تقنيات توليد الطاقة الكهربائية من الطاقة الحرارية الشمسية
إن الطاقة المرسلة من الشمس و التي تصل إلى أعلى الغلاف الجوي تعادل تقريباً 1.5 × 1021 واط حراري ساعي من الإشعاع الشمسي السنوي. هذه الكمية الهائلة من الطاقة هي أكثر ب 23,000 مرة من استخدامات البشرية على كامل كوكب الأرض وهذا كله فقط يعادل 1 إلى 2 جزء من بليون من سيل الطاقة الذي تطلقه الشمس و الذي يقدر تقريباً ب 3.9 × 1020 ميغا وات حراري.
إن الإشعاع الشمسي الوارد إلى الأرض يتعرض لعدد من المعيقات التي تخفف من طاقته قبل الوصول إلى سطح الأرض و تتمثل هذه المعيقات في الانعكاس ، التبعثر و الامتصاص ، فتقريباً كل الإشعاعات الفوق بنفسجية و جزء من الأشعة التحت حمراء تتم إزالتها تماماً و مع هذا فان الإشعاع الذي يصل إلى سطح الأرض كل سنة يفوق 10,000 مرة من احتياجات العالم إلى طاقة. الأشعة التي تصطدم بجزيئات الغازات و بخار الماء و جزيئات الغبار تدعى الأشعة المنتثرة . الغيوم من ناحية أخرى تعتبر أهم العوامل التي تخفض من شدة الإشعاع الشمسي لأنها قادرة على تخفيضه حتى 80 – 90% و ذلك لأن توزع الغيوم في كبد السماء يتغير كثيرا و بالتالي فان معظم الأشعة الوردة على الغيوم تنعكس و تسمى بالأشعة المنعكسة . الإشعاع الكلي هو كافة الأشعة الشمسية المباشرة و المنعكسة و المتبعثرة .الشكل التالي يوضح ذلك:
إن استخدامات الطاقة الشمسية باتت كثيرة و متعددة من توليد للكهرباء و التدفئة و تسخين المياه و قد تحدثنا في موضوع سابق عن توليد الكهرباء عن طريق الخلايا الشمسية الكهروضوئية (Photovoltaic Solar Cell), سنتحدث في هذا المقال عن استخدام الطاقة الحرارية من الشمس لتوليد الكهرباء حيث توجد عدة تقنيات لتوليد الكهرباء انطلاقا من حرارة الشمس.
أولاً: تقنية المركزات الشمسية ذات القطع المكافئ الدائري:
ويتكون من مرايا عاكسة تكون متوضعة بحيث تشكل صحنا على شكل قطع مكافئ تقوم هذه المرايا بتركيز أشعة الشمس في محرق هذا الصحن حيث يتوضع هناك محرك يقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية .
المحرك الحراري المستخدم هنا عادةً يسمى محرك ستيرلينغ ”محرك الاحتراق الخارجي“ حيث انه يتم تأمين الحرارة من مصدر حراري خارج المحرك ليتم تحويلها داخل المحرك إلى فعل ميكانيكي عن طريق تمدد وتقلص مائع تشغيل يكون أحد أنواع الزيوت الحرارية عادةً و منه إلى طاقة كهربائية). و تكون هذه اﻷنظمة عادة مجهزة بنظام لملاحقة الشمس للحصول على كفاءة عالية.
ثانياً: تقنية المركزات الشمسية ذات القطع المكافئ الاسطواني:
ويتكون من مرايا عاكسة بشكل قطع مكافئ اسطواني تكون متوضعة بصفوف متوازية حيث تقوم بتركيز اﻷشعة الشمسية في محارقها. يتوضع في محرق هذه المرايا أنابيب مفرغة تحتوي على سائل ناقل حراري يعمل عند درجات حرارة تصل حتى 400 درجة مئوية. يتم الاستفادة من الحرارة العالية لمائع التشغيل عبر مبادل حراري ليعطي حرارته للماء الذي يتحول إلى بخار و يمرر هذه البخار على عنفة ليقوم بتدويرها و توليد الكهرباء انطلاقاً من الحركة الميكانيكية للعنفة.
ثالثاً: تقنية البرج المركزي:
تتألف هذه التقنية من مجموعة من المرايا الموجهة و تسمى “هيليوستات” و التي تقوم بتوجيه أشعة الشمس إلى برج مركزي يركب على قمته مستقبل حراري يكون داخله محلول ملحي تصل درجة حرارته حتى 600 درجة مئوية ومن ثم يمرر هذا المحلول على مبادل حراري ليعطي حرارته إلى الماء محولا إياه إلى بخار و تمرير هذا البخار على عنفة لتحويل الطاقة الميكانيكية للعنفة إلى كهرباء.
رابعاً : تقنية البركة الشمسية:
هي عبارة عن بركة ماء مالح تقوم بالتقاط وتخزين الحرارة الشمسية حيث أن الماء المالح يشكل وبشكل طبيعي تدرجاً تبعاً لدرجة تركيز الملح حيث أن التركيز الملحي اﻷقل يكون في اﻷعلى وبناءاً عليه يتشكل في البركة ثلاثة طبقات : الطبقة العلوية وتكون ذات تركيز ملحي منخفض ، و الطبقة الوسطى وتملك تركيز ملحي متدرج نحو اﻷسفل و تمنع هذه الطبقة التبادل الحراري للطبقة السفلى مع العليا ، و الطبقة السفلية التي يكون محتواها الملحي عالياً .
يكون الماء عادة نصف شفاف و يكون قعر البركة ماصاً جيداً للحرارة و عليه فان سقوط اﻷشعة الشمسية يسخن الطبقة السفلى و بما أنها ذات تركيز ملحي عالي فان الماء الساخن لا يطفو بل يبقى في القعر حيث تصل درجة حرارته لحدود ال90 درجة مئوية بينما تبقي درجة حرارة السطح حوالي 30 درجة مئوية فيستخدم الفرق الحراري لتوليد الكهرباء عبر مضخة حرارية أو محرك ستيرلينغ .
عن الكاتب
م.محمد نور زوكار
No comments:
Post a Comment