء، ولكن يجب أن تكون سياسة الدول تعمل بهذا النوع من العدادات حتى تستطيع تركيبه فمعظم الدول حتى هذه اللحظة في العالم العربي ليس موجوداً لديها ".
 بطارية الليثيوم الأيونية
وأشار "بغدادي" إلى أن الطاقة الشمسية تطورت عبر مراحل بدأت من عام 212 قبل الميلاد، والتي استطاع فيها أرخميدس Archimedes أن يحرق الأسطول الروماني بتركيز ضوء الشمس عليه من مسافة بعيدة مستخدماً المرايا العاكسة، وحتى وقتنا الحالي والذي وصل فيه العلم لمراحل متقدمة في الطاقة الشمسية حتى وصلت إلى إنتاج بطارية من الليثيوم الأيونية يمكنها تخزين ما يصل إلى 10 كيلو واط من الطاقة في الساعة، ولازال هناك المزيد من الابتكارات والاختراعات في المستقبل .
وقال "بغدادي": إن الطاقة المتجددة نعني بها تلك المولدة من مصدر طبيعي غير تقليدي، مستمر لا ينضب، ويحتاج فقط، إلى تحويله من طاقة طبيعية إلى أخرى يسهل استخدامها بوساطة تقنيات العصر، والطبيعة تعمل من حولنا دون توقف معطية كميات ضخمة من الطاقة غير المحدودة بحيث لا يستطيع الإنسان أن يستخدم إلا جزءاً ضئيلاً منها، فأقوى المولدات على الإطلاق هي الشمس.
وذكر أن من خصائص الطاقة المتجددة أنها متوافرة في معظم دول العالم، ونظيفة ولا تلوث البيئة، وتحافظ على الصحة العامة، مع ضمان استمرار توافرها وبسعر مناسب وانتظامه، ولا تحدث أي ضوضاء، أو تترك أي مخلفات ضارة تسبب تلوث البيئة، ومنها أنواع متعددة منها: الطاقة الشمسية، طاقة الرياح، طاقة الكتلة الحية، وطاقة المساقط المائية، وطاقة حرارة باطن الأرض، وطاقة حركة الأمواج والمد والجزر، وطاقة فرق درجات الحرارة في أعماق المحيطات والبحار.
وأضاف " بغدادي " بأن الله خلق الشمس والقمر كآيات دالة على كمال قدرته وعظم سلطانه وجعل شعاع الشمس مصدراً للضياء على الأرض وجعل الشعاع المعكوس من سطح القمر نوراً، وقال الله تعالى في كتابه العزيز: (هو الذي جعل الشمس ضياء والقمر نوراً وقدره منازل لتعلموا عدد السنين والحساب ما خلق الله ذلك إلا بالحق يفصل الآيات لقوم يعلمون) سورة يونس الآية (5)، فالشمس تجري في الفضاء الخارجي بحساب دقيق، حيث يقول الله سبحانه وتعالى في سورة الرحمن: (الشمس والقمر بحسبان) الآية (5)، أي أن مدار الأرض حول الشمس محدد وبشكل دقيق، وأي اختلاف في مسار الأرض سيؤدي إلى تغيرات مفاجئة في درجة حرارتها وبنيتها وغلافها الجوي.
وأضاف: "استفاد الإنسان منذ القدم من طاقة الإشعاع الشمسي مباشرة في تطبيقات عديدة كتجفيف المحاصيل الزراعية وتدفئة المنازل كما استخدمها في مجالات أخرى وردت في كتب العلوم التاريخية".
 تفسير الموتور الشمسي
وأكد عميد الكلية الجامعية بالجموم، أن الطاقة الشمسية مرت بمراحل تطورت فيها بشكل متسارع وكانت البداية في عام 212 ق.م حيث استطاع أرخميدس Archimedes أن يحرق الأسطول الروماني وذلك بتركيز ضوء الشمس عليه من مسافة بعيدة مستخدماً المرايا العاكسة.
وفي عام 1615م قام العالم سالمون دى كوكسSaomon De Caux بتفسير ما يسمى "بالموتور الشمسي" وهي مجموعة من العدسات موضوعة في إطار معين مهمتها تركيز أشعة الشمس على إناء محكم به ماء، وعندما يسخن الهواء داخل الإناء يتمدد ويضغط على الماء ويدفعه فيخرج على شكل نافورة.
كما أنه في عام 1747 تمكن العالم الفلكي الفرنسي ج.كاسيني Jacques Casseni من صناعة زجاج حارق قطرة 112سم، مكنته من الحصول على درجة حرارة زادت عن ألف درجة مئوية كانت كافية لصهر قضيب من الحديد خلال ثوان، وفي عام 1875 صُممت آلة بخارية تولد 1.5 ك واط من الكهرباء، وفي الفترة من 1881-1884 اخترع العالم جون إريكسون Ericson دائرة إريكسون التي تعمل بالهواء الساخن لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حركة.
وفي عام 1888 توصل وستون Weston إلى طريقة لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة ميكانيكية، باستخدام ما يسمى "بالازدواج الحراري" حيث يمكن توليد جهد بين نقط الاتصال الساخنة الباردة بين معدنين مختلفين كالنيكل والحدي، وفي عام 1893 حصل العالم م.ل.سيفرى M.L Severyعلى براءة اختراع لآلة شمسية تعمل خلال 24 ساعة في اليوم حيث تخزن الطاقة نهاراً في بطاريات خاصة، لتُستخدم بعد غروب الشمس، وفي عام 1897 صنع العالم ه.سي.ريجان H.C.Reagan جهاز ازدواج حراري لتوليد الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية.
وفي عام 1905 نفذ بويلBoyle وإدوارد وايمان Edward Wyman أول آلة شمسية تنتج 15 كيلو واط من الكهرباء في صحراء كاليفورنيا، في عام 1911 استطاع فرانك شومان تشغيل نظام شمسي ينتج 32 كيلو واط من الكهرباء وكان ذلك يعد مشروعاً اقتصادياً.
 القمر الصناعي جارد
وأوضح الدكتور بغدادي أنه في عام 1959 حمل القمر الصناعي فان جارد Vanguard عدداً من البطاريات الشمسية لتزويد محطة اللاسلكي بالطاقة اللازمة. وقد حققت وكالة أبحاث الفضاء الأمريكية "ناسا" خلال الستينيات، تطورات هائلة في مجالات البطارية الشمسية لتوفير الطاقة لمركبات الفضاء.
وأكد أنه يمكن للبطارية تخزين كمية من الطاقة بمعدل 22-44 واط ساعة / كجم من وزنها، وتمكنت وكالة ناسا من صنع بطارية سعتها 125 واط بفرق جهد 4 فولت وكفاءتها 3 بالمائة، وقدرت التكاليف في حدود 0.1 دولار لكل كيلو واط ساعة، وكذا أمكن صُنع بطارية سعتها 1 كيلو واط في القسم النووي العام لشركة جنرال دينامكس الأمريكية.
أما في أواخر القرن التاسع عشر الميلادي تمكن تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية وطاقة حرارية من خلال آليتي التحويل الكهروضوئية والتحويل الحراري للطاقة الشمسية، ويقصد بالتحويل الكهروضوئية تحويل الإشعاع الشمسي أو الضوئي مباشرة إلى طاقة كهربائية بوساطة الخلايا الشمسية (الكهروضوئية).
وكما هو معلوم فإن هناك بعض المواد التي تقوم بعملية التحويل الكهروضوئية تدعى اشتباه الموصلات كالسيليكون والجرمانيوم وغيرها، وفي بداية 2014 أعلنت شركة تسلا إيلون ماسك إنتاج بطارية من الليثيوم الأيونية يمكنها تخزين ما يصل إلى 10 كيلو واط من الطاقة في الساعة، وهو ما يكفي لتشغيل 100 غلاية كهربائية، أو 10 غسالات منزلية أو 20 يومًا متواصلًا من استخدام الكمبيوتر المحمول.
الدول الفقيرة لجأت للاستفادة من الطاقة الشمسية
الطاقة الشمسية في بداياتها