لماذا الشمس وكيف نستفيد منها كمصدرمجاني للطاقة ؟ - ساينسوفيليا
لماذا الشمس؟
مراجعة علمية :د. دينا فراج
عند التحدث عن الطاقة فيمكننا القول أنها العامل الضروري بالنسبة للبشرية في كل الجوانب سواء بيولوجية أو صناعية وغيرها……لكن بالنسبة لمصطلح الطاقة في الفيزياء فهي القدرة على القيام بالعمل.
والتي تكون موجودة في صورة حركية أو حرارية أو كهربائية أو كيميائية أو نووية أو غيرها وتلك أحد الصفات المميزة لها حيث إنها تستطيع التشكل بالعديد من الصور التي تتناسب ما يحتاجها ومن صفاتها أيضا أن الطاقة لا يمكن أن تخلق من العدم؛ بل يمكن تحويلها من صورة إلى أخرى.
وهذا يعني أن لدينا مصدران فقط للحصول على الطاقة اما مصدر غير متجدد أو مصدر متجدد.
بالنسبة للطاقة غير المتجددة فمعظم مصادرها هي الوقود الأحفوري ، مثل الفحم والغاز والنفط ، وهي مصدر للطاقة سينفذ في النهاية.
بينما الطاقة المتجددة (والتي تسمى أيضًا الطاقة البديلة) هي الطاقة القابلة للاستخدام المشتق من مصادر قابلة للتجديد مثل الشمس، الرياح، والأنهار ، والينابيع الساخنة ، والمد والجزر ، والوقود الحيوي، وبدون هذا المصدر قد نواجه أزمة كبرى في الطاقة وكارثة على صحة كوكبنا.
ومن هذا الصدد دعونا نهتم بالطاقة والاشعاع المنبعث من الشمس!
ولكن لماذا الشمس؟
إذا قمنا بحساب قدر الطاقة على واحد متر مربع من الأرض ثم قمنا بضربها في مساحة الأرض ستكون طاقة هائلة في حين أن الشمس أكبر من الأرض فهذا يعني أن الأرض تأخذ جزء بسيط من طاقة الشمس ومن هنا فالشمس تملك طاقة هائلة لا تنتهي، وهذا يرجع إلى احتواء الشمس على عنصر الهيدروجين ولكن في حالة البلازما المتأين و درجة حرارته هائلة
قام العلماء بابتكار طريقة للإستفادة من هذه الطاقة الشمسية ألا وهي تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء بشكل مباشر وذلك باستخدام الخلايا الشمسية ( والتي تسمى أيضًا الخلية الكهروضوئية) من خلال التأثير الكهروضوئي.
ويمكن أيضا تحويل الطاقة الشمسية بشكل غير مباشر باستخدام الطاقة الشمسية المركزة (CSP) بمساعدة العدسات أو المرايا وأنظمة التتبع لتركيز مساحة كبيرة من ضوء الشمس.
دعونا نلقي الضوء على الشكل المباشر لتحويل الطاقة الشمسية
فعلى عكس البطاريات أو خلايا الوقود ، لا تستخدم الخلايا الشمسية التفاعلات الكيميائية أو تتطلب وقودًا ( طاقة غير متجددة) لإنتاج الطاقة الكهربائية
إذن فما الذي تحتاجه الخلية الشمسية؟
نظرًا لأن معظم الطاقة في ضوء الشمس في النطاق المرئي للإشعاع الكهرومغناطيسي
● فيجب أن تكون الخلايا الشمسية فعالة في امتصاص الإشعاع عند تلك الأطوال الموجية.
● تتطلب المواد التي تمتص هذا الإشعاع أن تكون أشباه الموصلات والتي يمكنها أن تمتص كل الضوء المرئي الساقط بقوة نظرا لأنها طبقات رقية جدا .
● تشمل أمثلة المواد شبه الموصلة المستخدمة في الخلايا الشمسية السيليكون و زرنيخ والجاليوم وفوسفيد الإنديوم وسيلينيد الإنديوم والنحاس. ولكن يتم تصنيع الغالبية العظمى من الخلايا الشمسية من السيليكون وذلك بسبب زيادة الكفاءة وخفض التكلفة.
فكرة عمل الخلايا الشمسية!
عندما يسقط الضوء على خلية شمسية؛ فإن الإلكترونات الموجودة في طبقة السيليكون يتم تحفيزها من "الحالة الأرضية" منخفضة الطاقة إلى "حالة مثارة" أعلى، وتصبح مجموعة من الإلكترونات الحرة التي تمر من خلال طبقات الوصلات الثنائية
أهمية طبقات الوصلات الثنائية هي انتاج المجال الكهربائي
ويتكون هذا المجال الكهربائي من حركة جماعية للإلكترونات الحرة التي تتدفق عبر طبقات الدائرة الكهربائية الخارجية وهذا الذي يؤدي الى تحفيز مجالًا كهربائيًا داخليًا والذي ينتج التأثير الكهروضوئي
( والوصلة الثنائية هي عبارة عن قطعة الكترونية تتكون من رقاقتين "بلورتين" تصنع من مادة شبه موصلة , البلورة الأولى "N" تكون بنيتها غنية بالإلكترونات (سالبة) والبلورة الثانية "P" تكون غنية بالفجوات (موجبة) )
والتي بدونها تكون هذه الإلكترونات "الحرة" في حركة عشوائية وبالتالي لا يمكن أن يكون هناك تيار مباشر موجه.
وفى الأيام الحاليه يتم إستخدام الألواح الشمسية على نطاق واسع وسوف نتحدث عنها فى المقال القادم بأذن الله إنتظرونا.
المراجع:
- https://www.solarschools.net/knowledge-bank/non-renewable-energy
- https://www.britannica.com/science/energy
- https://www.britannica.com/technology/solar-cell
التعليقات على الموضوع