مراجع عن الطاقه الشمسية
الطاقه الشمسيه هي الضوء والحراره المنبعثان من الشمس اللذان قام الانسان بتسخيرهما لمصلحته منذ العصور
القديمه باستخدام مجموعه من وسائل التكنولوجيا التي تتطور باستمرار. وتضم تقنيات تسخير الطاقه الشمسيه استخدام
الطاقه الحراريه للشمس سواء للتسخين المباشر او ضمن عمليه تحويل ميكانيكي لحركه او لطاقه كهربائية،
او لتوليد الكهرباء عبر الظواهر الكهروضوئيه باستخدام الواح الخلايا الضوئيه الجهديه بالاضافه الى التصميمات المعماريه
التي تعتمد على استغلال الطاقه الشمسية، وهي تقنيات تستطيع المساهمه بشكل بارز في حل بعض
من اكثر مشاكل العالم الحاحا اليوم.
تعزى معظم مصادر الطاقه المتجدده المتوافره على سطح الارض الى الاشعاعات الشمسيه بالاضافه الى مصادر
الطاقه الثانوية، مثل طاقه الرياح وطاقه الامواج والطاقه الكهرومائيه والكتله الحيوية. من الاهميه هنا ان
نذكر انه لم يتم استخدام سوى جزء صغير من الطاقه الشمسيه المتوافره في حياتنا. يتم
توليد طاقه كهربيه من الطاقه الشمسيه بواسطه محركات حراريه او محولات فولتوضوئية.وبمجرد ان يتم تحويل
الطاقه الشمسيه الى طاقه كهربية، فان براعه الانسان هي فقط التي تقوم بالتحكم في استخداماتها.ومن
التطبيقات التي تتم باستخدام الطاقه الشمسيه نظم التسخين والتبريد خلال التصميمات المعماريه التي تعتمد على
استغلال الطاقه الشمسية، والماء الصالح للشرب خلال التقطير والتطهير، واستغلال ضوء النهار، الماء الساخن، الطهو
بالطاقه الشمسية، ودرجات الحراره المرتفعه في اغراض صناعية.
تتسم وسائل التكنولوجيا التي تعتمد الطاقه الشمسيه بشكل عام بانها اما ان تكون نظم طاقه
شمسيه سلبيه او نظم طاقه شمسيه ايجابيه وفقا للطريقه التي يتم استغلال وتحويل وتوزيع ضوء
الشمس من خلالها.وتشمل التقنيات التي تعتمد على استغلال الطاقه الشمسيه الايجابيه استخدام اللوحات الفولتوضوئيه والمجمع
الحراري الشمسي، مع المعدات الميكانيكيه والكهربية، لتحويل ضوء الشمس الى مصادر اخرى مفيده للطاقة.هذا، في
حين تتضمن التقنيات التي تعتمد على استغلال الطاقه الشمسيه السلبيه توجيه احد المباني ناحيه الشمس
واختيار المواد ذات الكتله الحراريه المناسبه او خصائص تشتيت الاشعه الضوئية، وتصميم المساحات التي تعمل
على تدوير الهواء بصوره طبيعية.
حجم الطاقه الشمسيه القادمه الى الارض[عدل]
Crystal Clear app kdict.png مقالات مفصلة: تشمس شعاع الشمس
يصل الى سطح الارض حوالي نصف كميه الطاقه الشمسيه القادمه اليه من الشمس
يستقبل كوكب الارض 174 بيتا واط من الاشعاعات الشمسيه القادمه اليه (الاشعاع الشمسي) عند طبقه
الغلاف الجوي العليا.[1] وينعكس ما يقرب من 30% من هذه الاشعاعات عائده الى الفضاء بينما
تمتص النسبه الباقيه بواسطه السحب والمحيطات والكتل الارضية. ينتشر معظم طيف الضوء الشمسي الموجود على
سطح الارض عبر المدى المرئي وبالقرب من مدى الاشعه تحت الحمراء بالاضافه الى انتشار جزء
صغير منه بالقرب من مدى الاشعه فوق البنفسجية.[2] تمتص مسطحات اليابسه والمحيطات والغلاف الجوي الاشعاعات
الشمسية، ويؤدي ذلك الى ارتفاع درجه حرارتها. يرتفع الهواء الساخن الذي يحتوي على بخار الماء
الصاعد من المحيطات مسببا دوران الهواء الجوي او انتقال الحراره بخاصيه الحمل في اتجاه راسي.
وعندما يرتفع الهواء الى قمم المرتفعات، حيث تنخفض درجه الحرارة، يتكثف بخار الماء في صوره
سحب تمطر على سطح الارض، ومن ثم تتم دوره الماء في الكون. تزيد الحراره الكامنه
لعمليه تكثف الماء من انتقال الحراره بخاصيه الحمل، مما يؤدي الى حدوث بعض الظواهر الجوية،
مثل الرياح والاعاصير والاعاصير المضادة.[3] وتعمل اطياف ضوء الشمس التي تمتصها المحيطات وتحتفظ بها الكتل
الارضيه على ان تصبح درجه حراره سطح الارض في المتوسط 14 درجه مئوية.[4] ومن خلال
عمليه التمثيل الضوئي الذي تقوم به النباتات الخضراء، يتم تحويل الطاقه الشمسيه الى طاقه كيميائية،
مما يؤدي الى انتاج الطعام والاخشاب والكتل الحيويه التي يستخرج منها الوقود الحفري.
يصل اجمالي الطاقه الشمسيه التي يقوم الغلاف الجوي والمحيطات والكتل الارضيه بامتصاصها الى حوالي 3.850.000
كونتليون جولفي العام.[5][6]وفي عام 2002، زادت كميه الطاقه التي يتم امتصاصها في ساعه واحده عن
كميه الطاقه التي تم استخدامها في العالم في عام واحد.[11][12]يستهلك التمثيل الضوئي حوالي 3.000 كونتليون
جول من الطاقه الشمسيه في العام في تكوين الكتل الحيوية.[8]تكون كميه الطاقه الشمسيه التي تصل
الى سطح الارض كبيره للغاية، لدرجه انها تصل في العام الواحد الى حوالي ضعف ما
سيتم الحصول عليه من مصادر الطاقه الموجوده على الارض مجتمعه معا، كالفحم والبترول والغاز الطبيعي
واليورانيوم الذي يتم استخراجه من باطن الارض.[13]سوف يظهر في الجدول الخاص بمصادر الطاقه ان الطاقه
الشمسيه او طاقه الرياح او طاقه الكتله الحيويه ستكون كافيه لتوفير كل احتياجاتنا من الطاقة،
ولكن الاستخدام المتزايد لطاقه الكتله الحيويه له تاثير سلبيعلى الاحتباس الحراري وزياده اسعار الغذاء بصوره
ملحوظه بسبب استغلال الغابات والمحاصيل في انتاج الوقود الحيوي.[14]لقد اثارت طاقه الرياح والطاقه الشمسيه موضوعات
اخرى، باعتبار انها من مصادر الطاقه المتجددة.
تطبيقات على استخدام الطاقه الشمسية[عدل]
يتطلب متوسط الاشعاع الشمسي الذي يوضح مساحه اليابس (كنقاط سوداء صغيرة) تصنيف الفائض من الطاقه
الاساسيه في العالم من ضمن الطاقه الكهربيه التي تولدها الطاقه الشمسية.18 تريليون وات يساوي 568
كونتليون جول في السنة. يقدر الاشعاع الشمسي بالنسبه لمعظم الناس بما يتراوح من 150 الى
300 وات / متر مربع، او 3.5 الى 7.0 كيلو وات ساعه للمتر المربع في
اليوم.
تشير الطاقه الشمسيه بصوره اساسيه الى استخدام الاشعاعات الشمسيةفي اغراض عملية. على ايه حال، تستمد
كل مصادر الطاقه المتجددة، باستثناء طاقه المد والجزروطاقه الحراره الارضية، طاقتها من الشمس.
تتسم التقنيه التي تعتمد على الطاقه الشمسيه بشكل عام بانها اما ان تكون سلبيه او
ايجابيه وفقا للطريقه التي يتم استغلال وتحويل وتوزيع ضوء الشمس من خلالها. وتشمل تقنيه الطاقه
الشمسيه الايجابيه استخدام اللوحات الفولتوضوئيه والمضخات والمراوح في تحويل ضوء الشمس الى مصادر اخرى مفيده
للطاقة. هذا، في حين تتضمن تقنيه الطاقه الشمسيه السلبيه عمليات اختيار مواد ذات خصائص حراريه
مناسبه وتصميم الاماكن التي تسمح بدوران الهواء بصوره طبيعيه واختيار اماكن مناسبه للمباني بحيث تواجه
الشمس. تتسم تقنيات الطاقه الشمسيه الايجابيه بانتاج كميه وفيره من الطاقة، لذا فهي تعد من
المصادر الثانويه لانتاج الطاقه بكميات وفيرة، بينما تعتبر تقنيات الطاقه الشمسيه السلبيه وسيله لتقليل الحاجه
الى المصادر البديلة. وبالتالي فهي تعتبر مصادر ثانويه لسد الحاجه الى كميات زائده من الطاقة
التخطيط المدني والمعماري[عدل]
حازت جامعه دارمشتات للتكنولوجيا على المركز الاول في مسابقه “سولار دكثلون” بين الجامعات التي نظمت
في مقاطعه واشنطن عن تصميم منزل يعمل بالطاقه الشمسيه السلبيه والذي صمم خصيصا مناسبا للمناخ
الرطب الحار شبه الاستوائي.
لقد اثر ضوء الشمس على تصميم المباني منذ بدايه التاريخ المعماري.[15][16] ولقد تم استخدام وسائل
التخطيط المدني والمعماري المتطوره التي تعتمد على استغلال الطاقه الشمسيه لاول مره بواسطه اليونانيين والصينيين
الذين قاموا بانشاء مبانيهم بحيث تكون لناحيه الجنوب للحصول على الضوء والدفء.[17][18] من الخصائص الشائعه
للتخطيط المعماري الذي يعتمد على تقنيه الطاقه الشمسيه السلبيه انشاء المباني بحيث تكون ناحيه الشمس
معدل الضغط (نسبه مساحه سطح منخفض الى حجمه) والتظليل الانتقائي (اجزاء من الابنيه متدلية) والكتله
الحرارية. عندما تتوفر هذه الخصائص بحيث تتناسب مع البيئه والمناخ المحلي، فمن الممكن ان تنتج
عنها اماكن جيده الاضاءه ذات مدى متوسط من درجات الحرارة. ويعتبر منزل الفيلسوف اليوناني سقراط
الذي يسمى “ميجارون” مثالا نموذجيا للتصميمات المعماريه التي تعتمد على تقنيات الطاقه الشمسيه السلبية. تستخدم
التطبيقات الحديثه الخاصه بالتصميمات المعماريه التي تعتمد على استغلال الطاقه الشمسيه بتصميمات يتم تنفيذها على
الكمبيوتر بحيث تجمع بين نظم تكييف الهواء بالطاقه الشمسية/التهويه و[التسخين بالطاقه الشمسية/التدفئه والاضاءه التي تعتمد
على ضوء النهار/الاضاءه الشمسيه في تصميم معماري لاستغلال الطاقه الشمسيه ويكون متكاملا.[19] من الممكن ان
تعوض المعدات التي تعتمد على الطاقه الشمسيه الايجابية، مثل المضخات والمراوح والنوافذ المتحركة، سلبيات التصميمات
وتحسن من اداء النظام. الجزر الحراريه الحضريه (بالانجليزية: Urban Heat Islands) هي مناطق يعيش فيها
الانسان وتكون درجه حرارتها اعلى من درجه حراره البيئه المحيطه بها. وتعزى درجات الحراره المرتفعه
في هذه الجزر الى الامتصاص المتزايد لضوء الشمس بواسطه المكونات التي تميز المناطق الحضرية، مثل
الخرسانه والاسفلت، والتي تكون ذات قدره اقل على عكس الضوء وسعه حراريه اعلى من تلك
الموجوده في البيئه الطبيعية. ومن الطرق المباشره لمعادله تاثير الجزر الحراريه طلاء المباني والطرق باللون
الابيض وزراعه النباتات. وباستخدام هذه الطرق، اوضح البرنامج النظري الذي يحمل عنوان “نحو مجتمعات معتدله
المناخ” الذي نظم في لوس انجلوس ان درجات الحراره في المدن يمكن ان تنخفض بحوالي
3 درجات مئويه بتكلفه تقدر بواحد مليار دولار امريكي، كما اعطى البرنامج تقديرا لاجمالي الارباح
السنويه التي يمكن تحقيقها من جراء خفض درجات الحرارة؛ حيث تقدر هذه الارباح بحوالي 530
مليون دولار امريكي ناتجه عن خفض تكاليف استخدام اجهزه تكييف الهواء وتوفير نفقات الدوله الخاصه
بالرعايه الصحية.[20]
زراعه النباتات والبساتين[عدل]
تساعد الصوبات الزجاجيه مثل تلك الموجوده في بلده ويستلاند في هولندا على زراعه الخضروات والفواكه
والزهور.
Crystal Clear app kdict.png مقالات مفصلة: زراعه علم البستنه دفيئه زجاجية
يسعى المعنيون بتنميه الزراعه وتطويرها الى زياده قدر الاستفاده من الطاقه الشمسيه بهدف زياده معدل
انتاجيه النباتات المزروعة. فبعض التقنيات، التي تنظم مواسم الزراعه حسب اوقات العام وتعدل اتجاه صفوف
النباتات المزروعه وتنظم الارتفاعات بين الصفوف وتخلط اصناف نباتيه مختلفة، يمكن ان تحسن من انتاجيه
المحصول.[21][22][23] بينما يعتبر ضوء الشمس مصدرا وفيرا من مصادر الطاقة، فهناك اراء تلقي الضوء على
اهميه الطاقه الشمسيه بالنسبه للزراعة. في المواسم التي كانت المحاصيل التي تنمو فيها قصيره خلال
العصر الجليدي الصغير، زرع الفلاحون الانجليز والفرنسيون مجموعات من اشجار فاكهه طويله لزياده كميه الطاقه
الشمسيه التي يتم تجميعها الى الحد الاقصى. تعمل هذه الاشجار ككتل حرارية، كما انها تزيد
من معدل نضج الفاكهه عن طريق الاحتفاظ بالفاكهه في وسط دافئ. قديما كان يتم بناء
هذه الاشجار عموديه على الارض وفي مواجهه الجنوب، ولكن بمرور الوقت، تم انشاؤها مائله لاستغلال
ضوء الشمس على خير وجه. وفي عام 1699، اقترح “نيكولاس فاشيو دي دويليير” استخدام احد
الالات التي من الممكن ان تدور على محور بحيث تتبع اشعه الشمس.[17][24] تشمل تطبيقات الطاقه
الشمسيه في مجال الزراعة، بغض النظر عن زراعه المحاصيل، استخدامها في اداره ماكينات ضخ الماء
وتجفيف المحاصيل وتفريخ الدجاج وتجفيف السماد العضوي للدجاج.[25][26][27][28] وفي العصر الحديث، تم استخدام الطاقه المتولده
بواسطه اللوحات الشمسيه في عمل عصائر الفاكهة.[29] وتقوم الصوب الزجاجيه بتحويل ضوء الشمس الى حرارة،
مما يؤدي الى امكانيه زراعه جميع المحاصيل على مدار العام وزراعه (في بيئه مغلفة) انواع
من المحاصيل والنباتات لا يمكن لها ان تنمو في المناخ المحلي. تم استخدام الصوب الزجاجيه
البدائيه لاول مره في العصر الروماني لزراعه الخيار حتى يمكن توفيره على مدار العام باكمله
للامبراطور الروماني “تيبريوس”.[17][30] ولقد تم بناء اول صوبه زجاجيه حديثه لاول مره في اوروبا في
القرن السادس عشر من اجل الاحتفاظ بالنباتات الغريبه التي كان يتم جلبها من خارج البلاد
بعد فحصها.[17][31] من الجدير بالذكر ان الصوب الزجاجيه ظلت تعتبر جزءا مهما من زراعه البساتين
حتى وقتنا الحالي، وقد تم استخدام المواد البلاستيكيه الشفافه ايضا في الانفاق المتشعبه واغطيه صفوف
النباتات المزروعه للهدف نفسه.
الاضاءه الشمسية[عدل]
