التطبيقات المباشرة للأنظمة الشمسية

مقدمة

تمثل الطاقة الشمسية مصدراً لإنتاج الطاقة الكهربائية بعدة أشكال مختلفة مثل الأنظمة الكهروضوئية «أنظمة الطاقة الشمسية المركزة – Concentrated solar power» وغيرها من الاستخدام غير المباشر للطاقة الشمسية. لكن هل يوجد تطبيقات أخرى لاستخدام الطاقة الشمسية بشكل مباشر؟ ما هي هذه التطبيقات وكيف تستخدم؟

نتعرف في هذا المقال على ثلاثة تطبيقات لاستخدام الطاقة الشمسية بشكل مباشر في حياتنا اليومية.

1- فقاعة التجفيف الشمسية وآلية العمل

«فقاعة التجفيف الشمسية – Solar Bubble Dryer SBD» وهي وسيلة لتجفيف المزروعات والمحاصيل الزراعية مثل الحبوب والتي يجب تجفيفها قبل استخدامها أو نقلها مثل الأرز. تم تطوير هذه الفقاعة بالتعاون بين «المعهد الدولي لبحوث الأرز – International Rice Research Institute» و«جامعة هونهايم – Hohenheim University» و «جراين برو – GrainPro».

الفقاعة الشمسية يمكن نقلها من مكان لآخر ولا تحتاج إلى مصدر خارجي للطاقة لتشغيلها، وتتوفر بأحجام مختلفة، ويمكنها تجفيف 0.5 أو 1 طن من الحبوب في وقت واحد.

كيف تعمل الفقاعة الشمسية؟

يمكن استخدام فقاعة التجفيف الشمسية بطريقتين:

• الطريقة الأولى: من خلال وضع الحبوب داخل أنبوب بلاستيكي طويل يسمح بدخول أشعة الشمس من سطحه إلى داخل الفقاعة، وتحويلها إلى حرارة، وهذا يجعل الهواء داخل الأنبوب أكثر سخونة وجفافاً، مما يساعد الحبوب على فقدان المياه بشكل أسرع. 
• الطريقة الثانية: باستخدام بضعة ألواح شمسية تولد ما يكفي من الكهرباء لتشغيل مروحة صغيرة تمرر الهواء داخل أنبوب يحتوي على الحبوب، وتمتص الماء الناتج عن الحبوب، بالإضافة إلى أداة بسيطة يمكنها خلط الحبوب داخل الأنبوب دون فتحه لتسريع عملية التجفيف.

أهميتها ومقارنتها بطرق التجفيف الأخرى

فقاعة التجفيف الشمسية تعد أفضل من طرق التجفيف التقليدية القديمة، حيث ينشر المزارعون الحبوب على الأرض تحت أشعة الشمس في الهواء. هذا يعرض الحبوب للمطر والحيوانات والحشرات والأتربة والأمور الأخرى التي يمكن أن تفسد الحبوب. أما الفقاعة تمنع تعرض الحبوب لكل هذا بالإضافة إلى عدم تعرض الحبوب للحرارة الزائدة، وهذا ما يمكن أن يحدث عند تعرضها لأشعة الشمس في الطرق التقليدية ويسبب تلفها.

تمنع فقاعة التجفيف إعادة ترطيب الحبوب مرة أخرى عند سقوط المطر أو في الليل عندما تكون الرطوبة عالية، إذ يمكن للحبوب البقاء داخل الأنبوب بأمان حتى تجف تماماَ.

يمكن للفقاعة تجفيف 0.5-1% من الماء الموجود في الحبوب خلال ساعة من النهار، ويعتمد مدى الوقت اللازم لتجفيفها على مقدار الرطوبة فيها وعلى مدى سطوع الشمس. وإذا لم تكن الحبوب رطبة جداً، يمكن أن تجف في يوم مشمس واحد، أما إذا كانت رطبة جداً أو إذا كان الجو غائماً، قد يستغرق الأمر يومين.

وتتفوق الفقاعة الشمسية على الطرق التقليدية الأخرى بكونها أقل سعراً وأسهل في الاستخدام من المجففات الآلية التي تحتاج إلى وقود أو كهرباء لتسخين الهواء وتشغيل المروحة.

2- السيارات الكهربائية الشمسية

تضم السيارة الكهربائية بطارية تستخدم لتخزين الطاقة، تزود هذه البطارية المحرك بالطاقة اللازمة لتحريك السيارة. باستخدام الأنظمة الكهربائية على السيارة يتم شحن البطارية بتيار مستمر من مصدر خارجي.

وقد بدأت مؤخراً بعض الشركات إطلاق سيارات كهربائية شمسية، حيث يتم شحن بطارية السيارة من الألواح الشمسية مباشرة تولد الألواح طاقة تيار مستمر بعد تثبيتها على سطح السيارة العلوي أو أي سطح ظاهر يتعرض لأشعة الشمس فيها.

غالباً ما يتم تفضيل السيارة الكهربائية بسبب انخفاض تكلفة تشغيلها مقارنة بسيارات الوقود، بالإضافة طبعاً إلى العوامل البيئية وكونها صديقة للبيئة.

باستخدم الألواح الشمسية لشحن بطارية السيارة تنخفض تكلفة تشغيل السيارة بنسبة كبيرة، وتعتمد هذه النسبة على إنتاج الألواح الشمسية والمدى الذي تقطعه السيارة.

قد لا تزال هذه السيارات تحت التجربة والاختبار، لكن هناك العديد من الشركات التي تتطلع إلى استخدام هذه التقنية وشركات أخرى تهدف إلى دمج النظام التقليدي بالنظام الشمسي وإصدار سيارات كهربائية هجينة تستمد طاقتها من الأنظمة الشمسية ومن مصدر خارجي.

3- السخانات الشمسية

بدأ استخدام السخانات الشمسية منذ وقت طويل حتى قبل استخدام الأنظمة الشمسية الكهروضوئية، وانتشرت بشكل كبير وذلك بسبب ارتفاع أسعار الألواح الشمسية وقتها.

يتخلص مبدأ عمل السّخانات الشمسية باستخدام الطاقة الشمسية لتسخين المياه للاستخدامات المنزلية، حيث يتم تسخين الماء من خلال الحرارة التي تلتقطها الأنابيب أو المجمع الحراري.

تتكون السخانات الشمسية من جزئين أساسيين وهما المجمع أو الأنابيب والخزان، الأنابيب أو المجمع تعمل على تسخين المياه، وبعد ذلك يتم الاحتفاظ بها في الخزان الذي يكون معزول جيداً منعاً لتسرب الحرارة.

تنقسم أنظمة السخانات الشمسية إلى نوعين: 

1. السخانات الشمسية النشطة
   ينقسم هذا النوع إلى قسمين
   – الأنظمة المباشرة: حيث يتم ضخ المياه المنزلية عبر الخزانات إلى المنزل، وتعمل هذه الأنظمة بشكل فعال في المناطق التي نادرًا ما تنخفض الحرارة فيها إلى درجة التجمد.
   – الأنظمة غير المباشرة: تقوم مضخات بضخ سائل ناقل للحرارة لا يتجمد بين الخزان والأنابيب أو المجمع الحراري. يتم تسخين المياه بواسطة هذا السائل ثم يتم إرسالها إلى المنزل. تكون هذه الأنظمة شائعة في المناطق التي تتعرض لدرجات حرارة تحت الصفر بانتظام.
2. السخانات الشمسية الخاملة

تكون أنظمة تسخين المياه الشمسية الخاملة عادةً أقل تكلفة من الأنظمة النشطة، ولكنها ليست بنفس الكفاءة، لكنها قد تكون أكثر موثوقية وفترة حياتها أطول.

وينقسم هذا النوعين إلى قسمين:

• أنظمة التخزين والتجميع المدمجة والخاملة، وتتكون هذه الأنظمة من خزان مغطى بمادة شفافة تسمح لأشعة الشمس بتسخين المياه التي تتدفق بعد ذلك للمنزل. تعمل هذه الأنظمة بشكل فعال أكثر في المناطق التي نادرًا ما تنخفض الحرارة فيها إلى درجة التجمد، وفي المنازل التي تحتاج إلى كميات كبيرة من المياه الساخنة خلال النهار والليل.
• «أنظمة التيرموسيفون – Thermosyphon systems» يتم تسخين المياه داخل مجمّع الحرارة ثم تتدفق هذه المياه إلى المنزل، ومعظم هذه الأنظمة تحتوي على سعة تخزين تبلغ 40 جالونًا تقريبًا.

خلاصة

تتوفر العديد من الطرق لإنتاج الطاقة من مصادر مختلفة أغلبها متجددة، وبدأ تتجه أنظار العالم لمثل هذه التطبيقات بسبب انعدام انبعاث الغازات الضارة منها وكونها أصبحت متوفر وسهلة الاستخدام.

قد تكون هذه التطبيقات بسيطة أو معقدة لكن مع التطور والتقدم بالزمن من الممكن أن نشهد استخدامها على نطاق أوسع، وتكمن أهمية هذه التطبيقات البسيطة سهولة وصول كافة فئات المجتمع إليها هذا ما سيساهم في تحقيق البصمة الكربونية والتقليل من آثار تغير المناخ.

تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…

نتمنى لكم يوما مشمساً!

المصادر: Rice Knowledge Bank, وزارة الطاقة الأمريكية