توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية الحرارية

يعد توليد الكهرباء من الطاقة الحرارية الشمسية طريقة متجددة ومستدامة تسخر حرارة الشمس لإنتاج الطاقة الكهربائية. في هذا المقال ، سوف نستكشف عملية توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية الحرارية ، بما في ذلك المكونات المختلفة لمحطة الطاقة الحرارية الشمسية ، والأنواع المختلفة للأنظمة الحرارية الشمسية ، وفوائد هذه التقنية وقيودها. سنناقش أيضًا تخزين الطاقة الحرارية وكيف يمكن استخدامه للتغلب على الطبيعة المتقطعة للطاقة الشمسية.

تعريف

الطاقة الشمسية هي طاقة متجددة مصدرها الوحيد أشعة الشمس، يتم تحويلها إلى طاقة كهربائية مركزة (concentrated) وايضا تسمى طاقة حرارية، و تعتبر هذه الطاقة من أنظف أنواع الطاقات المتجددة وأوفرها، ولها استخدامات متعددة أساسها توليد الكهرباء لتسخين خزانات المياه وتحلية مياه البحار من الأملاح، ونذكر بأن الولايات المتحدة من اكثر واغنى دول العالم التي تقوم بإنتاج و توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية الحرارية.

فوائد الطاقة الشمسية الحرارية

• تعد الطاقة الحرارية الشمسية Solar thermal energy (STE) من أهم المصادر الطبيعيّة والمستدامة، حيث باستغلال هذه ﺍﻟﻄﺎﻗﺔ الناتجة عن الاشعاع الشمسي نستطيع استغلالها كأحد البدائل الطبيعيّة لتوليد طاقة كهربائيه نظيفة، ومن ثم يمكن الاستغناء عن شركات الكهرباء وايضا التوقف عن دفع الفواتير الكهربائية المُرهقة لميزانيك الشهرية.

•  تعتبر أنظمة التبريد والتسخين من الاستخدامات المهمة التي يمكن استغلالها لهذه الطاقة الحرارية، وهذا يوفر الماء الساخن طوال الوقت، وذلك بواسطة وضع الألواح أو المرايا الشمسية فوق سطح المباني والمنازل بالأيام المُشمسة أو في أي محطة تعمل على تحويل ضوء الشمس إلى مكونات وعنصر حراري كافي لتركيزه وجعله من مصادر الطاقة النظيفة، وجعله أيضا مصدراً لتشغيل الطاقة اللازمة في حياتنا اليومية.

•  تمنع ايضا حدوث التلوث المنبعث من استخدام المولدات الصناعية التقليدية.

• تستخدم لتعقيم الماء وتجعله صالحاً للشرب والاستهلاك البشري والزراعي.

• والأفضل من هذا أنها تستمر في تخزين طاقه حرارية لمدة أطول وبكفاءة بعد غروب الشمس.

سلبيات الطاقة الشمسية الحرارية

 يوجد سلبيات للطاقة الشمسية الحرارية نذكر منها ما يلي:

• يجب الحرص على تنظيفها بشكلٍ دوري ومستمر، لضمان الاستفادة منها، ممّا يجعلها عبئاً على الأشخاص الذين يستخدمونها، بسبب استمرار تراكم الغبار والأوساخ عليها نظرا لوجودها بالمناطق المكشوفة.

•  لا يمكن استغلالها في المناطق التي تتعرّض لتساقطٍات أمطار كبيرة.

•  يجدر التنبيه إلى أنّ تكلفة إنشاء مشروع  الطاقة الشمسية الحرارية مثل وضع الألواح و السخانات الشمسية وأنظمة التكييف والتبريد وغيرها تعتبر مرتفعةً نوعاً ما، إلا أنّها تبقى لفترةٍ طويلة جداً تصلّ إلى سنوات عديدة، تزيد في بعض الحالات عن خمسٍ وعشرين سنة.

انواع توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية ؟

يتم توليد الكهرباء عن طريق الأشعة الشمسية بطريقتين أساسيتين، وهما كالآتي:

الطاقة الحرارية

من الجدير بالذكر أنه تنتشر في الأسواق تقنية جديدة تولد الطاقة الحرارية وهي  استغلال حرارة أشعة الشمس في تسخين غاز الهيليوم أو الصوديوم السائل او غاز الهيدروجين لتكوين غاز مضغوط أو بخار وهي تقنية تقليدية تستخدم فيها  مرايا عاكسة لتركيز اشعة الشمس على نقطه محددة في برج كبير بداخله سوائل، لتكوين البخار الذي يشغل التوربينات البخارية ومن ثم توليد كهرباء نظيف.. 

الطاقة الضوئية

وهي  التي استخدمت منذ 3 عقود، تعتمد على وجود الخلايا الكهروضوئية المتكونه من طبقات رقيقة من السيليكون و باستخدام مواد أخرى في تركيبة الأنظمة الخاصة بها، وهي أشباه موصلات مربعة الشكل تنتج الطاقة عند وصول اشعة الشمس لها، وعندها تبدأ تفاعلات كيميائية في داخل الخلية بإطلاق إلكترون يولد تياراً كهربائياً الذي يمكن أن يمد بناءاً كاملا بالكهرباء. 

كيفية توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية الحرارية ؟

الجهاز أو النظام عبارة عن خزان كبير يحوي ملح مصهور حيث أن الملح لديه القدرة على تحمل درجات حراره عالية جداً وبالإضافة لقدرته الكبيرة على امتصاص الحرارة.

 يتم تثبيت جهاز (Heliostat) على أحد القمم والذي يقوم بتركيز اشعة الشمس مباشرة على الملح داخل الخزان عبر فتحة صغيرة فيه ثم يتم توزيع الحرارة بكامل مساحة الخزان بسبب تحمل الملح المصهور للحرارة، وأثناء توليد الطاقة يتم دفع الملح الساخن من أعلى الخزان ويتم تمريره عبر مولد بخار، بينما الملح البارد والمنصهر فإنه يرجع إلى أسفل الخزان. 

تخزين الطاقة الشمسية

هناك ثلاثة أنواع رئيسية لتخزين الطاقة الحرارية الشمسية:

• تخزين الحرارة المعقول.
• تخزين الحرارة الكامنة.
• التخزين الكيميائي الحراري.

يمكن تخزين الطاقة الحرارية باستخدام مواد مختلفة مثل الملح المصهور والخرسانة والماء وغيرها. الملح المصهور هو وسيلة التخزين الأكثر استخدامًا في محطات الطاقة الحرارية الشمسية. تتميز بسعة حرارية عالية ويمكن تسخينها إلى درجات حرارة عالية جدًا دون أن تتحلل. عند الحاجة ، يمكن نقل الحرارة المخزنة في الملح المصهور إلى مبادل حراري لتوليد البخار ومن ثم الكهرباء.

مستقبل الطاقة الشمسية الحرارية 

توسعت محطات إنتاج الكهرباء في أبحاثها ودراسة تقنيات التكنولوجيا الجديدة حتى باتت تسمى محطات الطاقة الشمسية الحرارية، نظرا لتكلفتها المنخفضة وسهولة إنتاج الطاقة المركزة عبرها، ومن المتوقع أن يتم الإعتماد على مثل هذه المحطات وأن تكون الأكثر انتشارا والتي ستعمل على تزويد مدن بأكملها بالطاقة الكهربائية النظيفة وبقوة إنتاجية كبيرة تصل إلى 280 غيغاواط، وهذه تعتبر نقطة تحول كبيرة لإنتاج  ﺍﻟﻁﺎﻗﺔ الكهربائيه بشكل أكبر وأوفر.

خلاصة: في الختام ، الطاقة الحرارية الشمسية هي طريقة متجددة ومستدامة لتوليد الكهرباء عن طريق تسخير حرارة الشمس. يقدم العديد من الفوائد مثل كونه مصدرًا طبيعيا ونظيفا للطاقة ، وتوفير الماء الساخن ، ومنع التلوث ، وتعقيم المياه.