الطاقة البديلة للطاقة الحالية:

الطاقة البديلة

- تعريـف:

الطاقات المتجددة : هي الطاقات التي نحصل عليها من خلال تيارات الطاقة التي يتكرر وجودها في الطبيعة على نحو تلقائي ودوري، وهي بذلك على عكس الطاقات غير المتجددة الموجودة غالباً في مخزون جامد في الأرض لا يمكن الإفادة منها إلا بعد تدخل الإنسان لإخراجها منه. تتمثل الطاقات المتجددة بالطاقة الشمسية وطاقة الرياح وطاقة المياه وطاقة الكتلة الحيوية. أما الطاقات المتجددة الأخرى، كطاقة الأمواج وطاقة الحرارة الجوفية، فإننا لن نتطرق إليها لاعتقادنا بان استثمارها في المستقبل القريب غير ممكن.
وبغض النظر عن أمكان الحصول على طاقة كهربائية أو حرارية أو ميكانيكية من الطاقات المتجددة و سنكتفي بالمهم وهو توليد الكهرباء بالطاقة الشمسية وسوف نتوسع بالشرح.

النفايات مصدر للطاقة:

النفايات الغير قابلة للتحويل، يمكن أن تساوي حجمها من النفط.
هناك محطة تعمل لتوليد الكهرباء، فهي تستهلك النفايات وتحولها إلى طاقة يمكن قياسها بالفولت والوات.
مجرد فكرة حرق النفايات قد تبدو أشبه بالكارثة البيئية، ولكن النفايات الغير قابلة للتحويل يمكن أن تصنع طاقة تنبعث منها كميات من الغازات أقل من تلك التي تخرج من مداخن الشاحنات التي تنقلها إلى مجمع النفايات.
يمكن اعتبار المهملات الغير قابلة لتحويل مصدر لا ينضب من الطاقة. وليس هذا كل ما في الأمر، بل يمكن اعتبارها مصدر نظيف جدا للطاقة.
أصبح بالإمكان تحويل النفايات العصرية إلى مصدر للطاقة الكهربائية، وإلا فهي تحتاج إلى ثروات كثيرة لتحويلها إلى أشياء أخرى.
وهناك جهاز للتحكم بالتلوث يضمن عدم وصول المواد الصادرة عن حرق النفايات إلى المجال الجوي.
هذا هو الفرن، بعد أن تحرق النفايات وتولد الحرارة للكهرباء، يمر الدخان الناجم عن ذلك عبر مجموعة من الأجهزة الحديثة التي تعترض الغازات قبل تسربها.
بيوت الأكياس، ومصافي الغاز السائلة، وعدد آخر من تكنولوجيا التقليص الكفيلة بسحب عناصر التلوث التي تتجرأ على الوصول إلى المدخنة.
التعامل الجدي مع النفايات يمكن أن يوقف عدد من السفن التي تشحن النفط المستورد في الأحواض الجافة، وهو يطلق من التلوث كمية أقل من تلك التي تصدر عن الشاحنات التي تنقل النفايات.
هكذا يتحول السلب إلى إيجاب، أو ربما تعتبرها عبقرية، مع أنها رغبة في البقاء على قيد الحياة.
سمها كما تشاء، ولكن عندما تشعل الضوء أو الكمبيوتر أو جهاز التكييف، يمكن أن تسمي ذلك تلوث الطاقة الخفيفة، وتنفس للهواء الطلق.

الزجاج لتوفير الطاقة:

قلة منا يعرفون أن الزجاجة، تحول من جديد لتستعمل كعازل لتوفير الطاقة في منازلنا. لنرى كيف يتم ذلك.
هل تساءلت يوما عما يحدث لكميات الزجاج التي يتم تحويلها؟
نستعمل يوميا ثلاثون مليون طن من المستوعبات الزجاجية يذهب ثلثها فقط إلى مراكز التجميع.
أما الباقي فيذهب لسوء الحظ إلى مجمعات النفايات المزدحمة أصلا. ما يعني عشرة ملايين طن من المواد الغير قابلة للتحلل البيولوجي سنويا.
تشجع هذه الأرقام على إتباع خطوات حاسمة لحماية البيئة. وقد أصبح استعمال المنتجات اليومية كما هو حال الزجاج والورق والألمنيوم والبلاستيك عدة مرات مسألة شائعة، ما جعل العديد من المدن تلحق بركاب هذه الجهود الجماعية.
يمكن للزجاج المستعمل على خلاف المواد الأخرى أن يتحول إلى منتجات مفيدة تدوم لسنوات طويلة.
في محطة التحويل هذه العاملة في باكرسفيلد كاليفورنيا، يجري تحويل أربعمائة طن من الزجاج يوميا كاد ينتهي بها الحال بين أكوام النفايات.
يتم غسلها وطحنها وإرسالها إلى شولر العالمية، التي تستعمل كحد أدنى عشرين بالمائة من الزجاج التحويلي في صناعة زجاج المنازل والمباني التجارية.
قد يبدو هذا الأمر حديثا، وهو كذلك فعلا. ففي الماضي كان الزجاج المصنف وحده يعاد إلى المصانع بينما ترسل الزجاجات المتنوعة أو المحطمة إلى النفايات.
يمكن لألياف شولر الزجاجية أن تعالج كل أنواع الزجاج المخلوط، ما يعني أن لا حاجة لتصنيفها حسب الألوان، لتجري بعد ذلك عملية صناعية فعالة من الناحيتين النوعية والاقتصادية.
يمزج حطام الزجاج مع مواد أخرى، ثم يذاب ويعزز بالأنسجة، حتى تصنع منه أنواع من منتجات الألياف الزجاجية العازلة.
تجري أعمال القطع بعد ذلك حسب متطلبات المتعاقدين والمحترفين والبنائين.
أما من ينجز الأعمال بنفسه فيستعمل اللفائف لوضعها تحت السقوف وبين الجدران والمناطق الفارغة الأخرى.
أما المناطق التي يصعب الوصول إليها فتعبأ بألياف منفوخة تصل إلى هناك بمهارة بناء محترف.
حين تأخذ بالاعتبار أن المنازل تستعمل خمس الطاقة المستهلكة في الولايات المتحدة، وأن نصف هذه الطاقة أو ثلاثة أرباعها يستعمل في التدفئة أو التبريد، ستعرف السبب الذي يدفع الأخصائيين للقول بأنه لو تم عزل جميع المنازل التي يتم بنائها حديثا في الولايات المتحدة بشكل محكم، لوفرنا أكثر من ثلاثمائة مليون برميل من النفط سنويا.
ليس من السهل استيعاب أرقام مجردة كهذه، ولكن قد تتضح هذه المسألة على المستوى الفردي إذا عزز المرء من الطبقة العازلة.
من المحتمل أن توفر ما يزيد عن ثلاثين بالمائة من فواتير التدفئة التبريد، بعد استعمال الألياف الزجاجية لعزل جدران المبنى بالشكل المطلوب.
غالبا ما تغطي عمليات العزل مصاريفها خلال سنوات قليلة. ولكن إلى جانب هذه الفوائد المدهشة، هناك ثمار نقطفها على الصعيد البيئي أيضا.
أبرز هذه الثمار هو خفض الطاقة التي نستهلكها لبناء منازل أفضل.

فكلما تمتعت بالفعالية كلما احتجنا لتوليد كمية أقل من الطاقة، وبالتالي تنبعث كمية أقل من أسباب التلوث.

من بين أقل الثمار التي نقطفها بروزا ما نفع البيئة حين نوفر مساحة مجمعات النفايات المستهلكة، بمجرد اعتماد الصناعة التحويلية.

أليس رائعا أن نعرف بأن الزجاجة التي نستعملها اليوم يمكن أن تصلح غدا لصناعة منتجات مفيدة أخرى؟

كثيرا ما يعتبر البعض أن كلمة نفايات تعني ألا قيمة لها. ولكن هذا قد تغير الآن لأن النفايات تستعمل اليوم كوقود، لتوليد الطاقة الكهربائية.

3- أنواع الطاقة الموجودة ووسائل الحصول عليها:

ما هي الطرق لتوليد الطاقة الكهربائية:
إن عملية توليد أو إنتاج الطاقة الكهربائية هي في الحقيقة عملية تحويل الطاقة من شكل إلى آخر حسب مصادر الطاقة المتوفرة في مراكز الطلب على الطاقة الكهربائية وحسب الكميات المطلوبة لهذه الطاقة ، الأمر الذي يحدد أنواع محطات التوليد وكذلك أنواع الاستهلاك وأنواع الوقود ومصادره كلها تؤثر في تحديد نوع المحطة ومكانها وطاقتها
* أنواع محطات التوليد :
نذكر هنا أنواع محطات التوليد المستعملة على صعيد عالمي ونركز على الأنواع المستعملة في بلادنا :
محطات التوليد البخارية .
محطات التوليد النووية.
محطات التوليد المائية.
محطات التوليد من المد والجزر
محطات التوليد ذات الاحتراق الداخلي (ديزل – غازية)
محطات التوليد بواسطة الرياح.
محطات التوليد بالطاقة الشمسية.
..........................

1- طاقة الرياح:




استخدمت طاقة الرياح منذ أقدم العصور في دفع السفن الشراعية وفي إدارة طواحين الهواء التي استُعملت في كثير من البلدان في رفع المياه من الآبار وفي طحن الغلال والحبوب. إلاّ انه نظراً إلى عدم ثبات سرعة الرياح وعدم استمرارها فقد تأخر استخدامها كوسيلة رئيسية من وسائل توليد الطاقة الكهربائية. ويمكن فهم عدم الثبات في القدرة المنتجة منها عندما نعلم إن القدرة الناتجة من حركة الرياح تتناسب مع سرعة هذه الرياح (V-m/s) مرفوعة إلى الأس الثالث (v3) إضافة إلى أن كفاءة تحويل الطاقة تتوقف على سرعة الرياح ومتحرك الرياح الذي يتمتع بكفاءة تصميمية تصل نظرياً إلى 60 في المئة .
تنتج طاقة الرياح بسبب اختلاف درجات تسخين الشمس للجو الناتج من عدم استواء سطح الأرض. إضافة إلى ذلك فان مورد طاقة الرياح متغير كثيراً، سواء من حيث الزمان أو من حيث الموقع. أما التغيير مع الزمن فيحدث خلال فترات تفصل بينها ثوان
(عصفات الريح) أو ساعات (الدورات اليومية) أو شهور (المتغيرات الموسمية).
إضافة إلى ذلك فان هناك مشكلة أساسية في تعيين أفضل الأماكن رياحاً وفي تحديد مورد الريح الذي يمكن الحصول عليه عملياً في منطقة معينة.

2- محطات التوليد من طاقة المد والجزر Tidal Power Stations:




المد والجزر من الظواهر الطبيعية المعروفة عند سكان سواحل البحار. فهم يرون مياه البحر ترتفع في بعض ساعات اليوم وتنخفض في البعض الآخر. وقد لا يعلمون أن هذا الارتفاع ناتج عن جاذبية القمر عندما يكون قريبا من هذه السواحل وان ذلك الانخفاض يحدث عندما يكون القمر بعيدا عن هذه السواحل ، أي عندما يغيب القمر ، علما أن القمر يدور حول الأرض في مدار أهليجي أي بيضاوي الشكل دورة كل شهر هجري ، وأن الأرض تدور حول نفسها كل أربع وعشرين ساعة . فإذا ركزنا الانتباه على مكان معين ، وكان القمر ينيره في الليل ، فهذا معناه أنه قريب من ذلك المكان وان جاذبيته قوية . لذا ترتفع مياه البحر . وبعد مضي أثنى عشرة ساعة من ذلك الوقت ، يكون القمر بالجزء المقابل قطريا ، أي بعيدا عن المكان ذاته بعدا زائدا بطول قطر الكرة الأرضية فيصبح اتجاه جاذبية القمر معاكسة وبالتالي ينخفض مستوى مياه البحر .
وأكثر بلاد العالم شعورا بالمد والجزر هو الطرف الشمالي الغربي من فرنسا حيث يعمل مد وجزر المحيط الأطلسي على سواحل شبه جزيرة برنتانيا إلى ثلاثين مترا وقد أنشئت هناك محطة لتوليد الطاقة الكهربائية بقدرة 400 ميغاواط . حيث توضع توربينات خاصة في مجرى المد فتديرها المياه الصاعدة ثم تعود المياه الهابطة وتديرها مرة أخرى .
ومن الأماكن التي يكثر فيها المد والجزر السواحل الشمالية للخليج العربي في منطقة الكويت حيث يصل أعلى مد إلى ارتفاع 11 مترا ولكن هذه الظاهرة لا تستغل في هذه
المناطق لتوليد الطاقة الكهربائية .

3- محطات التوليد ذات الاحتراق الداخلي Combustion Engines Internal

محطات التوليد ذات الاحتراق الداخلي هي عبارة عن ألآت تستخدم الوقود السائل
(Fuel Oil) حيث يحترق داخل غرف احتراق بعد مزجها بالهواء بنسب معينة ، فتتولد نواتج الاحتراق وهي عبارة عن غازات على ضغط مرتفع تستطيع تحريك المكبس كما في حالة ماكينات الديزل أو تستطيع تدوير التوربينات حركة دورا نية كما في حالة التوربينات الغازية.

أ- توليد الكهرباء بواسطة الديزل Diesel Power Station:


تكبير الصورة معاينة الأبعاد الأصلية.



تستعمل ماكينات الديزل في توليد الكهرباء في أماكن كثيرة في دول الخليج وخاصة في المدن الصغيرة والقرى . وهي تمتاز بسرعة التشغيل وسرعة الإيقاف ولكنها تحتاج إلى كمية مرتفعة من الوقود نسبيا وبالتالي فان كلفة الطاقة المنتجة منها تتوقف على أسعار الوقود. ومن ناحية أخرى لا يوجد منها وحدات ذات قدرات كبيرة . (3 ميغاواط فقط).
وهذا المولدات سهلة التركيب وتستعمل كثيرة في حالات الطوارئ أو أثناء فترة ذروة الحمل .
وفي هذه الحالة يعمل عادة عدد كبير من هذه المولدات بالتوازي لسد احتياجات مراكز الاستهلاك.

ب- توليد الكهرباء بالتوربينات الغازية Gas Turbine :


تعتبر محطات توليد الكهرباء العاملة بالتوربينات الغازية حديثة العهد نسبيا ويعتبر الشرق الأوسط من أكثر البلدان استعمالا لها . وهي ذات سعات وأحجام مختلفة من 1 ميغاواط إلى 250ميغاواط ، تستعمل عادة أثناء ذروة الحمل في البلدان التي يوجد فيها محطات توليد بخارية أو مائية ، علما أن فترة إقلاعها وإيقافها تتراوح بين دقيقتين وعشرة دقائق.
وفي معظم الشرق الأوسط ، وخاصة في المملكة العربية السعودية ، فتستعمل التوربينات الغازية لتوليد الطاقة طوال اليوم بما فيه فترة الذروة . ونجد اليوم في الأسواق وحدات متنقلة من هذه المولدات لحالات الطوارئ مختلفة الأحجام والقدرات .
تمتاز هذه المولدات ببساطتها ورخص ثمنها نسبيا وسرعة تركيبها وسهولة صيانتها وهي لا تحتاج إلى مياه كثيرة للتبريد . كما تمتاز بإمكانية استعمال العديد من أنواع الوقود
( البترول الخام النقي – الغاز الطبيعي – الغاز الثقيل وغيرها ... ) وتمتاز كذلك بسرعة التشغيل وسرعة الإيقاف .
وأما سيئاتها فهي ضعف المردود الذي يتراوح بين 15 و 25 % كما أن عمرها الزمني قصير نسبيا وتستهلك كمية ا ك.




-محطات التوليد المائية: Hydraulic Power Stations:




تكبير الصورة معاينة الأبعاد الأصلية.



حيث توجد المياه في أماكن مرتفعة كالبحيرات ومجاري الأنهار يمكن التفكير بتوليد الطاقة، خاصة إذا كانت طبيعة الأرض التي تهطل فيها الأمطار أو تجري فيها الأنهار جبلية ومرتفعة. ففي هذه الحالات يمكن توليد الكهرباء من مساقط المياه . أما إذا كانت مجاري الأنهار ذات انحدار خفيف فيقتضي عمل سدود في الأماكن المناسبة من مجرى النهر لتخزين المياه. تنشا محطات التوليد عادة بالقرب من هذه السدود كما هو الحال في مجرى نهر النيل. وقد بني السد العالي وبنيت معه محطة توليد كهرباء بلغت قدرتها المركبة 1800 ميغاواط . وعلى نهر الفرات في شمال سوريا بني سد ومحطة توليد كهرباء بلغت قدرتها المركبة 800 ميغاواط ،.
إذا كان مجرى النهر منحدرا انحدار كبيرا فيمكن عمل تحويلة في مجرى النهر باتجاه أحد الوديان المجاورة وعمل شلال اصطناعي . هذا بالإضافة إلى الشلالات الطبيعية التي تستخدم مباشرة لتوليد الكهرباء كما هو حاصل في شلالات نياغرا بين كندا والولايات المتحدة . وبصورة عامة أن أية كمية من المياه موجودة على ارتفاع معين تحتوي على طاقة كامنة في موقعها . فإذا هبطت كمية المياه إلى ارتفاع أدنى تحولت الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية . وإذا سلطت كمية المياه على توربينة مائية دارت بسرعة كبيرة وتكونت على محور التوربينة طاقة ميكانيكية . وإذا ربطت التوربينة مع محور المولد الكهربائي تولد على أطراف العضو الثابت من المولد طاقة كهربائية .

5-محطات التوليد البخارية:


تكبير الصورة معاينة الأبعاد الأصلية.



تعتبر محطات التوليد البخارية محولا للطاقة (Energy Converter)
وتستعمل هذه المحطات أنواع مختلفة من الوقود حسب الأنواع المتوفرة مثل الفحم الحجري أو البترول السائل أو الغاز الطبيعي أو الصناعي .
تمتاز المحطات البخارية بكبر حجمها ورخص تكاليفها بالنسبة لإمكانياتها الضخمة كما تمتاز بإمكانية استعمالها لتحلية المياه المالحة الأمر الذي يجعلها ثنائية الإنتاج خاصة في البلاد التي تقل فيها مصادر المياه العذبة.

- اختيار مواقع المحطات البخارية:Site Selection of Steam Power Station

تتحكم في اختيار المواقع المناسبة لمحطات التوليد الحرارية عدة عوامل مؤثرة نذكر منها:
ما يلي :
- القرب من مصادر الوقود وسهولة نقله إلى هذه المواقع وتوفر وسائل النقل الاقتصادية.
- القرب من مصادر مياه التبريد لأن المكثف يحتاج إلى كميات كبير من مياه التبريد. لذلك تبنى هذه المحطات عادة على شواطئ البحار أو بالقرب من مجاري الأنهار.
- القرب من مراكز استهلاك الطاقة الكهربائية لتوفير تكاليف إنشاء خطوط النقل . مراكز الاستهلاك هي عادة المدن والمناطق السكنية والمجمعات التجارية والصناعية.
وتعتمد محطات التوليد البخارية على استعمال نوع الوقود المتوفر وحرقه في أفران خاصة لتحويل الطاقة الكيميائية في الوقود إلى طاقة حرارية في اللهب الناتج من عملية الاحتراق ثم استعمال الطاقة الحرارية في تسخين المياه في مراجل خاصة (BOILERS) وتحويلها إلى بخار في درجة حرارة وضغط معين ثم تسليط هذا البخار على عنفات أو توربينات بخارية صممت لهذه الغاية فيقوم البخار السريع بتدوير محور التوربينات وبذلك تتحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية على محور هذه التوربينات . يربط محور المولد الكهربائي ربطا مباشرا مع محور التوربينات البخارية فيدور محور المولد الكهربائي
(AL TERNATOR) بنفس السرعة وباستغلال خاصة المغناطيسية الدوارة (ROTOR) من المولد والجزء الثابت (STATOR) منه تتولد على طرفي الجزء الثابت من المولد الطاقة الكهربائية اللازمة. والرسم التمثيلي رقم يبين مسلسل تحويل الطاقة من أول حرق الوقود حتى إنتاج الطاقة الكهربائية.
لا يوجد فوارق أساسية بين محطات التوليد البخارية التي تستعمل أنواع الوقود المختلفة إلا من حيث طرق نقل وتخزين وتداول وحرق الوقود. وقد كان استعمال الفحم الحجري شائعا في أواخر القرن الماضي وأوائل هذا القرن ، إلا أن اكتشاف واستخراج البترول ومنتوجاته أحدث تغييرا جذريا في محطات التوليد الحرارية حيث أصبح يستعمل بنسبة تسعين بالمئة لسهولة نقله وتخزينه وحرقة إن كان بصورة وقود سائل أو غازي.

6-محطات التوليد النووية : :Nuclear Power Station


محطات التوليد النووية نوعا من محطات التوليد الحرارية لأنها تعمل بنفس المبدأ وهو توليد البخار بالحرارة وبالتالي يعمل البخار على تدوير التوربينات التي بدورها تدور الجزء الدوار من المولد الكهربائي وتتولد الطاقة الكهربائية على أطراف الجزء الثابت من هذا المولد .
والفرق في محطات التوليد النووية أنه بدل الفرن الذي يحترق فيه الوقود يوجد هنا مفاعل ذري تتولد في الحرارة نتيجة انشطار ذرات اليورانيوم بضربات الإلكترونات المتحركة في الطبقة الخارجية للذرة وتستغل هذه الطاقة الحرارية الهائلة في غليان المياه في المراجل وتحويلها إلى بخار ذي ضغط عال ودرجة مرتفعة جدا. تحتوي محطة التوليد النووية على الفرن الذري الذي يحتاج إلى جدار عازل وواق من الإشعاع الذري وهو يتكون من طبقة من الآجر الناري وطبقة من المياه وطبقة من الحديد الصلب ثم طبقة من الأسمنت تصل إلى سمك مترين وذلك لحماية العاملين في المحطة والبيئة المحيطة من التلوث بالإشعاعات الذرية.
أن أول محطة توليد حرارية نووية في العالم نفذت في عام 1954 وكانت في الاتحاد السوفيتي بطاقة 5 ميغاواط
ومحطات التوليد النووية غير مستعملة في البلاد العربية حتى الآن.
ولكن محطات التوليد الحرارية البخارية مستعملة بصورة كثيفة على البحر الأحمر والبحر الأبيض المتوسط والخليج العربي في توليد الكهرباء ولتحلية المياه المالحة.

.................................................. .................................................. ..

7- الطاقة الشمسية:

لماذا الطاقة الشمسية :

يبحث الإنسان دوماً عن مصادر جديدة للطاقة لتغطية احتياجاته المتزايدة في تطبيقات الحياة المتطورة التي نعيش، ويعيب الكثير من مصادر الطاقة نضوبها وتكلفة استغلالها المرتفعة والتأثير السلبي لاستخدامها على البيئة، وقد تنبّه الإنسان في العصر الحديث إلى إمكانية الاستفادة من حرارة أشعة أمّنا الشمس والتي تتصف بأنها طاقة متجددة ودائمة لا تنضب، وأدرك جلياً الخطر الكبير الذي يسببه استخدام مصادر الطاقة الأخرى والشائعة (وخاصةً النفط والغاز الطبيعي) في تلوّث البيئة وتدميرها، مما. يجعل الطاقة الشمسية الخيار الأفضل على الإطلاق. ولهذا أضحت الطاقة الشمسية في عصرنا الحالي دخلاً قومياً لبعض البلدان حتى أنه في دول الخليج العربي والتي تعتبر من أكثر بلاد العالم غنىً بالنفط، تستخدم الطاقة الشمسية بشكل رئيسي وفعّال
وقد استخدمت الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء في تطبيقات عديدة منها محطات توليد الكهرباء وتحلية المياه، وتشغيل إشارات المرور وإنارة الشوارع، وتشغيل بعض الأجهزة الكهربائية مثل الساعات. والآلات الحاسبة، وتشغيل الأقمار الاصطناعية والمركبات والمحطات الفضائية، ومؤخراً رأينا على التلفاز سيارة تسير بالطاقة الشمسية تصل سرعتها إلى 60 ميل (96 كم) في الساعة.

وظهرت أهمية الطاقة الشمسية مجدداً كعامل مهم في الاقتصاد العالمي وفي الحفاظ على البيئة مع استخدام السخانات الشمسية في معظم دول العالم وحتى الغنية منها لتسخين المياه لمختلف الأغراض، وقد زاد في أهميتها نجاحها في التطبيقات العملية وسهولة تركيبها وتشغيلها وتعد المملكة الأردنية الهاشمية الدولة الأولى في منطقة الشرق الأوسط في تفعيل استخدام الطاقة الشمسية وتصنيع وإنتاج وتطوير السخانات الشمسية، والتي تصل نسبة استخدامها إلى 40% من مجموع البيوت السكنية، ويركب فيها سنوياً ما يقارب من 15.000 جهاز طبقاً للإحصاءات الرسمية، هذا بالإضافة إلى استخدامها في المستشفيات والمدارس والفنادق وتدفئة برك السباحة، وفي العديد من التطبيقات الصناعية والخدمية والزراعية، حيث يتم تركيب السخان الشمسي والذي يتناسب مع جميع التطبيقات على اختلاف أحجامها كنظام مستقل ودائم أو كنظام مساعد لأنظمة التدفئة المركزية وأنظمة تسخين المياه.
إن النجاح في استخدام الطاقة الشمسية يعتمد على العديد من العوامل المتكاملة، نذكر منها:
-1الموقع الجغرافي (قوة الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة وسرعة الرياح).
-2ملائمة النظام الشمسي مع حجم التطبيق.
- 3نوعية المنتج (النظام الشمسي).
- 4التقنية المستخدمة في تصنيع المنتج (النظام الشمسي).
-5جودة وكفاءة المكونات المستخدمة.

1-منشأ الشمس:

لقد تكونت الشمس من جراء تكاثف سحاب بين النجوم وذلك تحت تأثير الجاذبية . ويتكون هذا السحاب أساسا من الهيدروجين H2 والهليوم He والكربون C و الآزوت N وعناصر أخرى تقل كثافته عن 10000/10 0
وتتحول طاقة الجاذبية في هذا السحاب إلى طاقة حرارية وعندما تصبح كثافة السحاب هامة ترتفع درجة الحرارة في مركز هذا الكوكب البدائي ( الكوكب الذي هو في طور الإنشاء ) حيث تصل إلى عشرة ملايين درجة خلال 10000000 سنة. وتبدأ تفاعلات الاندماج النووي التي تحول الهيدروجينH2 إلى هليومHe. ويعاد الضغط حينئذ قوة الجاذبية فيبرز الكوكب للوجود و تحصل حالة توازن يمكن أن تستمر 10000 مليون سنة وهذا هو الوضع الحالي للشمس التي هي في منتصف العمر.
2- معلومات حول الشمس :

الشمس هي كرة غازية يبلغ قطرها [1.391.000 km ]
وتفصلها عن الأرض مسافة يبلغ معدلها [ 149.598.00 km ]
و بما أن المدار الأرضي شبه دائري (انحرافه المركزي ضئيل لا يتجاوز 0,0.1675 ) لذا فإن المسافة بين الشمس والأرض لا تتغير إلا قليلا خلال السنة %±1,.65 وتبلغ حدها الأدنى في أوائل شباط وحدها الأقصى و في أوائل تموز مما يؤدي إلى تغير القطر الزاوي مما يودي إلى تغير يسير في شدة الإضاءة المرسلة من الشمس و هذا التغير لا يتجاوز 4% وبشكل عام يمكن اعتبار الشمس كجسم أسود مشع درجة حرارته [5800K]
الشمس باعتبارها جسم أسود :
عندما يرسل جزء من سطح مضى ds تدفقاd¢ في وحدة الزمن فإن النسبة M تسمى الانبعاث الطاقي : M=d¢/ds (watt/m)
و يمثل الشكل وضعية الأرض بالنسبة للشمس


تكبير الصورة معاينة الأبعاد الأصلية.


و تتركب طبقات الجو شكليا من أربع طبقات كما في الشكل


تكبير الصورة معاينة الأبعاد الأصلية.


موقع الأرض من الشمس :

كما هو معروف إن احد مصادر الطاقة المهمة للأرض هي الطاقة الشمسية و نري أن الشمس تصب كمية هائلة من ضوئها علي الفضاء المحيط بها وبما أن كوكب الأرض يدور حول الشمس في مدار محدد قدره مدبر هذا الكون سبحانه وتعالي.
نجد أن هناك كميات متفاوتة من هذه الطاقة تحط علي سطح الأرض يوميا تحدد هذه الكميات بموقع الأرض من الشمس أو بالفصول أربعة للسنة الشكل 1 يوضح موقع الأرض من الشمس في الفصول الأربعة للسنة.


تكبير الصورة معاينة الأبعاد الأصلية.



كما هوا واضح من الشكل السابق نجد أن الدول التي تقع على خط الاستواء هي الدول التي تتمتع بفصل واحد تقريبا طوال السنة وهوا فصل الصيف أي بمعني أخر تسلط أشعة الشمس علي هذه الدول طوال السنة ومن ثم تتمتع الدول القريبة من خط الاستواء بهذا الطقس وعادة يصعب على سكان هذه المناطق الإحساس بالفصول الأخرى.
علما بان المناطق الشمالية و أيضا الجنوبية لخط الاستواء و القريبة لأقطاب الأرض تكون محسوسة الفصول أي أن سكان هذه المناطق يدركون الفصول الأربعة للسنة.
المقصود بهذه المقدمة هو تحديد أماكن كثافة الطاقة الشمسية على كوكب الأرض خلال دورانه حول الشمس فنجد إن الدول العربية تحضي بقدر كبير من هذه الطاقة يوميا.

كمّية الإشعاعات الشمسية التي تصل سطح الأرض تتفاوت بسبب تغيير الظروف الجوية والموقع المتغير للأرض بالنسبة للشمس، خلال اليوم الواحد وطوال السنة. الغيوم هي أحد العوامل الجوية الرئيسية التي تقرّر كمّية الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى الأرض و بالتّالي تتلقى المناطق ذو المناخ الغائم إشعاعات شمسية أقل من المناطق التي يكون مناخها صحراويا.

عموما اكبر كمية إشعاع شمسي تستلم بواسطة الأرض تكون في فترة الظهيرة عندما يكون ضوء الشمس عامودي على سطح الأرض بخلاف وقتي الشروق و الغروب فهما يستقبلان اقل كمية من الإشعاع طوال فترة النهار لكل يوم.
بالتّالي نتيجة سقوط إشعاع الشمس عموديا علي سطح الأرض خلال فترة الظهيرة نجد أن المفاقيد في الإشعاع تكون صغيرة جدا هذه المفاقيد عبارة عن امتصاص السحب للإشعاعات الشمسية أو تبعثر الإشعاعات في الفضاء بواسطة انعكاساتها عن طريق الرماد البركاني المحمول جوا أو الأدخنة المحمولة جوا نتيجة حرق الغابات و غيرها من ملوثات البيئة بهذا تصل إشعاعات شمسية أكثر سطح الأرض في منتصف اليوم.






تتكون مجموع الإشعاعات التي ترتطم بسطح الخلية الضوئية في الوضع الأفقي أو بمساحة معينة علي سطح الأرض كما هوا موضح في الشكل التالي من ثلاثة أجزاء أساسية وهي:

1. الحزمة الضوئية المباشرة(Direct Beam Radiation)

2. الحزمة الضوئية المبعثرة (Diffuse Radiation ) .

3. الحزمة الضوئية المعكوسة (Albedo Radiation).


تكبير الصورة معاينة الأبعاد الأصلية.