الطاقة الشمسية: 10 التطبيقات الرئيسية للطاقة الشمسية - أوضح!

وفيما يلي بعض التطبيقات الرئيسية للطاقة الشمسية: (أ) تسخين المياه بالطاقة الشمسية (ب) التسخين الشمسي للمباني (ج) التقطير الشمسي (د) ضخ الطاقة الشمسية (ه) التجفيف الشمسي للمنتجات الزراعية والحيوانية (و) الأفران الشمسية (ز) الطهي بالطاقة الشمسية (ح) توليد الطاقة الكهربائية بالطاقة الشمسية (ط) إنتاج الطاقة الحرارية الشمسية (ي) البيوت البلاستيكية الشمسية.

(أ) تسخين المياه بالطاقة الشمسية:

تتكون وحدة تسخين المياه بالطاقة الشمسية من جامع معدني مسطّح باللون الأسود مع أنبوب معدني مرتبط يواجه الاتجاه العام للشمس. يحتوي جامع الألواح على غطاء زجاجي شفاف أعلى وطبقة من العزل الحراري تحته.

يتم توصيل الأنابيب المعدنية للمجمع بواسطة أنبوب إلى خزان معزول يخزن الماء الساخن خلال الأيام الغائمة. يمتص المجمع وحدات الإشعاع الشمسي وينقل الحرارة إلى المياه المتداولة عبر الأنبوب إما عن طريق الجاذبية أو بواسطة المضخة.

يتم توفير هذه المياه الساخنة إلى خزان التخزين عن طريق الأنابيب المعدنية المرتبطة بها. يستخدم هذا النظام من تسخين المياه في الفنادق ودور الضيافة والبناغل السياحية والمستشفيات والمقاصف وكذلك الوحدات المنزلية والصناعية.

(ب) التسخين الشمسي للمباني:

يمكن استخدام الطاقة الشمسية لتدفئة المباني من عدة نواحٍ وهي:

(أ) جمع الإشعاع الشمسي بواسطة بعض عناصر المبنى نفسه ، أي أن الطاقة الشمسية تدخل مباشرة إلى المبنى من خلال نوافذ كبيرة تواجه الجنوب.

(ب) استخدام أجهزة تجميع الطاقة الشمسية المنفصلة التي يمكنها تسخين الماء أو الهواء أو أجهزة التخزين التي يمكنها تجميع الطاقة الشمسية المجمعة لاستخدامها في الليل وأثناء الأيام الحرجة.

عندما يتطلب المبنى الحرارة ثم من هذه المجمعات أو أجهزة التخزين ، يتم نقل الحرارة عن طريق المعدات التقليدية مثل المروحة والقنوات ومنافذ الهواء ومشعات وسجلات الهواء الساخن إلخ. لتدفئة المساحات المعيشية للمبنى.

عندما لا يتطلب المبنى حرارة ، يمكن نقل الهواء الساخن أو الماء من المجمع إلى جهاز تخزين الحرارة مثل خزان الماء المعزول جيداً أو أي مادة احتجاز حراري أخرى. بالنسبة للأيام العسيرة ، هناك حاجة إلى نظام تدفئة إضافي يستخدم الغاز أو الزيت أو الكهرباء كنظام احتياطي.

(ج) التقطير الشمسي:

في المناطق القاحلة وشبه القاحلة توجد ندرة مياه الشرب. يمكن استخدام وفرة أشعة الشمس في هذه المناطق لتحويل المياه المالحة إلى ماء مقطر قابل للشرب بواسطة طريقة التقطير الشمسي. في هذه الطريقة ، يتم إدخال الإشعاع الشمسي من خلال غطاء زجاجي شفاف مشدود إلى حوض أسود ضحل يحتوي على مياه مالحة.

يمر الإشعاع الشمسي عبر الأغطية ويتم امتصاصه وتحويله إلى حرارة في السطح المظلل ، مما يتسبب في تبخر الماء من المحلول الملحي (المياه المالحة غير النقية). تتكثف الأبخرة المنتجة لتكوين الماء النقي في الداخل البارد للسقف.

يتدفق الماء المكثف أسفل السقف المنحدر ويتم جمعه في القاع وضع في القاع ومن هناك إلى خزان تخزين المياه لتوفير المياه المقطرة الصالحة للشرب في مناطق الندرة ، في الكليات ، مختبرات العلوم المدرسية ، مختبرات الدفاع ، مضخات البنزين ، المستشفيات والصناعات الدوائية. إن كلفة الماء المقطر المستخدمة في هذا اللتر هي أرخص من الماء المقطر الذي يتم الحصول عليه عن طريق العمليات الأخرى القائمة على الطاقة الكهربائية.

(د) ضخ الطاقة الشمسية:

في ضخ الطاقة الشمسية ، يتم استخدام الطاقة المولدة من الطاقة الشمسية لضخ المياه لأغراض الري. تعتبر الحاجة إلى ضخ المياه أكبر في أشهر الصيف الحارة التي تتزامن مع زيادة الإشعاع الشمسي خلال هذه الفترة ، وبالتالي فإن هذه الطريقة هي الأنسب لغرض الري. خلال فترات الطقس القاسي عندما تكون الإشعاعات الشمسية منخفضة ، فإن الحاجة إلى ضخ المياه تكون أقل نسبياً حيث تكون خسارة النتح من المحاصيل منخفضة أيضاً.

(هـ) التجفيف الشمسي للمنتجات الزراعية والحيوانية:

هذه هي الطريقة التقليدية لاستخدام الطاقة الشمسية لتجفيف المنتجات الزراعية والحيوانية. تجفف المنتجات الزراعية في مجففة خزانة بسيطة تتكون من صندوق معزول في القاعدة ، مطلية باللون الأسود على الجانب الداخلي ومغطاة بزجاج شفاف مائل.

يتم توفير فتحات تهوية في القاعدة والجزء العلوي من الجانبين لتسهيل تدفق الهواء فوق مادة التجفيف التي توضع على صواني مثقبة داخل الخزانة. تم تصميم هذه الصواني أو الحوامل المثقبة بعناية لتوفير التعرض للرقابة على الإشعاعات الشمسية.

يحسن التجفيف بالطاقة الشمسية ، وخاصةً الفواكه ، من جودة الفواكه مع زيادة تركيز السكر على التجفيف. عادة ما تكون الثمار الناعمة معرضة بشكل خاص للهجوم على الحشرات مع زيادة محتوى السكر على التجفيف ولكن في مجفف الفواكه يتم توفير وقت طويل عن طريق التجفيف السريع - مما يقلل من فجوة احتمالات هجوم الحشرات.

الممارسة الحالية لتجفيف الفلفل الحار عن طريق نشرها على الأرض لا تتطلب الكثير من المساحة المفتوحة والعمل اليدوي للتعامل مع المواد ولكن يصبح من الصعب الحفاظ على جودتها وطعمها ما لم يتم التجفيف في جو يخضع للرقابة. وعلاوة على ذلك ، فإن المنتجات التي يجري تجفيفها في الشمس غالباً ما تفسد بسبب الأمطار المفاجئة أو العواصف الترابية أو الطيور. إلى جانب ذلك ، تكشف التقارير أنه من غير الممكن الحصول على محتوى رطوبة منخفض جدًا في الفلفل الحار المجفف بالشمس.

ونتيجة لذلك ، تصبح الفلفل الحار عرضة للهجوم بالفطريات والبكتيريا. في التجفيف الشمسي في بعض الأحيان ، يتم تجفيف المنتج ونفاد جودته. مجفف يعمل بالطاقة الشمسية يساعد على التغلب على معظم هذه العيوب.

ومن المنتجات الزراعية الأخرى التي يتم تجفيفها بالطاقة الشمسية ، رقائق البطاطا ، والحبوب ، وحبوب الذرة ، والبازلاء ، والزنجبيل ، والبازلاء ، والفلفل ، والكاجو ، والأخشاب ، وتجفيف القشرة ، ومعالجة التبغ. تجفيف الرذاذ من الحليب وتجفيف الأسماك هي أمثلة على المنتجات الحيوانية المجففة الشمسية.

(و) الأفران الشمسية:

في فرن شمسي ، يتم الحصول على درجة حرارة عالية من خلال تركيز الإشعاعات الشمسية على عينة باستخدام عدد من المروحيات (مرايا قابلة للانعطاف) مرتبة على سطح مائل. يستخدم الفرن الشمسي لدراسة خصائص السيراميك في درجات حرارة عالية للغاية فوق النطاق القابل للقياس في المختبرات مع النيران والتيارات الكهربائية.

يمكن تحقيق التسخين دون أي تلوث ويمكن التحكم في درجة الحرارة بسهولة عن طريق تغيير موضع المادة محل التركيز. هذا مفيد بشكل خاص للعمليات المعدنية والكيميائية. قياسات الممتلكات المختلفة ممكنة على عينة مفتوحة. أحد التطبيقات المستقبلية الهامة للأفران الشمسية هو إنتاج حامض النيتريك والأسمدة من الهواء.

(ز) الطهي بالطاقة الشمسية:

تستخدم مجموعة متنوعة من الوقود مثل الفحم والكيروسين وغاز الطبخ والحطب وكعك الروث والنفايات الزراعية لأغراض الطبخ. ونظراً لأزمة الطاقة ، فإن إمدادات هذه الأنواع من الوقود تتدهور (الخشب ، الفحم ، الكيروسين ، غاز الطهي) أو هي أغلى من أن تُهدر لأغراض الطبخ (يمكن استخدام روث الأبقار بشكل أفضل كسماد لتحسين خصوبة التربة). هذا استلزم استخدام الطاقة الشمسية لأغراض الطهي وتطوير المواقد الشمسية. طباخ شمسي بسيط هو نوع الطباخ الشمسي ذو اللوحة المسطحة.

وهو يتألف من معدن أو صندوق خشبي معزول بشكل جيد والذي يتم اسودته من الجانب الداخلي. الإشعاعات الشمسية التي تدخل الصندوق هي ذات طول موجي قصير. وبما أن الإشعاعات ذات الطول الموجي غير قادرة على المرور عبر الأغطية الزجاجية ، فإن الحد الأدنى من الإشعاع الصادر عن الداخل الأسود إلى خارج الصندوق من خلال الغطاءين الزجاجين يتم تقليله ، وبالتالي تقليل فقدان الحرارة.

يتم تقليل فقدان الحرارة بسبب الحمل الحراري عن طريق جعل الصندوق محكم الإغلاق. ويتم تحقيق ذلك من خلال توفير شريط مطاطي بين الغطاء العلوي والصندوق لتقليل فقدان الحرارة بسبب التوصيل ، ويتم ملء الفراغ بين العلبة السوداء والغطاء الخارجي للمربع بمواد مهينة مثل الصوف الزجاجي ، الغبار المنشار ، قشر الأرز الخ

عندما توضع أشعة الشمس في أشعة الشمس ، فإنها تخترق الأغطية الزجاجية ويتم امتصاصها بواسطة السطح الأسود مما يؤدي إلى زيادة درجة الحرارة داخل الصندوق. يتم وضع أوعية الطبخ التي يتم تعتيمها من الخارج في الصندوق الشمسي.

يتم طهي الطعام غير المطبوخ مع الطاقة الحرارية الناتجة بسبب زيادة درجة حرارة الصندوق الشمسي. يمكن زيادة مساحة المجمع لمثل هذه الطباخ الشمسي من خلال توفير مرآة عاكس للطائرة. عندما يتم ضبط هذا العاكس لتعكس أشعة الشمس في المربع ، ثم يتم تحقيق ارتفاع 15 درجة مئوية إلى 25 درجة مئوية في درجة الحرارة داخل مربع طباخ.

لا يحتاج الطباخ الشمسي إلى وقود ولا اهتمام أثناء طهي الطعام ، ولا يوجد تلوث أو تفريخ أو تفيض في الغذاء ، والميزة الأكثر أهمية هي أن القيمة الغذائية للطعام المطبوخ عالية جدًا لأن الفيتامينات والأذواق الطبيعية للأطعمة ليست دمرت.

تكلفة صيانة الطباخ الشمسي لا يكاد يذكر. العيب الرئيسي للطباخ الشمسي هو أنه لا يمكن طهي الطعام في الليل أو خلال الأيام الملبدة بالغيوم أو في وقت قصير. يستغرق الطهي وقتًا أكثر نسبيًا ولا يمكن طهي تشاباتي في طباخ شمسي.

(ح) توليد الطاقة الكهربائية بالطاقة الشمسية:

يمكن إنتاج الطاقة الكهربائية أو الكهرباء مباشرة من الطاقة الشمسية عن طريق الخلايا الكهروضوئية. الخلية الكهروضوئية هي جهاز لتحويل الطاقة يستخدم لتحويل فوتونات ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء. وهي مصنوعة من شبه الموصلات التي تمتص الفوتونات المتلقاة من الشمس ، مما يخلق إلكترونات حرة ذات طاقات عالية.

هذه الإلكترونات الخالية من الطاقة عالية هي التي يسببها حقل كهربائي ، لتدفق من أشباه الموصلات للقيام بعمل مفيد. عادة ما يتم توفير هذا المجال الكهربائي في الخلايا الضوئية بواسطة وصلة pn من المواد التي لها خصائص كهربائية مختلفة. هناك تقنيات تصنيع مختلفة لتمكين هذه الخلايا لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة.

يتم ترتيب هذه الخلايا بالتوازي أو تركيبة السلسلة لتشكيل وحدات الخلايا. بعض الميزات الخاصة لهذه الوحدات هي موثوقية عالية ، ولا يوجد أي نفقات على الوقود ، أو الحد الأدنى لتكلفة الصيانة ، أو العمر الطويل ، أو قابلية النقل ، أو النمطية ، أو العمل الخالي من التلوث إلخ.

وقد استخدمت الخلايا الكهروضوئية لتشغيل مضخات الري ، وتحذيرات عبور السكك الحديدية للطرق ، وإشارات الملاحة ، وأنظمة نداء الطوارئ على الطرق السريعة ، ومحطات الأرصاد الجوية الأوتوماتيكية ، وما إلى ذلك ، في المناطق التي يصعب فيها وضع خطوط الكهرباء.

كما أنها تستخدم في مراقبة الطقس وكمصادر طاقة محمولة لأجهزة التلفزيون ، والحاسبات ، والساعات ، وأجهزة قراءة بطاقات الكمبيوتر ، وشحن البطاريات ، والأقمار الصناعية وما إلى ذلك ، تستخدم الخلايا الكهروضوئية لتنشيط مجموعات المضخات للري ، وإمدادات مياه الشرب. لتوفير الكهرباء في المناطق الريفية أي أضواء الشوارع إلخ.

(1) إنتاج الطاقة الحرارية الشمسية:

إنتاج الطاقة الحرارية الشمسية يعني تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء من خلال الطاقة الحرارية. في هذا الإجراء ، يتم استخدام الطاقة الشمسية لأول مرة لتسخين سائل يعمل أو الغاز أو الماء أو أي سائل متطاير آخر. ثم يتم تحويل هذه الطاقة الحرارية إلى توربين طاقة ميكانيكية. وأخيراً ، يقوم مولد تقليدي مقترن بتوربين بتحويل هذه الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.

إنتاج الطاقة من خلال البرك الشمسية:

البركة الشمسية هي عبارة عن جسم طبيعي أو اصطناعي من المياه يستخدم لجمع وامتصاص الإشعاع الشمسي وتخزينه كحرارة. إنه ضحل جداً (5-10 سم) وله قاع يمتص الإشعاع (البلاستيك الأسود). يحتوي على غطاء زجاجي من الألياف المنحنية فوقه للسماح بدخول إشعاعات الشمس ولكنه يقلل من الفاقد بالإشعاع والحمل الحراري (حركة الهواء). يتم تقليل فقدان الحرارة على الأرض من خلال توفير سرير من المواد العازلة تحت البركة.

تستخدم البرك الشمسية المياه لجمع وتخزين الطاقة الشمسية التي تستخدم في العديد من التطبيقات مثل التدفئة الفضائية ، تسخين العمليات الصناعية وتوليد الكهرباء عن طريق قيادة التوربين الذي يعمل عن طريق تبخير السائل العضوي بنقطة غليان منخفضة.

(ي) المنازل التي تعمل بالطاقة الشمسية الخضراء:

البيت الأخضر عبارة عن هيكل مغطى بمواد شفافة (زجاجية أو بلاستيكية) تعمل كمجمع للطاقة الشمسية وتستخدم الطاقة الشمسية المشعة لنمو النباتات. لديها أجهزة التدفئة والتبريد والتهوية للتحكم في درجة الحرارة داخل البيت الأخضر.

يمكن أن تمر الإشعاعات الشمسية عبر الزجاج الأخضر للمنزل ولكن الإشعاعات الحرارية المنبعثة من الأجسام داخل البيت الأخضر لا يمكنها الهروب عبر السطح المزجج. ونتيجة لذلك ، يتم احتجاز الإشعاعات داخل البيت الأخضر وتؤدي إلى زيادة في درجة الحرارة.

بما أن بنية البيت الأخضر لها حدود مغلقة ، فإن الهواء الموجود داخل الدفيئة يزداد بثاني أكسيد الكربون حيث لا يوجد خلط للهواء الدفيئي مع الهواء المحيط. وعلاوة على ذلك ، هناك انخفاض فقدان الرطوبة بسبب النتح المحظور. كل هذه الميزات تساعد على الحفاظ على نمو النبات طوال اليوم وكذلك خلال الليل وعلى مدار السنة.