اذهب الي المحتوي
منتديات ياللا يا شباب
عاشق الصداقه

الطاقة الشمسية Solar Energy

Recommended Posts

الطاقة الشمسية طاقة لا تنضب بسبب استمرار تجددها ما دام هذا الكون، وهي طاقة مأمونة المصدر لا يمكن احتكارها والسيطرة عليها، وهي طاقة نظيفة صيقة للبيئة، تقوم الأرض والغلاف الجوي بامتصاص الطاقة الشمسية، حيث يتم توزيع تيارات الهواء، وأمواج المحيطات على سطح الأرض كلها.

 

solar-energy-taqat.jpg


وتعمل الطاقة الشمسية كمحرك لتبخير المياه لإمدادنا بمياه الأمطار النظيفة العذبة، ويستفيد النبات منها في عملية التمثيل الضوئي التي تجري طبيعياً في الأوراق الخضراء للنبات حيث تقوم مادة الكلوروفيل بامتصاص غاز ثاني أوكسيد الكربون من الجو، والطاقة الشمسية هي التي تحفز هذا التفاعل لتساعد النبات على النمو.
وقد استفاد الإنسان من الطاقة الشمسية المباشرة في أغراض عديدة منذ قديم الزمان مثل، الطهي وتدفئة المنازل في المناخ البارد، وقد قدمت الشمس الدعم المستمر للمجتمعات وكانت عاملاً هاماً ومؤثراً في تطور الحياة البشرية، حيث ساعدت على نقل الإنسان من الحياة في تجمعات صغيرة إلى الحياة على ضفاف الأنهار التي تغمرها الأشعة الشمسية، حيث استخدم الإنسان هذه الأنهار في الانتقالات، فقام باستغلال طاقة الرياح أحد صور الطافة الشمسية، في تسيير المراكب الشراعية، والتنقل بها لاكتشاف القارات البعيدة وربط الحضارات من خلال التجارة والثقافة.
وفي عملية حرق الأخشاب، فإن الطاقة الشمسية تستخدم لتحويل الماء إلى بخار يستخدم في تسيير المواصلات وفي الصناعة وفي توفير الحرارة للمنازل، وهو مثال آخر لتطبيقات الطاقة الشمسية، وبالرغم من أن الاستخدام الواسع للفحم، بدأ في النصف الثاني من القرن الـ 18 وأن اكتشاف البترول تم في القرن الـ 18 إلا أن الخشب كان عصب الطاقة الأولية المستخدم في جميع الحضارات حتى بداية القرن العشرين ، وقد تحولت المجتمعات البشرية في القرن الأخير إلى استخدام الوقود الحفري لتلبية احتياجات الطاقة الأولية، وليست أنواع الوقود الحفري كالبترول والفحم إلا بقايا من المواد العضوية التي تراكمت منذ ملايين السنين تحت الصخور وتحولت بفعل حرارة الطاقة الشمسية والضغط في باطن الأرض إلى أنواعها ومركباتها الحالية ، غير مدركين أنه بمرور الوقت فإن الطاقة الشمسية الموجودة في الغاز والبترول والفحم عبارة عن طاقة شمسية مختزنة في أنسجتها الحية (biomass) والتي لم تأخذ الفرصة في التحلل فتم تخزينها وضغطها لتتحول إلى وقود حفري منذ 500 مليون عام . وقد أدى رخص ثمن الفحم في مناجم الفحم والاكتشافات المتتالية لمصادر البترول والغاز إلى ترك واهمال الطاقة الشمسية وعدم الاستفادة منها في تحقيق فوائد بيئية مثل إضاءة المنازل وتدفئتها، وبالرغم من أن تشخين المياه بالطاقة الشمسية قد استفيد منه تجارياً على ناطق واسع في بعض المناطق في بداية القرن العشرين إلا أنه تم استبدالها بالغاز والكهرباء الرخيصة الثمن، أي انه قد تم إخلال الاستخدامات المباشرة للطاقة الشمسية باستخدامات غير مباشرة عن طريق الطاقة الشمسية المختزلة.
ما زالت الطاقة الشمسية تمد العالم كله (وهناك مصادر للطاقة غير الشمسية وهي الطاقة النووية وتساهم بـ 6,8 % ، وطاقة حرارة باطن الأرض تساهم بـ 0,112 % في الطاقة الأولية العاملية حتى عام 2000).
تتعرض مصادر الوقود الحفري إلى الاستنزاف المستمر، وبالرغم من ان تاريخ استخدام البترول والغاز يمكن أن يستمر إلى بداية النصف الأول من هذا القرن، إلا أن الحاجة إلى التحول إلى بدائل مستمرة أصبح ضرورة قصوى وذلك قبل نفاد مصادر الطاقة المختزنة ، ويجب أن تبدأ البشرية خطوات تجاه هذا التحول وبطريقة جادة . ونستطيع أن نقول إن هناك حلولاً جاهزة لذلك، وهي مصادر الطاقة المتجددة والتي تتميز بعدة مميزات، منها أنها غير ملوثة، ولا تنضب، وتتفق تماماً مع النظام البيئية، وتساعد على توفير فرص العمل، وتتيح الفرصة صناعات جديدة وتوفر حجم الانفاق على الوقود الحفري ، وتساعد على النهوض باقتصاد الأمم، وهي متوافرة للدول المتقدمة والنامية، ولا يمكن أن تستخدم في صنع الأسلحة.
لقد اعتمدنا على الطاقة الشمسية المخزونة في الوقود الحفري على مدى الـ 100 عام الأخيرة وما زال العالم كله يعتمد عليها حتى الآن.
إن الهدف من هذا الكتاب هو توضيح أهمية التحول من الاعتماد على الوقود الحفري الذي استمر لفترة قصيرة من تاريخ البشرية إلى الاعتماد على الطاقة المتجددة التي لا تنضب وذلك لما تبقى من تاريخ البشرية الذي لم يكتب بعد.

تسخين المياه والتدفئة  بالطاقة الشمسية
تكنولوجيا تسخين المياه بالطاقة الشمسية ليست تكنولوجيا جديدة، و بالرغم من كثر استخدامها حالياً في أوروبا و إسرائيل و الصين، إلا أنها ما زالت أقل كثيراً مما يجب أن تكون  . سخانات المياه الكهربائية أو التي تعمل بالغاز مناسبة و تكنولوجيتها هينة، إلا أن استخدام وقود أحفوري ذي جودة مرتفعة أو استخدام الطاقة الكهربائية  يضرب بعرض الحائط أبسط قوانين الديناميكا الحرارية حيث تتحول الحرارة الكامنة في هذه المصادر إلى فاقد كان يمكن استخدامه بطريقة اقتصادية أفضل.
و بالرغم من أن تسخين المياه في المنازل لا يخلق فرص عمل جديدة و لا يوفر طاقة لتشغيل المصانع ، إلا أن الوقود الحفري المستخدم في تسخين المياه كان يمكنه ذلك بكل تأكيد ، و مع التوقعات الحالية بنقص إنتاج الكهرباء من المحطات الحرارية فإن مستخدم الكهرباء في تسخين المياه يمثل تبذيراً كبيراً في استهلاك الغاز الطبيعي ، لأن ذلك يعني استهلاك ضعف كمية الغاز الطبيعي اللازمة لإنتاج وحدة حرارية لتسخين المياه مقارنة بحرق الغاز مباشرة في سخان المياه الذي يعمل بالغاز الطبيعي.
لذلك فإنه من المفيد اقتصادياً للمجتمع ، أن نترك الشمس تسهم بأكبر نسبة ممكنة لتسخين المياه ، لتحل محل الوقود الحفري ، الذي يتم استخدامه في محطات إنتاج الطاقة الكهربائية مما يحقق فائدة كبيرة للاقتصاد.
على سبيل المثال فإن صناعة السخانات الشمسية سينتج عنها توفير فرص عمل للقيام بأعمال التركيبات و الصيانة و خدمة ما بعد البيع ، مما يعود بفائدة على اقتصاد المجتمع ، و هذه الفائدة أعظيم كثيراً من أية حسابات يسيرة لمعرفة فترة استرداد رأس المال المدفوع في شراء السخان الشمسي.
تكنولوجيا تسخين المياه بالطاقة الشمسية أثبتت جدواها عالمياً ، حيث يوجد حوالي 12.3 مليون متر مربع من المجمعات الشمسية تم تركيبها حتى عام 2002 لدى الدول الأعضاء في الإتحاد الأوروبي بمعدل سنوي قدر ب 1.5 مليون متر مربع عام 2001 تناقص إلى 1.2 مليون متر مربع عام 2002 .
يوجد 60% من هذه الأنظمة في 3 دول فقط هي ألمانيا بنسبة 50% يليها اليونان فالنمسا ، قبرص هي أكثر دولة على مستوى العالم من ناحية عدد السخانات  الشمسية لكل مواطن ، حيث تبلغ النسبة 0.8 متر مربع/مواطن ، كما أن 92% من المباني السكنية و 50% من إجمالي الفنادق بها و المطلة على سواحل البحر المتوسط مزودة بأنظمة تسخين شمسي ، وفي قارة أوروبا تعتبر اليونان الدولة الأولى بنسبة 0.26 م2 / مواطن ، تليها النمسا بنسبة  0.20 م2 / مواطن ، تليها و بالترتيب كل من الدنمارك فألمانيا فسويسرا ، و في نهاية 2002 وصل المتوسط العام داخل دول الإتحاد الأوروبي إلى 0.26 م2 / مواطن ، وضع الإتحاد الأوروبي هدف للوصول بإجمالي السخانات الشمسية إلى 100 مليون متر مربع بحلول 2010 يتم تركيبها في النمسا و بلجيكا ، و بريطانايا و الدنمارك ، وفرنسا ، وألمانيا و اليونان ، و إيطاليا ، وهولندا ، و أسبانيا و ستطلب ذلك زيادة سنوية قدرها 35% مقارنة بعام 2000
هذه النسب ما زالت ضعيفة مقارنة بإمكانات دول الإتحاد الأوروبي و التي تقدر ب 1.4 مليار متر مربع منت السخانات الشمسية يمكنها توليد 683 تيترا وات ساعة سنوياً من الطاقة الحرارية.
وافقت الحكومة الألمانية في فبراير 2003 على زيادة الحافز المالي للمواطن عند شرائه سخاناً شمسياً من 29 يورو إلى 125 يورو لكل متر مربع من مسطح المجمعات الشمسية ، مما كان له أثر ملحوظ في نمو سوق السخانات الشمسية .
تعتبر نسبة استخدام السخانات الشمسية في أوروبا ضعيفة مقارنة بالصين و التي يوجد بها 26 مليون متر مربع من هذه السخانات الشمسية التي تم تركيبها عام 2000 ، كما ارتفع عدد المصنعين لمعدات أنظمة التسخين الشمسي إلى 1000 مصنع في عام 2001 ، و تهدف الحكومة الصينية إلى تركيب 65 مليون متر مربع عام 2005 ، و توجد توقعات بأنه إذا استمرت معدلات بناء المباني السكنية بنفس النسب المعلنة من جانب الحكومة الصينية و تم الإلتزام بتزويد نسبة ولو يسيرة من هذه المباني السكنية الجديدة بالسخانات الشمسية ، فأن الصين ستصل إلى 3 مليارات متر مربع من أنظمة التسخين الشمسي بحلول عام 2010 ، و يرجع ذلك لوجود نقص في إمدادات الغاز الطبيعي و الكهرباء لتسخين المياه.

إنتاج الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية الحرارية
عندما يتم تركيز أشعة الشمس بواسطة الأسطح العاكسة ، فأن شدة الطاقة المنتجة تتزايد بصورة كبيرة ، و هذا ييسر علينا الحصول على درجات حرارة مرتفعة جداً لوسائط التسخين الموجودة في بؤرة الأسطح العاكسة ، مما يساعد على الحصول على البخار اللازم لإنتاج الطاقة الكهربية .
حيث يمكن استخدام ثلاثة “concentrating Solar Power” (CSP) تسمى هذه التكنولوجيا "الطاقة الشمسية المركزة" أنواع مختلفة من المركزات الشمسية و هي : القطع المكافئ ، و أبراج الطاقة و دورة سترلينج ، مركزات القطع المكافئ على شكل قطع مكافئ يتم تركيبها في صفوف طويلة تقوم برفع درجة حرارة وسط التسخين الذي يمر في ماسورة طويلة مثبتة في خط البؤرة الطولي لهذه المرايا العاكسة ، و يقوم الوسط الناقل للحرارة بتحويل المياه إلى بخار يقوم بإدارة توربين بخاري أو غازي متصل بمولد الكهرباء.
تركز الأشعة الشمسية على مستقبل مثبت أعلى قمة برج    (Heliostat) أبراج الطاقة عبارة عن حقل من المرايا العاكسة مرتفع عن الأرض و تقوم بتسخين الوسط الناقل للحرارة الذي يقوم بتحويل المياه إلى بخار يقوم بإدارة توربين بخاري أو غازي متصل بمولد الكهرباء.

المحركات الحرارية تعمل بنظام دورة سترلينج توجه الطاقة الشمسية المنعكسة من الأسطح العاكسة على مكبس ليقوم بتشغيل محرك من خلال غرفة تمدد الهواء ، يتم تركيب كل محرك حراري على المحاور الثلاثة التي تقوم بتوجيه المرايا العاكسة، و تمتاز هذه المحركات بعدم إجراء عمليات صيانة لها قبل فترة تتراوح من 50 إلى 100 ألف ساعة تشغيل .
تم تجربة و اختبار نظام مزدوج (محرك سترلنج/هليوستات) قدرة 25 ك وات لتوليد الكهرباء بالولايات المتحدة ، و كانت كفائته 35% إلا أن هذا النظام ما زال يحتاج إلى المزيد من التطوير لضمان عمر أطول واعتمادية أكثر للمحرك ، و تكلفة أقل للمرايا العاكسة و كل هذه النقاط يمكن التوصل إليها بمزيد من التجارب .
أكبر نظام لتوليد الكهرباء حرارياً من الطاقة الشمسية موجود بجنوب كاليفورنيا بالولايات المتحدة ، مكوناً من 3 حقول من مركزات القطع المكافئ قدره 354 ميجاوات ، تم تركيب المرحلة الأولى من المركزات في بداية الثمانينات و يعمل النظام بكامل طاقته منذ 17 عاماً .
توجد أيضاً محطة هاربر ليك قدرة 160 ميجاوات ، و محطة كرامر قدرة 150 ميجاوات ، دروس كثيرة مستفادة من هذه المشاريع الهامة التي أثبتت جدواها العملية و اعتماديتها .
يوجد برج شمسي قدرة 10 ميجاوات بجنوب كاليفورنيا قدرة 10 ميجاوات بمرحلتيه سولار1 و سولار2 .(سولار2 في الواقع هي إعادة بناء سولار1 لتجربة و اختبار سائل الصوديوم للإنتقال الحراري و التخزين) حيث تم تقييم أدائه و كفائته .
وبالرغم من أن أنظمة الطاقة الشمسية المركزة لإنتاج الكهرباء تبلغ تكلفتها اليوم ما يعادل نصف تكلفة الخلايا الفوتوفولتية ، فإن تطوير هذه الأنظمة لأحجام أكبر يسير ببطء لصعوبة ترويجها بالأسواق العالمية لوجود عوائق مالية و إدارية .
أهم عائق يكمن في أن بناء محطة لإنتاج الكهرباء يماثل بناء محطة لإنتاج الكهرباء تعمل بالوقود التقليدي و تستمر في سداد قيمة استهلاكها من الوقود لمدة 30 عاماً ، يترتب على ذلك أهمية توافر تمويل للمحطة الشمسية طوال فترة تشغيلها مع ضرورة وجود عائد ربح مجز للمستثمرين بالإضافة إلى ذلك ، تفرض ضريبة على المحطة التقليدية ، و هذا يمل عائقاً و عقاباً غير عادل للمحطة الشمسية ، و يمكن التغلب على هذه العوائق بتوفير قروض مدعومة قليلة التكلفة لتعويض اختلاف الرسوم الضريبية ، وبتقديم حوافز لإنتاج الكهرباء الشمسية ، و باستمرارية البحوث و التطوير الهادفة لتحسين كفاءة المرايا العاكسة و المركزات و أنظمة التخزين الشمسية .
أنظمة الطاقة الشمسية المركزة حساسة لأقصى درجة لمعدلات التغير في الإشعاع الشمسي لذلك لا بد من مراعاة تركيبها بالمناطق التي تستطع فيها الشمس لفترات طويلة و تكون جدواها الإقتصادية مرتفعة عندما تزيد قدرتها عن 400 ميجاوات .
إذا تم التغلب على جميع هذه العوائق ، فإنه يتوقع بعد إنشاء العديد من المحطات الشمسية بقدرة ألاف قليلة من الميجاوات إن تنخفض تكلفة هذه المحطات لتنافس المحطات التقليدية ، و أن تحقق عائداً إقتصادياً على مدى الثلاثين عاماً (عمرها الإفتراضي) نتيجة عدم اعتمادها على الوقود التقليدي و مدى توافره مستقبلا و تقلبات أسعاره المستمرة .
اقتصاديات هذه الأنظمة ستجذب المستثمرين قريباً ، عندما يتم استخدام نظام مزدوج للتوليد الشمسي الحراري باستخدام تكنولوجيا المركزات الشمسية بالإرتباط مع الدورة المركبة التي تستخدم الوقود الحفري ليلاً ، فيما يطلق عليه النظام المزدوج   (ISCCS)  توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية و الوقود الحفري
وفي هذا النظام ستحل الطاقة الشمسية محل الوقود الحفري جزئياً و بالتالي يخفض من تكلفته ، ويحسن الأداء البيئي للمحطة ، في الوقت الذي لا تمثل في التكلفة الهامشية للمكونات الشمسية نسبة كبيرة من إجمالي تكلفة محطة توليد الكهرباء بنظام الوقود الحفري .
أصغر حجماً تتراوح قدرتها بين 100 ك وات و 1 ميجاوات ، ومما يساعد على نشرCSP بتم حالياً تطوير تصميمات لأنظمة هذه تطبيقات هذه الأنظمة إمكانية حصولها على دعم مال يعوض الفرق في تكلفة إنتاج الكيلو وات ساعة المرتفع ، و إمكانية تطوير تكنولوجيات التخزين الحراري لتكون قادرة على تخزين الطاقة لفترات تصل إلى 12 ساعة ، مما يحسن من إسهام الطاقة الشمسية في خرج الشبكة الكهربية ، و يحسن من اقتصادياتها .
خلال تنفيذ مشروعات هامة بالعديد من الدول ، ومن خلال تخصيص منح    من CSP تزايد حالياً الإهتمام العالمي بأنظمة  نيفادا بالولايات المتحدة  فيCSP مالية لا ترد لهذه المشروعات من مرفق البيئة العالمي ، فيجري حاليا الإعداد لتنفيذ محطات و إسبانيا ، وقريباً في إسرائيل وجنوب أفريقيا . كما يوجد تمويل من مرفق البيئة العالمي قدره 50 مليون دولار تم تقديمه  يوجد اهتمام لدى كل من إيران ، الأردن ، الجزائر كما CSP  لكل من المكسيك ، مصر ، المغرب ، الهند لتنفيذ مشروعات .ISCCS  لتنفيذ مشروعات، إستراليا ، في حال تنفيذها في كل من اليونان ، إيطاليا ، البرتغال  CSP  توجد توقعات بالجدوى الإقتصادية لمشروعات البرازيل ، ليبيريا ، تونس ، الصين ، ومن المتوقع أن يصل إجمالي قدرتها إلى 100 ألف ميجاوات على مستوى العالم في خلال 25 عاماً.   
تكمن أهمية محطة نيفادا قدرة 50 ميجاوات من مركزات المقطع المكافئ أنها نتيجة مباشرة للسياسة الحكومية بالولاية ، فقد تم  والذي يتطلب أن تقوم (RPS) إصدار تشريع عام 2001 يقضي بإلتزام الولاية بتنفيذ سياسة إمامية حزمة الطاقة المتجددة مرافق إنتاج و توزيع الكهرباء بالولاية و المملوكة للمستثمرين ، بإمداد نسبة 5% من مبيعاتها من الكهرباء المنتجة بالطاقة المتجددة (رياح ، باطن الأرض ، شمسية ، كتلة حيوية ) خلال عام 2003 تقفز إلى 15% عام 2013 .
في ولاية يوجد بها بالفعل عدة محطات توليد للكهرباء من طاقة باطن الأرض ، و يمكن (RPS)  ولكي يتم ترويج سياسة  والتي   (RSP) لطاقة الرياح بها أن تكون مصدراً منافساً ، فإن ولاية نيفادا أضافت بوضوح المكون الشمسي تنفيذا لسياسة تنص على أن تكون نسبة الطاقة الشمسية المستخدمة  5% من إجمالي مصادر الطاقات المتجددة الأخرى ، و سيتطلب ذلك إنشاء محطات كهربية شمسية بقدرة 60 ميجاوات في خلال العشر سنوات القادمة.
قررت الولاية إنشاء محطة حرارية شمسية من مركزات القطع المكافئ قدرة 50 ميجاوات (RPS)وبالفعل و تنفيذاً لسياسة  بتنفيذ المشروع المقرر الإنتهاء منه في نهاية عام  Duke Power يمكن زيادتها مستقبلاً إلى 60 ميجاوات و ستقوم شركة  2005 ، سيقوم مرفق الكهرباء بالولاية بشراء كل إنتاج المحطة من الكهرباء من خلال عقد مبيعات مدته 20 عاماً ، و يضمن مرفق الكهرباء بالولاية تحقيق إيرادات كافية لدعم تمويل إنشاء و تشغيل المحطة بإنتاج متوسط قدره 102.4 ألف ميجاوات ساعة سنوياً كافية للوفاء باحتياجات 8400 منزل متوسط الإستهلاك الشهري لكل منزل 1000 ك.و.س شهرياً  (بيوت كبيرة تستهلك كهرباء بمعدلات عالية لتكييف الهواء نظراً لطبيعة المناخ الحار جداً في ولاية نيفادا).
الخبرات المكتسبة من محطات القطع المكافئ ستساعد على خفض تكلفتها و دعمها بالولايات المتحدة ، لتعبر عن أهمية السياسات الحكومية في نشر استخدام تطبيقات الطاقة المتجددة.

إنتاج الطاقة الكهربية الفوتوفولتية الشمسية
تعتبر تكنولوجيا هذه الطاقة الأكثر شيوعاً اليوم نتيجة تطبيقاتها المتعددة ، و الدعاية الإعلامية المكثفة و سياسات الدعم المالي    و بالرغم من كونها حالياً الأعلى سعراً بين جميع تكنولوجيات إنتاج(PV)لأنظمة إنتاج الكهرباء باستخدام الخلايا الفولتية الطاقة ، إلا أنها أكثر الأنظمة سهولة في التركيب و الأرخص في الصيانة ، و تمدنا بمنتج ذي قيمة مرتفعة –الكهرباء- ، ويتم تركيبها و تشغيلها في نفس موقع استخدامها لتوفر علينا تكلفة و مخاطر حدوث أية أعطال بالبنية التحتية .
يتم استخدام الخلايا الفوتوفولتية في تشغيل محطات الإرسال السلكية و اللاسلكية ، إشارات المرور ، أنظمة الحماية الكاثودية لصدأ الكباري المعدنية و خطوط نقل البترول و الغاز ، ثلاجات حفظ الأدوية ، إضاءة المنازل و القرى ، شحن بطاريات السيارات ، و غيرها من التطبيقات الأخرى .
يتم تغطية أسطح المباني التجارية و الفنادق بالخلايا الفوتوفولتية لأكثر من نصف المراكز التجارية بالولايات المتحدة ، إن إجمالي قدرة الأنظمة التي تم تركيبها قد ارتففع من 94 ك.وات عام 2000 إلى 260 ك.وات عام 2002 إلى 350 م.وات عام 2003 ، وذلك بخلاف العديد من الأنظمة الفوتوفولتية الأخرى التي تزيد قدرتها عن 1 ميجاوات.
عندما يتم ربط الأنظمة الفوتوفولتية بالشبكة الكهربية (متعددة المصادر) و التي يتم تغذيتها من مصادر متعددة ، فإنه من المستحيل لأي إرهابي تدمير تلك المحطة و إظلامه للمدينة نظراً لأن نظام الخلايا الفوتوفولتية المتكاملة الموزعة على الشبكة يحول دون أن يتمكن أحد الإرهابيين من تدمير هذا النظام كله ، وجود شبكات متعددة المصادر يغني عن إقامة محطات الطاقة المركزية ، و محطات المحولات و خطوط نقل الكهرباء ، و ذلك في المدن التي تقوم بإنتاج و توزيع الكهرباء في نفس الموقع ، وهذا يؤدي أيضاً إلى تجنب حدوث العديد من المشكلات عند إنهيار الشبكة أو انقطاع الطاقة مثلما حدث للجانب الشمالي الشرقي بالولايات المتحدة في أغسطس 2003 وفي إيطاليا في سبتمبر.
مع توفير قدر يسير من تخزين الطافة يسهم في استمرارية عمل المصالح(BIPV)  إن بناء أنظمة فوتوفولتية متكاملة الحكومية ، و أجهزة الطوارئ ، و يحافظ على تكامل و أمن البنية التحتية حيث تستمر إنارة الشوارع و أجهزة الإتصالات في العمل دون انقطاع ، كما تستمر خدمات الأمن و باقي الخدمات الأساسية في المباني السكنية و الحكومية التي يوجد لديها أنظمة توليد كهربية خاصة بها.
تنمو صناعة الخلايا الفوتوفولتية على مستوى العالم بإيقاع سريع مثير للدهشة ، فقد تم تصنيع خلايا فوتوفولتية قدرة 560 ميجاوات وصلت قيمة مبيعاتها عام 2002 إلى 3.5 مليارات دولار ومن المتوقع أن ترتفع إلى 27.5 مليار دولار بحلول عام 2012 ، وتتزايد قيمة مبيعات هذه الأنظمة بمقدار الضعف كل عامين منذ بداية الألفية.
تكنولوجيا صناعة الخلايا الفوتوفولتية مستمرة في تطورها و تقدمها و لا تعتمد على تكنولوجيا واحدة ( مثلما حدث مع شرائط  و التي أخرجت شرائط نظام بيتا من السوق ) ، مازالت أكثر تكنولوجيا مستخدما حتى الآن في صناعة VHS فيديو كاسيت الخلايا الفوتوفولتية هي خلايا السيليكون أحادية البلورة و متعددة البلورة لكفاءتهم العالية حيث كانت نسبة مبيعاتها حوالي 93% من إجمالي التكنولوجيات الأخرى المستخدمة في إنتاج الخلايا الفوتوفولتية عام 2002 ، و توجد أنواع أخرى من التكنولوجيات المستخدمة مثل السيليكون غير المتبلور أحادي و متعدد الأقطاب و هو ما يسمى بالأمورفاص سيليكون ، كما تم  ، وبالرغم من أن InS ، الأنديوم فوسفايد CDs ، الكاديوم سلفايد  Cdte إنتاج خلايا من بعض المركبات مثل الكاديوم فلورايد كفاءة هذه المركبات أقل بكثير من السيليكون إلا أنها تعتبر أطول عمراً و أقل سعراً من الخلايا السيليكونية ، و تستخدم بكثرة كواجهات للمباني الشمسية .
لها القدرة على امتصاص حزمة الأشعة الشمسية بكفاءة (Thin Films) الخلايا السيليكونية غير البللورية ذات الغشاء الرقيق عالية لتتساوى مع الخلايا المبلورة.
تباع الخلايا الفوتوفولتية بالوات و ليس بالمتر المربع ، لذلك فأنه يمكن تركيب أنواع من الخلايا الفوتوفولتية منخفضة الكفاءة و التكلفة في واجهات المباني ( الحاوئط ، و الأسقف ، والنوافذ الزجاجية ) ، إلا أنه يجب أن نشير إلى أن الخلايا الفوتوفولتية أحادية البلورة ستستمر في تفوقها على باقي التكنولوجيات الأخرى خلال العقدين القادمين.
وحينما تقاس قيمتها بما تنتجه من كيلو وات ساعة فإننا بذلك نبخسها حقها و نقلل من قيمتها . فمثلا ، عندما تقوم الخلايا الفوتوفولتية بتشغيل تليفونات الطوارئ على جانبي الطرق السريعة ، فإن تكلفة الطاقة المولدة بواسطة الخلايا الفوتوفولتية الصغيرة العدد هي 1 دولار / ك.و.س ، إلا أن تكلفة التليفون ستقل بمبلغ 500 دولار نتيجة عدم الحاجة لمد خطوط ربط التليفونات الأرضية ببعضها البعض تحت الأرض ، و هذا يعني أن استخدام الخلايا الفوتوفولتية يسمح غالباً بتقليل التكلفة الإجمالية للمشروع.
وبنفس الدرجة من الأهمية فإن قيمة الخلايا الفوتوفولتية تبرز من خلال قيامها بالوفاء بالإحتياجات الأساسية للبشرية فمثلاً ، في الهند و في نهاية عام 2002 تم تركيب عدد 5084 نظام فوتوفولتي لضخ المياه العذبة بالمناطق الريفية المعزولة ، و بقدرة إجمالية تصل إلى 5.55 ميجاوات ، و تم كهربة 2400 قرية و نجع بالخلايا الفوتوفولتية ، وهذا بعني أن بإمكان الخلايا الفوتوفولتية إمداد الفقراء بالمناطق النائية بمياه الشرب و إنارة منازلهم مما يؤكد جدواها و منافعها.
المحطات الأرضية المركزية الكبيرة لتوليد القوي بالخلايا الفوتوفولتية في المناطق المشمسة ستصبح ذات أهمية بالمستقبل ، ومثل هذه التطبيقات أصبحت ذات جدوى لاستمرار التقدم و التحسن في كقائة الخلايا الفوتوفولتية ، قد توصل أحد المصانع اليابانية عام 2003 إلى إنتاج خلايا فوتوفولتية من السيليكون المبلور تصل كفائتها لتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء 20% ، كما أنه يوجد رقم قياسي عالمي تم التوصل إليه عام 2003 لكفاءة تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء و هو 36.9% لخلية مزدوجة صممت لتستخدم مع مركز شمسي يتتبع حركة الشمس ، و نظراً لأن تكلفة المرايا الشمسية أقل من الخلايا الفوتوفولتية ، لذلك فإن هذا الإنجاز سيساعد كثيراً على تقليل كلفة الطاقة التي يمكن الحصول عليها من مثل هذه التطبيقات الشمسية الضخمة.
في الولايات المتحدة ، كمثال ، فإن نسبة يسيرة من الأرض التي توجد بها محطة التجارب و الإختبارات بجنوب نيفادا المملوكة للحكومة يمكنها نظرياً إنتاج كهرباء تفي باحتياجات كل الولايات المتحدة ( تم تجاهل صعوبة نقل الطاقة الكهربية عبر البلاد و المقصود هو توضيح ضخامة إنتاج هذا المصدر ).
أهم تطبيقات للخلايا الفوتوفولتية اليوم نجدها على أسقف المباني ، و أكثر الدول اليوم استخداماً للخلايا الفوتوفولتية على أسقف المباني هي اليابان و ألمانيا. قامت اليابان بتقديم دعم كبير لهذه التكنولوجيا منذ عام 1994 ، مما ساعد على ترويج هذه    feed - inالسوق لديها ، بينما نجد أن الدعم في ألمانيا انتشر ليشمل كل القطاعات استهلاك الكهرباء من خلال سياسة     والتي تدعم أسعار الكهرباء المنتجة من الخلايا الفوتوفولتية . هذه السياسات في المقابل ، ساعدت المصنعين اليابانيين و الألمان على خفض أسعار منتجاتهم نتيجة الإنتاج الكمي الضخم و انفتاح الأسواق العالمية أمام رخص أسعارهم.
و قد تم دعم السياسات الألمانية و اليابانية بالأهداف القومية بعيدة المدى لزيادة إسهام مصادر الطاقة المتجددة لمنافعها الإقتصادية و الإجتماعية العديدة ، هذه السياسة قفزت باليابان لتكون الدولة الأولى في العالم إنتاجاً للخلايا الفوتوفولتية حيث قامت بتصنيع 49.1% من إجمالي الخلايا الفوتوفولتية المنتجة عالمياً عام 2002 ، مصنع واحد في اليابان تفوق على جميع المناطق الأخرى بالعالم بإنتاج 123.07 ميجاوات عام 2002 ، وهناك مصنع ثان باليابان أعلن أنه يخطط لإنتاج أكثر من 100 ميجاوات سنوياً حتى نهاية 2005 و قد قامت أوروبا عام 2002 بإنتاج 135 ميجاوات أي ما يعادل 24% من الإنتاج العالمي بينما قامت الولايات المتحدة بإنتاج 120.6 ميجاوات أي 21.5% و النسبة الباقية و قدرها 4.8% أي ما يعادل 55 ميجاوات قامت باقي دول العالم بإنتاجها.
أكثر 3 برامج قومية فعالة للخلايا الفوتوفولتية في العالم هي برنامج " الخلايا الفوتوفولتية للمباني السكنية " باليابان ، و برنامج "المئة ألف سقف مبني مجهز بالخلايا الفوتوفولتية" في ألمانيا ، و برنامج  " ملايين الأسقف " بالولايات المتحدة و بالرغم من أن البرامج الألمانية و اليابانية بتم دعمها و بقوة بسياسات مستقرة و دعم مالي كبير لضمان تحقيق الأهداف المرجوة منها ، فإن البرنامج الأمريكي يعتبر تطوعياً.
تركيب أنظمة الخلايا الفوتوفولتية يستمر بانتظام في ألمانيا و اليابان و في العديد من الدول الآوروبية الأخرى . وصلت تطبيقات البرنامج الياباني و الذي انتهى عام 2003 إلى تجهيز أكثر من 32 ألف منزل خاص عام 2002 ، و 40 ألف منزل خاص عام 2003 ، و بذلك يقفز برنامجهم الأصلي ( تجهيز 70 ألف منزل ) إلى (تجهيز 117500 منزل ) ! بلغت إجمالي مصروفات الحكومة اليابانية على هذا البرنامج 739 مليون دولار أمريكي على مدى 5 سنوات مالية (1999-2003) ، و قد قررت الحكومة اليابانية مد هذا البرنامج لمدة 3 سنوات إضافية لينتهي في عام 2006 و سوف يساعد هذا البرنامج اليابان على تحقيق هدفها في إنتاج 500 ميجاوات من الخلايا الفوتوفولتية سنوياً ، حيث سيتم إنتاج 250 ميجاوات محلياً و يتم تصدير مثلهم إلى الخارج و في السنة المالية 2003 تم استثمار 218.8 مليون دولار لبحوث و تطوير الخلايا الفوتوفولتية و ترويجها.
معدل نمو تطبيقات الخلايا الفوتوفولتية في ألمانيا كبير نتيجة تطبيق " المائة ألف سقف مبنى مجهز بالخلايا الفوتوفولتية" ، حيث تطورت القدرة الإجمالية للخلايا الفوتوفولتية التي تم تركيبها في ألمانيا من 68 ميجاوات عام 1999 إلى 278 ميجاوات عام 2003 تنتج 190 جيجا وات ساعة ، وفي نهاية عام 2002 تم الإنتهاء من تجهيز 55 ألف مبنى بأنظمة الخلايا الفوتوفولتية و وصلت نسبة توصيلهم الكهربية إلى 98% ، و بلغت كمية الكهرباء المنتجة من أنظمة الخلايا الفوتوفولتية المركبة على أسطح المباني إلى 78 ميجاوات عام 2002 بينما كانت 60 ميجاوات من الأجهزة التي تم تركيبها عام 2001 ، و بذلك وصل إجمالي قدرة كهرباء الأسقف الفوتوفولتية إلى 200 ميجاوات.
feed - inسياسة القروض الميسرة القليلة الفائدة ، و الحوافز ، و الدعم المالي ، بالإشتراك مع سياسة تغذية الشبكة بالكهرباء يتوقع لها الإستمرار لزيادة معدل تركيب الأسقف الفوتوفولتية.
النتيجة المباشرة لتلك السياسات المطبقة في ألمانيا هي أنه يوجد بها حالياً 60% من إجمالي الأنظمة التي تم تركيبها في دول الإتحاد الأوروبي ، يليها إيطاليا فسويسرا ، والتي يصل حجم التركيبات بكل منهما إلى 10% من تلك الموجودة بألمانيا و لكن عندما يؤخذ في الإعتبار عدد السكان فإن سويسرا تعتبر الدولة الإولى في الإتحاد الأوروبي بنسبة 2.8 وات / مواطن ، يليها ألمانيا بنسبة 2.3 وات / مواطن ، فهولندا بنسبة 1.1 وات / مواطن.
من الأأهمية بمكان ملاحظة أن المتوسط اليومي الفعلي لإنتاج الطاقة الكهربية من الأسقف الفوتوفولتية في ألمانيا هو 2.23 ك.و.س / ك.وات (تم قياسه على مدار العام) و هو يعادل نصف كمية الكهرباء الممكن توليدها في الدول ذات المناخ الحار المشمس وذلك يوضح أهمية السياسات الحكومية المستقرة و برامج الدعم و التمويل و توضيح أن التطبيقات الفوتوفولتية لا تتطلب " أفضل مناخ شمسي " و يكن يكفيها "مناخ شمسي مناسب" و "سياسات مستقرة".
في بعض الأحيان يكون خيار الخلايا الفوتوفولتية هو الخيار الأقل تكلفة بالنسبة للتطبيقات بالمناطق النائية و المنعزلة مما يستدعي وجود تبريرات اقتصادية ، إلا أن التكلفة المرتفعة الواضحة لتطبيقات الخلايا الفوتوفولتية بالمناطق الحضرية تمثل عائقاً أمام نشر استخداماتها ، ولحسن الحظ فإن تكلفة الأنظمة الفوتوفولتية الآن تسليم المصنع تتراوح بين 2 و 3 دولارات / وات ، بينما يمكن تركيب و تشغيل نظام فوتوفولتي متكامل بالولايات المتحدة بتكلفة تتراوح بين 5 و 7 دولارات / وات و بدون أي دعم ، و اختلاف السعر هنا يعتمد على حجم النظام المطلوب تركيبه.
سعر النظام كاملاً شاملاً التركيب و التشغيل في اليابان هو 6.5 دولارات / وات في عام 2002 و بدون أي دعم حكومي.
حينما يكون هناك دعم حكومي أو حجم إنتاج كمي أو كلاهما ، فإن تكلفة الشراء تنخفض إلى 3 دولارات / وات للنظام  المتكامل و عندها سيتراوح السعر المخصم الفعلي على مدى 30 عاماً بين 8 و 12 سنت أمريكي / ك.و.س. مما يجعل الخلايا الفوتوفولتية ليست منافسة فقط مع أسعار مرفق الكهرباء و لكنها من المحتمل أيضاً أن تكون أرخص بديل لكون أسعار الكهرباء التقليدية في إرتفاع مستمر نتيجة للزيادات المستمر بأسعار الوقود الحفري ، بجوار ميزة أخرى و هي أن سعر الكهرباء الفوتوفولتية سيظل ثابتاً طيلة العمر الإفتراضي للنظام . ( فترة الضمان الحالية للأنظمة الفوتوفولتية تتراوح بين 20 و 25 عام إلا أنها يمكنها الإستمرار في العمل لضعف هذه الفترة )
بعض التنبؤات تشير إلى أن هذه التكلفة المنخفضة ستتحقق خلال 10 سنوات من الآن ، و توقعت أيضاً أن يكون معدل حركة الشحن و التصدير حوالي 10 آلاف ميجا وات في العام ، و في حالة زيادة الإنتاج بمعدل 25% سنوياً في الفترة من 2000 إلى 2010 فإن الإنتاج العالمي السنوي للخلايا الفوتوفولتية سيصبح 16 ألف ميجا وات بحلول عام 2010.
وقد أشارت تنبؤات أخرى صدرت حديثاً بأنه في حال انخفاض التكلفة إلى 1.5 دولار / وات للخلايا الفوتوفولتية و 3 دولارات / وات للنظام المتكامل شامل التركيب ، فإن هذه الصناعة ستحتاج إلى استثمارات تتراوح بين 25 و 114 مليار دولار في الفترة 2000 – 2010 تنفق كرأس مال عامل أو دعم مالي للمستفيدين النهائيين أو لدعم المصنعين.
إن تكنولوجيا الخلايا الفوتوفولتية الشمسية مع الإتجاه إلى تحسين كفاءة استخدام الطاقة ، و التصميمات المستدامة للمباني و تكاملها مع الشبكات الكهربية ، سيسهم بدرجة فعالة في الوفاء باحتياجات الطاقة في العديد من دول العالم .
ستؤدي استخدامات الخلايا الفوتوفولتية في الدول النامية و المتقدمة على حد سواء، إلى خلق فرص عمل جديدة و تقوية الإقتصاد المحلي و تحسين البيئة المحيطة و تحديث البنية التحتية و توفير الأمان للمجتمع.
تقدر استثمارات صناعة الخلايا الفوتوفولتية حالياً بعدة مليارات من الدولارات ، و تنمو عالمياً بمعدل 40% سنوياً مما يتيح الفرصة لتقدم الإقتصاد و زيادة تنافسية الأسواق العالمية و تلعب كل من ألمانيا و اليابان دوراً كبيراً في تنمية و تطوير هذه الصناعة.
((من الكتاب الأبيض: التحول إلى مستقبل الطاقة المتجددة))

أشهر الكتب العربية الخاصة بالطاقة الشمسية

1: شحن مستقبلنا بالطاقة؛ مدخل الى الطاقة المستدامة : تأليف: روبرت ل. إيفانز
2: توليد القدرة الكهربائية من الطاقة الشمسية أنظمة الطاقة الفولتضوئية : تأليف: ستيفان ك. و. كراوتر
3: الطاقة الشمسية المصدر الرئيسي للطاقة النظيفة - تأليف: عبد القادر نعيمة; سليمان محمد امين
4: الطاقة الشمسية سلاح المستقبل تأليف: س.هلاسي
5: أنظمة طاقة الرياح والطاقة الشمسية : تأليف: محمد احمد السيد خليل
6: الطاقة الشمسية واستخداماتها : تأليف: محمد احمد السيد خليل
7: استغلال أشعة الشمس وطاقة الرياح : تأليف: كريستوفر فلافين – دون سيث

شارك هذه المشاركه


رابط المشاركه
شارك

انشئ حساب جديد او قم بتسجيل دخولك لتتمكن من اضافه تعليق جديد

يجب ان تكون عضوا لدينا لتتمكن من التعليق

انشئ حساب جديد

سجل حسابك الجديد لدينا في الموقع بمنتهي السهوله .

سجل حساب جديد

تسجيل دخول

هل تمتلك حساب بالفعل ؟ سجل دخولك من هنا.

سجل دخولك الان

×