الصفحة الرئيسية » ما هي الطاقة الشمسية وكيف يتم توليد الكهرباء منها؟
الطاقة الشمسية: إن مصادر الطاقة المتجددة تحلّ تدريجياً محل الوقود الأحفوري كمصدر رئيسي لتأمين الطاقة. ويكفي أن نلقي نظرة على وتيرة نمو الطاقة الشمسية: ففي عام ٢٠٠٩ لم يُنتَج سوى نحو ٢١ تيراواط من الطاقة الشمسية، لكن هذا الرقم وصل بحلول عام ٢٠٢٠ إلى حوالي ٨٥٠ تيراواط!
مع الانخفاض الكبير في تكاليف تركيب الألواح الشمسية، تستفيد العديد من الشركات من هذه الفرصة لتقليل نفقاتها المتعلقة بالطاقة. ولعلّ ما يثير اهتمامك هو معرفة كيف تُنتَج الطاقة الشمسية ولماذا يُعَدّ استخدامها من أفضل الخيارات لتأمين الكهرباء التي تحتاجها أعمالك.
في هذه الأيام، أصبحت الطاقة الشمسية بديلاً قوياً للوقود الأحفوري، حيث تلبّي الحاجة إلى الطاقة دون أن تُنتِج غازات دفيئة أو تلوّثاً مائياً أو غيرها من الآثار البيئية الضارّة.
ونظراً لإمكانية تركيب الألواح الشمسية تقريباً في أي مكان — حتى في المناطق الباردة — واستمرار عملية إنتاج الطاقة ما دام ضوء الشمس متوفراً، فقد أصبحت هذه الطاقة واحدة من أكثر الخيارات اقتصاديةً واستدامة.
مقالة مقترحة: ما هو الوقود الحيوي وما هي استخداماته؟
توجد ثلاث طرق رئيسية للاستفادة من طاقة الشمس: الخلايا الكهروضوئية (Photovoltaics)، والتدفئة والتبريد الشمسي (SHC)، وأنظمة تركيز الطاقة الشمسية (CSP).
تقوم تقنية الخلايا الكهروضوئية، من خلال عملية إلكترونية، بتحويل ضوء الشمس مباشرةً إلى تيار كهربائي. ويمكن استخدام هذه الطريقة لتزويد مختلف الأجهزة بالطاقة — من الأجهزة الصغيرة مثل الآلات الحاسبة أو لوحات الإرشاد الطرقية وصولاً إلى المنازل وحتى المنشآت التجارية الكبيرة.
في المقابل، فإن التقنيتين الأخريين، وهما التدفئة والتبريد الشمسي (SHC) وتركيز الطاقة الشمسية (CSP)، تعتمدان على استغلال حرارة الشمس. تُستخدم أنظمة SHC عادةً في تدفئة المساحات أو تسخين مياه الاستخدام، بينما تقوم تقنية CSP بتركيز حرارة الشمس واستعمالها لتشغيل التوربينات المولِّدة للكهرباء.
مقالة مقترحة: الوقود والطاقة النظيفة
إذا تأمّلتَ في لوحٍ شمسي من قبل، فستلاحظ أنه يتكوّن من عدد كبير من المربّعات الصغيرة. هذه المربّعات هي الخلايا الشمسية أو الخلايا الكهروضوئية (PV). وعندما تتعرّض هذه الخلايا — المصنوعة عادةً من مواد مثل السيليكون — لأشعة الشمس، فإن جزءاً من الضوء يُمتَص بواسطة أنصاف النواقل.
وبالتالي، تؤدّي الطاقة الممتصّة إلى تحرير الإلكترونات داخل الخلايا لتبدأ بالحركة بحرية، مما يُولّد تياراً كهربائياً. ومع ذلك، فإن الطاقة التي تنتجها الخلايا الشمسية يجب تحويلها إلى كهرباء صالحة للاستخدام لكي يمكن تشغيل مختلف الأجهزة بها.
كيف تتحوّل الطاقة الشمسية إلى كهرباء؟
تولّد الألواح الشمسية نوعاً من التيار يُسمّى التيار المستمر (DC)، أي أنّ الكهرباء تسري فيه في اتجاه واحد فقط. غير أنّ التحدّي يكمن في أنّ معظم الأجهزة والمعدّات الكهربائية التي نستخدمها يومياً تعمل بالتيار المتناوب (AC)، وهو التيار الذي يمكن للإلكترونات فيه أن تغيّر اتجاه حركتها.
ولمزامنة الطاقة الشمسية مع هذه الأنظمة، يجب تحويل الكهرباء المُنتَجة بواسطة جهاز يُسمّى العاکس (Inverter) إلى تيار متناوب. وبعد هذا التحويل، تعمل الطاقة الشمسية تماماً مثل الكهرباء المنزلية، وبالتالي لا داعي للقلق بشأن أداء أجهزتك أو معدات عملك — فكل شيء سيعمل كما ينبغي.
على الرغم من أنّنا لا نزال بعيدين عن الاستغناء الكامل عن الوقود الأحفوري، فإن مصادر الطاقة المتجددة تقلّل تدريجياً من اعتمادنا على الموارد الملوِّثة. ففي عام ٢٠٢١، وفّرت مصادر مثل الرياح والشمس نحو ١٠٪ من الكهرباء على مستوى العالم. ويُظهِر هذا الاتجاه أنّ المسار نحو مستقبلٍ نظيف جارٍ بالفعل.
إلى جانب فوائدها البيئية، يمكن للطاقة الشمسية أن توفّر فرصاً كبيرة للشركات. وفيما يلي نستعرض المزايا الرئيسية لاستخدام هذا المصدر للطاقة:
١. الشمس، مصدر لا نهائي للطاقة
أبرز ميزة للطاقة الشمسية هي أنّ الشمس لن تنطفئ في وقت قريب. ويقدّر العلماء أنّها ستستمر في الإشعاع لما لا يقل عن ٥ مليارات سنة أخرى، لذا لا يوجد قلق بشأن نضوب هذا المصدر من الطاقة.
٢. كفاءة الألواح الشمسية في تحسّن مستمر
لقد شهدت كفاءة الألواح الشمسية نمواً ملحوظاً على مرّ السنين. ففي عام ٢٠١٢، لم تتجاوز أعلى كفاءة للخلايا الشمسية ١٨٪ تقريباً، لكن بحلول عام ٢٠٢٠ تمكّن باحثو NREL من تصنيع جهاز بكفاءة بلغت ٤٧.١٪. ورغم أنّ هذا الإنجاز لم يدخل بعد حيّز الإنتاج الضخم، فإن متوسّط مردود الألواح الشمسية حالياً يتراوح بين ١٥ و٢٠٪ — وهو ما يكفي لتأمين احتياجات الطاقة اليومية للعديد من الشركات.
٣. انخفاض ملموس في فواتير الطاقة
تُساعِد الألواح الشمسية الشركات على أن تكون أكثر قدرة على مواجهة تقلبات أسعار الكهرباء. فبما أنّ الكهرباء تُنتَج في الموقع نفسه، ينخفض الاعتماد على المزوّدين التقليديين وتتراجع التكاليف.
وفقاً لبيانات EnergySage، فإن الشركات التي كانت تستهلك نحو ١٩٥٠ دولاراً شهرياً من الكهرباء، انخفضت تكاليفها بعد تركيب نظام شمسي إلى حوالي ٥٠٠ دولار فقط. وإذا قام نظامك بإنتاج فائض من الطاقة، يمكنك حتى بيعه إلى الشبكة والحصول على دخل إضافي — علماً بأن هذا الأمر يختلف حسب القوانين المحلية للطاقة.
٤. الانخفاض الكبير في تكاليف التركيب
لقد انخفضت تكاليف تركيب الأنظمة الشمسية بشكل كبير خلال العقد الماضي. ووفقاً لتقرير وزارة الطاقة الأميركية، فقد تراجعت تكاليف التركيب بنسبة تصل إلى ٧٥٪ منذ عام ٢٠١٠ ولا يزال الاتجاه في انخفاض. وإضافةً إلى ذلك، فإن الألواح تدوم في المتوسط حتى ٢٥ سنة، بينما غالباً ما يتم استرداد كامل قيمة الاستثمار خلال السنوات الخمس إلى السبع الأولى — وبعدها تصبح الكهرباء شبه مجانية.
٥. صيانة بسيطة و منخفضة التكلفة
الألواح الشمسية لا تتطلّب الكثير من أعمال الصيانة. فهي لا تحتوي على أجزاء متحرّكة وتتمتّع بمقاومة عالية للظروف المناخية. وعادةً ما يكفي تنظيفها مرّة أو مرّتين في السنة لتبقى في أفضل أداء لها. وهذا يعني أنّ تكاليف الصيانة الجارية منخفضة جداً.
٦. تقليل البصمة الكربونية والتوافق مع البيئة
تُعَدّ الشمس واحدة من أنظف مصادر الطاقة في العالم. وعلى عكس الوقود الأحفوري، فإن الطاقة الشمسية لا تُسبّب تلوث الهواء ولا توليد الغازات الدفيئة. كما أنّ البصمة الكربونية للألواح الشمسية أقل بما يصل إلى ٢٠ ضعفاً مقارنةً بمحطات الفحم.
لا يقتصر هذا الجانب على البيئة فقط. ففي استطلاع أجرته Statista، صرّح ٤٥٪ من المستهلكين بأنهم يفضّلون الشراء من علامات تجارية تعمل بشكل مستدام، بينما قال ٩٢٪ إنهم يثقون أكثر بالشركات التي تتصرّف بوعي تجاه البيئة والمجتمع. وبالتالي، فإن استخدام الطاقة الشمسية يمكن أن يشكّل ميزة تنافسية حقيقية في السوق.
٧. تعزيز أمن الطاقة والاستقلال عن الشبكة
مع تزايد تقلبات أسعار الوقود الأحفوري ومخاطر انقطاع الكهرباء، فإن الاعتماد على الطاقة الشمسية يمكن أن يعزّز أمن الطاقة لشركتك. فبما أنّك لم تَعُد تعتمد على المزوّدين التقليديين، فإن تقلبات السوق سيكون تأثيرها عليك أقل بكثير.
كذلك، إذا كان لديك نظام لتخزين الطاقة، يمكنك حفظ فائض الكهرباء لاستخدامه عند الحاجة — مثل الأيام الغائمة أو عند انقطاع الشبكة — مما يضمن لك تأميناً مستقراً وموثوقاً للكهرباء.
في السنوات الأخيرة، أدى النمو الملحوظ في التقنيات المرتبطة بالطاقة الشمسية إلى تمهيد الطريق للاستفادة الواسعة من هذا المصدر النظيف. وبناءً على السياسات العالمية المعتمدة في مجال الطاقة، يُعَدّ استخدام محطات الطاقة الشمسية والرياح والطاقة الحرارية الجوفية خياراً مبرَّراً ومجدياً من الناحية الاقتصادية.
إن استغلال الإمكانات الهائلة لمصادر الطاقة المتجددة لن يكون ممكناً إلا بتوفّر بنى تحتية مناسبة مثل التكنولوجيا المتقدّمة، ورأس المال الأوّلي، والكوادر البشرية المتخصّصة، إضافةً إلى وجود سياسات طويلة الأمد لدعم هذا القطاع.
تتمتّع إيران، من بين موارد الطاقة المتجددة المتنوعة، بقدرات استثنائية في مجال الطاقة الشمسية. وقد جعل ذلك أنظار المستثمرين المحليين والأجانب تتجه نحو تطوير البنية التحتية الشمسية في البلاد. فإيران، بمساحة تتجاوز ١.٦ مليون كيلومتر مربع وحوالي ٣٠٠ يوم مشمس في السنة، تتلقى معدّل إشعاع شمسي يقارب ٢٢٠٠ كيلوواط/ساعة لكل متر مربع — وهو ما يعادل تقريباً ضعفي ما تحصل عليه ألمانيا، التي تُعَدّ من الدول الرائدة في استغلال الطاقة الشمسية.
إذا خُصِّص فقط ١٪ من مساحة البلاد لتركيب ألواح شمسية بكفاءة ١٠٪، فسيكون بالإمكان إنتاج نحو ٩ ملايين ميغاواط/ساعة من الطاقة يومياً. وكانت الحكومة الإيرانية قد أعلنت في عام ٢٠١٢ عن هدف يتمثّل في تركيب قدرة توليد كهرباء تصل إلى ٥٣٬٠٠٠ ميغاواط.
تحقيق هذا الهدف كان مُخطَّطاً له بالاعتماد على المشاركة الفعّالة للمنتجين المستقلّين وجذب الاستثمارات المحلية والدولية. ووفقاً لما نصّ عليه برنامج التنمية الاقتصادية والاجتماعية والثقافية الخامس للبلاد، كان متوقَّعاً أن يوفّر القطاع الخاص ما لا يقل عن ٢٧٠ ميغاواط من القدرة المطلوبة لمصادر الطاقة المتجددة.
استناداً إلى الدراسات الفنية والفحوصات الدقيقة، بما في ذلك الظروف المناخية، والإشعاع الشمسي المباشر، والمواقع الجغرافية المناسبة، قُدِّرَت القدرة الكامنة لإنتاج الكهرباء الشمسية في البلاد بحوالي ١٤.٧ تيراواط/ساعة.
مع الأخذ في الاعتبار النمو السنوي بنسبة ٨.٩٪ في طلب الكهرباء بالبلاد بين عامي ٢٠٠١ و٢٠٠٧، من المتوقّع أن تشكّل مصادر الطاقة المتجددة نحو ٢٪ من إجمالي قدرة توليد الكهرباء في إيران بحلول عام ٢٠٣٠. كما يُتوقَّع أن تصل القدرة المركَّبة للخلايا الشمسية آنذاك إلى ٢.٨ غيغاواط — وهو هدف يتطلّب استثمارات تزيد على ٢.٨ مليار دولار.
حالياً، تعمل محطات الطاقة الشمسية صغيرة النطاق في مدن مثل شيراز، سمنان، طالقان، يزد، طهران، همدان وخراسان. ومن بينها، تتصدّر يزد بأعلى قدرة مركَّبة حيث تنتج نحو ٥٨.٥ ميغاواط من الكهرباء الشمسية. وتأتي بعدها محافظتا فارس وهمدان في المرتبتين الثانية والثالثة على التوالي. وتشير الدراسات إلى أن محافظة قزوين تمتلك أيضاً قدرة عالية على تطوير محطات شمسية جديدة.
مقالة مقترحة: ما هو الوقود الأخضر وكيف يتم إنتاجه؟
من بين المخاوف الشائعة لدى الشركات بشأن الألواح الشمسية هو ما إذا كانت هذه الأنظمة تعمل في الظروف الجوية الغائمة أو الممطرة — مثل أيام الشتاء الباردة — أم أنّها مفيدة فقط في الأيام الحارة والمشمسة.
الخبر السار هو أنّ الألواح الشمسية تواصل عملها بغضّ النظر عن الظروف الجوية.
صحيح أنّ هذه الألواح تحقق أعلى مردود لها في الأيام المشمسة والمضيئة، لكنها قادرة أيضاً على إنتاج الكهرباء حتى في الصباحات الغائمة أو الأيام القصيرة من فصل الشتاء. وبطبيعة الحال، ينخفض حجم إنتاج الطاقة في هذه الظروف، غير أنّه لا يتوقّف بشكل كامل.صحيح أنّ هذه الألواح تحقق أعلى مردود لها في الأيام المشمسة والمضيئة، لكنها قادرة أيضاً على إنتاج الكهرباء حتى في الصباحات الغائمة أو الأيام القصيرة من فصل الشتاء. وبطبيعة الحال، ينخفض حجم إنتاج الطاقة في هذه الظروف، غير أنّه لا يتوقّف بشكل كامل.
والأكثر إثارة للاهتمام أنّ المطر يمكن أن يساهم في تحسين أداء الألواح، إذ يقوم بغسل الغبار أو الأوساخ عن سطحها، مما يسهل مرور الضوء ويرفع من كفاءتها.
من المثير للاهتمام أن تعلم أنّ الألواح الشمسية تعمل بكفاءة أفضل في الأجواء الباردة. فعادةً ما تحقق هذه الأنظمة أعلى مردود لها في نطاق حراري يتراوح بين ١٥ و٣٥ درجة مئوية.
مع ارتفاع درجات الحرارة فوق هذا النطاق، قد تتأثر كفاءة الألواح الشمسية سلباً. ووفقاً لتقرير شركة CED Greentech، فإن مردود الألواح في درجات الحرارة المرتفعة جداً قد ينخفض بنسبة تتراوح بين ١٠ و٢٥٪.
المواقع المرتبطة
الوصول السريع
تأسست شركة بترو أيمن شريف الهندسية الفنية عام 1389هـ.ش على يد مجموعة من المهندسين والمتخصّصين خرّيجي أرقى الجامعات الإيرانية، الذين يؤمنون بشعار «الإرادة هي الخَلْق»، وبخطوات متسارعة في المسارات العلمية في مجال البيئة.
طهران – سعادة آباد – ميدان كاج – زقاق الثاني عشر (علي أكبر) – مبنى رقم 5
طهران – سعادة آباد – شارع علامة الجنوبية – زقاق 38 الغربي – مبنى رقم 1
من السبت إلى الأربعاء: من الساعة 8:15 صباحًا -16:30 مساءً الخميس: من الساعة 8:15 صباحًا -13:00 ظهرًا
جميع الحقوق المادية والمعنوية للمحتوى محفوظة لشركة بترو أيمن شريف (بيشكو). ©
لطفا فرم زیر را به دقت پر کنید تا مشاورین ما در اسرع وقت با شما تماس حاصل فرمایند.
يرجى تقديم النموذج أدناه للحصول على شاورينا في أقرب وقت للتواصل معك.