تقنيات شمسية حرارية جديدة ستساعد في حل مشكلة التقطع في عمل الخلايا الشمسية.

كلنا نعلم ان مشكلة الطاقة الشمسية هي أن الشمس عليها أن تغرب كل يوم ولكن هذا ما توصل إليه العلم لحل مشكلة التقطع في الطاقة الشمسية ....

عندما بدأت أكبر محطة للطاقة الحرارية الشمسية عملها بداية هذا العام في (إيفانبا - كاليفورنيا), تم الإطراء عليها ولكن مع بعض الشكوك

المحطة بلا شك مذهلة, مجموعة من (300 ألف) مرآة, كل منها بحجم باب المرآب, توجه جميعها أشعة الشمس المنعكسة عليها نحو 3 أبراج بارتفاع 140 متر مولدة بذلك هذه الأشعة حرارة عالية جدا, ليتم استخدامها تحويل الماء إلى بخار ليحرك التوربينات (هذه التوربينات لا تختلف أبدا عن التوربينات المستخدمة في محطات الوقود الأحفوري)

هذه الحرارة يمكن تخزينها عن طريق تسخين الأملاح المنصهرة مثلا, وعندما تغيب الشمس سيتم استخدام هذه الحرارة المخزنة بالمقارنة مع الحلول السابقة التي كانت تتضمن تخزين الكهرباء في بطاريات ضخمة ليتم استخدمها ليلا, نرى أن هذه الطريق الجديدة هي أفضل وأكثر اقتصادية

ولكن العديد من الخبراء – بعضهم ممن شاركوا في المشروع- يقولون أن هذا المشروع ربما سيكون الأخر من نوعه فبحسب المدير التنفيذي لشركة "NRG Energy" وهي واحدة من ثلاث شركات مولت المشروع بالإضافة ل "BrightSource Energy" و "Google" يشرح المدير قائلا : " الجانب الاقتصادي بدا جيدا عندما تم طرح المشروع منذ 6 سنوات, ولكن منذ ذلك الحين هبط سعر الألواح الشمسية الضوئية التقليدية, فاعتماد العالم الأن يقع على الخلايا الشمسية الضوئية "

ولشرح ما يعنيه نستذكر نوعي الألواح الشمسية :

1- الألواح الشمسية الضوئية : والتي تصنع من مواد تتصف بأنها تحرر الكترونات عند سقوط الضوء (الفوتونات)عليها وتسمى بالإنكليزية ب (Solar Photovoltaic Panels)

2-الألواح الشمسية الحرارية : والتي تصنع من مواد ذات امتصاصية عالية لأطوال الموجات الضوئية لتسخن أنابيب مياه تجري خلفها, أو تتكون من مرايا تقوم بتجميع الحرارة في نقطة محددة لتبخير المياه وتوليد الكهرباء بالتوربينات, وتسمى بالإنكليزية ب (Thermal Solar Panels)

أما سبب جاذبية تكنولوجيا الطاقة الشمسية الحرارية بسيط جدا, إذ أنها على عكس الألواح الشمسية الضوئية قادرة على الاستمرار في توليد الكهرباء بعد غروب الشمس ولكن عمليا هي أكثر تكلفة من محطات الوقود الأحفوري أو الخلايا الشمسية التقليدية, وهذا الواقع هو ما جعل الباحثين يهرولون ليجدوا طرقاً لتخفيض كلفة المشروع ولجعل التقنية هذه أكثر تنافسية

تحدّ كبير كما تقول شركة "Areva Solar" يكمن في الكلفة الكبيرة لهذه المجموعات من المرايا والمحركات وعلب المسننات اللازمة لتحريكها بشكل دائم وتوجيهها نحو الشمس ولكن حلاً محتملاً يأتينا من شركة "Otherlab" حيث تقترح استبدال القطع المكلفة بمحركات وأجزاء ميكانيكية مصنوعة باستخدام نفس الآلات والمعدات المستخدمة حاليا في صناعة عبوات المياه البلاستيكية

ويقول المسؤولون في "Otherlabs" أن هذه التقنية ستخفض تكلفة صناعة هذه المرايا بنسبة 70%, ولكن حتى التخفيض لن يكون كافياً لجعل التقنية في مستوى المنافسة مع الألواح الشمسية الضوئية على الرغم من أن قيمة المرايا تشكل ثلث إلى نصف تكلفة محطات الألواح الشمسية الحرارية.

فخفض التكلفة الإجمالية يكمن في رفع كمية الكهرباء التي تولدها محطة حرارية شمسية, لتتمكن من بيع طاقة أكثر

فمن المقاربات الجديدة لرفع خرج الطاقة الكهربائية يكمن في رفع درجة الحرارة التي تعمل عليها هذه المحطة والذي من شأنه أن يجعلها أكثر فاعلية فحاليا تستخدم المحطة درجة حرارة 650 مئوية ولكن بعض الباحثين يعملون الآن على رفعها إلى 800 وحتى 1200 درجة مئوية , وهذا ما تعمل عليه بعض المختبرات والتي تستخدم عملية الفرز الفائقة الإنتاجية لتطوير مواد جديدة, بما في ذلك أنواع جديدة من الملح والزجاج قادرة على تخزين هذه الحرارة العالية

خيار آخر يتم العمل عليه في برنامج من تمويل الوكالة الأمريكية لمشاريع و أبحاث الطاقة المتقدمة, حيث يتضمن المشروع جعل محطات الطاقة الشمسية لتضيف الألواح الضوئية إلى الألواح الحرارية

والفكرة الأساسية هي أن الألواح الشمسية الضوئية قادرة على تحويل موجات محددة من الضوء إلى كهرباء أما طاقة الأشعة تحت الحمراء و فوق البنفسجية فلا يتم تحويلها وإنما يتم إشعاعها على شكل حرارة, فالمشروع هذا يهدف إلى حصد هذه الحرارة

هذه الأنظمة الشمسية الهجينة التي تجمع بين الألواح الحرارية والضوئية ليست بجديدة, فلسنوات طويلة عرضت الشركات منظومات شمسية تتضمن ألواح توليد كهرباء ضوئية ومن ورائها أنابيب تجري فيها المياه حيث أن الحرارة الضائعة من الألواح الضوئية يتم استخدامها لتسخين المياه للاستحمام

ولكن البحث الجديد يتضمن طرقاً للوصول إلى درجات حرارة أعلى بكثير إلى حد يسمح باستخدامها في توليد الكهرباء، هذه الطرق بشكل أساسي تشمل تركيز ضوء الشمس على مكان محدد لتوليد درجات حرارة عالية ومن ثم تحويل بعض من ضوء الشمس هذا إلى خلايا ضوئية شمسية

حيث أنه وجد أن بعض الجسيمات النانوية المعلقة في سائل تقوم بامتصاص أطوال الموجات من ضوء الشمس التي لم تتحول بكفاءة من قبل الألواح الشمسية, وهذه الجسيمات النانوية تقوم بتسخين السائل أما الموجات الضوئية التي تستطيع الخلايا الشمسية الضوئية تحويلها إلى كهرباء فإنها تمر بسهولة عبر السائل إلى الألواح

مدير المشروع المسؤول عن هذه الأبحاث يقول أن الأمل يكمن في أن القيمة المضافة في هذه الألواح الهجينة سيتم تعويضها في شيئين اثنين :

* أولا: النظام الهجين سيكون أكثر كفاءة وسيحول أكثر من 50% من طاقة أشعة الشمس إلى كهرباء مقارنة مع 15% إلى 40% في الخلايا الشمسية الضوئية التقليدية

* ثانيا: القدرة على تخزين الحرارة للاستخدام عند الحاجة سيكون أكثر نفعا كلما تم تركيب ألواح أكثر

من الجدير بالذكر أن ألمانيا والتي تمتلك طاقة شمسية أكثر من أي دولة أخرى، تلجأ أحيانا إلى أن تعطي لجيرانها الطاقة الفائضة المتولدة في بعض الأيام المشمسة, هذا المشروع يمثل المستقبل الذي سيكون غدا في ألمانيا, وبعد 3 سنوات في كاليفورنيا, 5 سنوات في أريزونا

ولكن في نهاية المطاف هذا المستقبل سيعم العالم كله لأنه في كل مكان الناس يريدون توليد كهرباء أكثر باستخدام الطاقة الشمسية

ما رأيكم أنتم هل ستقومون بدعم هذه المشاريع أم أنكم مسرورون بمحطات الوقود الأحفوري ..؟!!

المصدر:

هنا

مصدر الصورة:

هنا

هنا