برامج اصدقاء العاب ابحاث مشكلات دردشه كل ما هو جديدفى عالم الموضه الازياء الجمال

الاثنين، 27 يوليو، 2009

الطاقة الشمسية

تعد الشمس أقرب النجوم إلى الأرض وتحوي من الأسرار والغرائب أكثر بكثير مما أكتشف العلماء، وان طبيعة شمسنا ككرة غازية ملتهبة بدلا من أن تكون جسما صلبا جعل لها بعض الحقائق العجيبة منها: إنها تدور حول محورها بطريقة مغايرة تماما لطريقة دوران الكواكب الصلبة ، فوسط الشمس " خط استوائها " يدور حول المحور دورة كاملة في 25 يوما بينما تطول هذه المدة في المناطق شمال وجنوب خط الإستواء حتى تصل إلى حوالي 37 يوما عند القطبين ، أي أن الشمس في هذه الحالة تدور وكأنها تفتل فتلاً وطريقة دورانها تسمى الدوران التفاضلي. ( Differential Rotation)، أي الدوران المغزلي ولعل هذه الحركة التي وصفها ابن عباس عندما قال عن الشمس إنها تدور كما يدور المغزل، وهذا بالتالي يؤدي إلى تداخل خطوط القوى المغناطيسية الموجودة على سطحها بطريقة معقدة جدا وهذه بدورها ومع مرور الزمن تؤثر بشكل قوي على ظهور بعض الظواهر الشمسية مثل الكلف الشمسي
وتنتفض الشمس وتهتز مثل " الجيلي " جاء هذا الاكتشاف في دراسة أعدت سنة 1973 عندما حاول العالم ( R.H.Dicke ) قياس قطر الشمس بين القطبين وعند خط الإستواء ليتأكد إذا كان هناك أي تفلطح للشمس، أي أن قطرها عند القطبين أقل منه عند خط الإستواء والعكس صحيح فأطلق التعبير أن الشمس تهتز مثل " الجيلي" إلا أن هذا الاهتزاز مسافته لا تزيد عن 5 كيلومتر وبسرعة 10 أمتار في الثانية وهذه بالطبع تحتاج إلى أجهزة بالغة في الدقة والتعقيد لاكتشافها ثم اكتشف بعد ذلك فريق من العلماء الروس والبريطانيين سنة 1976 بان هناك "اهتزازات " أخرى،( Oscillations ) للشمس إحداهما تحدث كل خمسين دقيقة والأخرى تحدث كل ساعتين وأربعين دقيقة، وأصبح الان ما يسمى بعلم " الزلازل الشمسية " ذا أهمية قصوى في علم الفلك لتعلم أسرار الشمس والتي مازال هناك الكثير لفك اسرارها وخفاياها.
الشمس مصدر الدفء والضياء على الأرض وبدون الشمس تنمحى الحياة على الأرض. فالطاقة الشمسية لازمة للحياة النباتية والحيوانية ، كما أن معظم الطاقات الأخرى الموجودة على الأرض مثل الفحم والبترول والغاز الطبيعى والرياح ما هى إلا صور مختلفة من الطاقة الشمسية. وقد يندهش القارىء إذا ما علم أن الشمس التى هى عماد الحياة على الأرض والتى قدسها القدماء لهذا السبب، ما هى إلا نجما متوسطا في الحجم والكتلة واللمعان، حيث توجد في الكون نجوم أكبر من الشمس تعرف بالنجوم العملاقة، كما توجد نجوم أصغر من الشمس تعرف بالنجوم الأقزام. وكون الشمس نجماً وسطاً يجعلها أكثر أستقراراً الأمر الذى ينعكس على استقرار الحياة على الأرض. فلو زاد الإشعاع الشمسى عن حد معين لأحترقت الحياة على الأرض ولو نقص الإشعاع الشمسي عن حد معين أيضاً لتجمدت الحياة على الأرض .
والشمس هي أقرب النجوم إلى الأرض، وهى النجم الوحيد الذى يمكن رؤية معالم سطحه بواسطة المنظار الفلكي. أما باقى النجوم فيصعب حتى الآن مشاهدة تفاصيل أسطحها نظراً لبعدها السحيق عنا. فلوا أستخدمنا أكبر المناظير في العالم نرى النجوم كنقط لامعة وبدون تفاصيل، أما لو استخدمنا منظاراً متوسطاً في القوة لرأينا مساحات على سطح الشمس تساوي مساحة مصر تقربياً. وعلى سبيل المثال والمقارنة نجد أن متوسط بعد الشمس عن الأرض يساوى 93 مليون ميل ويعرف بالوحدة الفلكية لقياس المسافات في الكون وتساوي 147.6 مليون كم .
أما أقرب نجم أو شمس لنا بعد شمسنا يقدر بعده بحوالى 4.2 سنة ضوئية أى يعادل حوالى 42 مليون مليون كيلو متر، بينما المسافة الزمنية التي يقطعها الضوء ليصل إلينا من الشمس هو ثمانية دقائق ونصف وهذه المسافة اذا ما قورنت بأقرب نجم تعتبر قصيرة ولكنها بحساباتنا الأرضية هائلة وتبلغ ما مجموعه لو درنا حول الأرض أربعة آلاف مرة تقريباً.
وهذه الكرة الشمسية المستديرة تحوي كمية هائلة من الغاز الملتهب المتماسك والشديد الحرارة، وهناك في بعض الأحيان تبدو الشمس وكأنها تلبس حلقة وردية من النتوءات وهو عبارة عن ضوء شاحب وردي حول الشمس كالتاج، يسمى الشواضي الشمسية، يعلوه طبقة من الغاز الحار اللؤلؤي المنتشر يصورة رقيقة في الفضاء ويدعى الأكليل الشمسي.
وعلماء الفلك يستطيعون رؤية الشواضي الشمسية والأكليل وكذلك كلف الشمس التي هي على شكل بقع سوداء تظهر أحياناً على سطح الشمس بأستخدام الآلات والمراصد فلكية.
[عدل] مراحل حياة الشمس
تكونت الشمس من سديم أو سحابة غازية في مجرة درب التبانة منذ حوالي خمسة بلايين سنة وأخذت تشع بإستمرار منذئذ مستهلكة حوالي سبعة ملايين طن من المادة في الثانية عندما يكون الهيدروجين في قلبها قد تحول إلى هيليوم نتيجة الإندماج النووي وسينقبض قلبها وترتفع درجة الحرارة في قلبها نتيجة عملية التفاعلات النووية لغاز الهليوم وتتنفخ طبقاتها الخارجية ويتغير لونها وبانتفاخها تصبح عملاقاً أحمر يصل قطره أفلاك الكواكب القريبة منها، وستبتلع كل من كوكبي عطارد و الزهرة وتكون الأرض ضمن جوها وعندما يبدأ الهيليوم بالتحول إلى كربون سيتغير لون الشمس من الأحمر إلى الأصفر وتدخل مرحلة أخرى من حياتها فاقدة طبقاتها الخارجية من المواد نتيجة تمددها، ويتقلص داخلها بإستمرار ثم تنهار طبقاتها الداخلية، وبعدها تصبح قزماً أبيض.
[عدل] طاقة شمسية
الطاقة الشمسية هي الطاقة الأم فوق كوكبنا، حيث تنبعث من أشعتها كل الطاقات المذكورة سابقاً لأنها تسير كل ماكينات وآلية الأرض بتسخين الجو المحيط واليابسة وتولد الرياح وتصريفها، وتدفع دورة تدوير المياه، وتدفيء المحيطات، وتنمي النباتات وتطعم الحيوانات. ومع الزمن تكون الوقود الإحفوري في باطن الأرض. وهذه الطاقة يمكن تحويلها مباشرة أو بطرق غير مباشرة إلى حرارة وبرودة وكهرباء وقوة محركة. تعتبر أشعة الشمس أشعة كهرومغناطيسية ، و طيفها المرئي يشكل 49% منها، والغير مرئي منها يسمى بالأشعة الفوق البنفسجية ، ويشكل 2%، و الأشعة تحت الحمراء 49%.
الطاقة الشمسية تختلف حسب حركتها و بعدها عن الأرض، فتختلف كثافة أشعة الشمس وشدتها فوق خريطة الأرض حسب فصول السنة فوق نصفي الكرة الأرضية و بعدها عن الأرض و ميولها و وضعها فوق المواقع الجغرافية طوال النهار أو خلال السنة، وحسب كثافة السحب التي تحجبها، لأنها تقلل أو تتحكم في كمية الأشعة التي تصل لليابسة، عكس السماء الصحوة الخالية من السحب أو الأدخنة. وأشعة الشمس تسقط علي الجدران والنوافذ واليابسة والبنايات والمياه، وتمتص الأشعة وتخزنها في كتلة (مادة) حرارية Thermal mass. هذه الحرارة المخزونة تشع بعد ذلك داخل المباني. تعتبر هذه الكتلة الحرارية نظام تسخين شمسي يقوم بنفس وظيفة البطاريات في نظام كهربائي شمسي (الفولتية الضوئية). فكلاهما يختزن حرارة الشمس لتستعمل فيما بعد.
والمهم معرفة أن الأسطح الغامقة تمتص الحرارة ولا تعكسها كثيراً، لهذا تسخن. عكس الأسطح الفاتحة التي تعكس حرارة الشمس، لهذا لا تسخن. والحرارة تنتقل بثلاث طرق ،إما بالتوصيل conduction من خلال مواد صلبة، أو بالحمل convection من خلال الغازات أو السوائل، أو بالإشعاع radiation. من هنا نجد الحاجة لإنتقال الحرارة بصفة عامة لنوعية المادة الحرارية التي ستختزنه،, لتوفير الطاقة و تكاليفها. لهذا توجد عدة مباديء يتبعها المصممون لمشروعات الطاقة الشمسية، من بينها قدرة المواد الحرارية المختارة لتجميع وتخزين الطاقة الشمسية حتى في تصميم المباني واختيار مواد بنائها حسب مناطقها المناخية سواء في المناطق الحارة أو المعتادة أو الباردة. كما يكونون علي بينة بمساقط الشمس علي المبني والبيئة من حوله كقربه من المياه واتجاه الريح والخضرة ونوع التربة، والكتلة الحرارية التي تشمل الأسقف والجدران وخزانات الماء. كل هذه الإعتبارات لها أهميتها في إمتصاص الحرارة أثناء النهار وتسربها أثناء الليل.

تعتبر الطاقة الشمسية الطاقة الأم فوق كوكب الأرض حيث تنشأ من أشعتها كل الطاقات على الأرض . ومن الطاقة الشـمسية تكوّن كل ما في الأرض مخزون من فحم و نفط عبر ملايين السنين الغابرة . والطاقة تسير كل ماكينات و آلية الأرض بتسخين الجو المحيط واليابسة وتولد الرياح وتصريفها ، وتدفع دورة تدوير المياه ، و تدفيء المحيطات ،و تساعد على نمو النباتات و إطعام الحيوانات . و مع الزمن تكون الوقود الإحفوري في باطن الأرض . وهذه الطاقة يمكن تحويلها مباشرة أو بطرق غير مباشرة لحرارة و برودة و كهرباء و قوة محركة .وأشعة الشمس أشعة كهرومغناطيسية.و طيفها المرئي يشكل 49% و الغير مرئي كالأشعة الفوق بنفسجية يشكل 2% و الأشعة دون حمراء 49%. و الطاقة الشمسية تختلف حسب حركتها و بعدها من الأرض.كما تصل إلى المنازل عبر الألواح الشمسية و تختلف كثافة أشعة الشمس و شدتها فوق خريطة الأرض حسب فصول السنة فوق نصفي الكرة الأرضية و بعدها عن الأرض و ميولها و وضعها فوق المواقع الجغرافية طوال النهار أو خلال السنة، و حسب كثافة السحب التي تحجبها. لأنها تقلل أو تتحكم في كمية الأشعة التي تصل لليابسة . عكس السماء الصحوة الخالية من السحب أو الأدخنة. وأشعة الشمس تسقط علي الجدران والنوافذ واليابسة والبنايات والمياه، وتمتص الأشعة وتخزنها في كتلة حرارية Thermal mass(مادة للتخزين). وهذه الحرارة المخزونة تشع بعد ذلك داخل المباني . وتعتبر هذه الكتلة الحرارية نظام تسخين شمسي يقوم بنفس وظيفة البطاريات في نظام كهربائي شمسي يسمى الفولتية الضوئية ( Photovoltaic ).فكلاهما يختزن حرارة الشمس لتستعمل فيما بعد. والمهم معرفة أن الأسطح الغامقة وعلى الأخص الأسطح السوداء تمتص الحرارة بشدة ولا تعكسها كثيرا ، لهذا تسخن . بعكس الأسطح الفاتحة أو البيضاء اللون التي تعكس حرارة الشمس لهذا لا تسخن . و الحرارة تنتقل بثلاث طرق ،إما بالتوصيل conduction من خلال مواد صلبة، أو بالحمل الحراري convection بواسطة الغازات أو السوائل ، أو بالإشعاع radiation. و من هنا نجد الحاجة لإنتقال الحرارة بصفة عامة لنوعية المادة الحرارية التي ستختزنها، لتوفير الطاقة و تكاليفها . و توجد عدة مباديء يتبعها المصممون لمشروعات الطاقة الشمسية ، من بينها قدرة المواد الحرارية المختارة علي تجميع وتخزين الطاقة الشمسية ، وينطبق ذلك أيضا على تصميم البنايات واختيار مواد بنائها حسب مناطقها المناخية سواء في المناطق الحارة أو المعتدلة أو الباردة . كما يكونون علي بيـّنة بمساقط الشمس علي المبني و البيئة من حوله كقربه من المياه مع مراعاة اتجاه الريح والخضرة المحيطة ونوع التربة ، والكتلة الحرارية التي تشمل الأسقف والجدران و خزانات الماء. كل هذه الإعتبارات لها أهميتها في امتصاص الحرارة أثناء النهار وردّها ثانية أثناء الليل.
محتويات
[إخفاء]
• 1 الشمس والأرض
• 2 مشروعات للطاقة الشمسية في الصحراء الكبرى
• 3 تعريف الخلايا الشمسية
• 4 تقنية التبريد الشمسي
• 5 انظر أيضاً
• 6 معلومات إضافية

[عدل] الشمس والأرض
تستقبل الأرض يوميا 174 بيتا وات من أشعة الشمس في الطبقات العليا للغلاف الجوي ، عند تقابل أشعة الشمس مع الغلاف الجوي تنعكس منها 6% ويُمتص 16% ، مع ملاحظة أن ظروف الطقس الطبيعية كال( سحب ، غيوم ، تلوث) تنقص بشدة من أشعة الشمس أثناء تنقلها عبر الغلاف الجوي بمقدار 20% بسبب الانعكاس و 3% بسبب الامتصاص . هذه الظروف الجوية لا تقلل فقط من كمية الطاقة الواصلة لسطح الأرض ولكن تنشر أيضا قرابة 20% من الضوء القادم وترشح نصيب من طيفه . بعد المرور خلال الغلاف الجوي . نصف أشعة الشمس تقريباً تصبح في الطيف الكهرومغناطيسي المرئي مع النصف الآخر غالبا في طيف الأشعة تحت الحمراء (و جزء صغير يكوّن أشعة فوق بنفسجية) . امتصاص الطاقة الشمسية عن طريق الحمل الحراري بالغلاف الجوي ( ناقل الحرارة الحساسة) و التبخُر والتكثيف لبخار الماء (ناقل الحرارة الكامنة) يدفع دورة الماء الطبيعية ويجري الرياح . ضوء الشمس الممتص عن طريق الرياح والكتل الأرضية يُبقي سطح الأرض على درجة حرارة في معدل 14 درجة مئوية . وتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية بواسطة التمثيل الضوئي في النيات و الطعام المنتج و الأخشاب و الأماكن التي يستخرج منها الوقود الحفري . أشعة الشمس تعمل على الموازاة مع مصادر شمسية ثانوية كالرياح وحركة الأمواج ، وهي المتسببة في تكون الحفريات الحيوية مثل الفحم والبترول . وتقدّر الطاقة الشمسية ب 99.9% من فيض الطاقة المتجددة على الأرض . ويلاحظ أن كمية الطاقة الشمسية في البيئة ضخمة بما يكفي لتلبية احتياجات البشر من الطاقة. كما يرجع الإنتاج كهرومائي من الأنهار أيضاً للشمس.
• كمية الطاقة الشمسية الكلية الممتصة بواسطة الغلاف الجوي ، المحيطات ، المتكتلات الأرضية تقدر بحوالي 3850 زيتاجولز (ز.ج) zetta Joule في العام.
• طاقة الرياح الكامنة تقدر بحوالي 2.25 (ز.ج) بالعام .
[عدل] مشروعات للطاقة الشمسية في الصحراء الكبرى


مشروعات إقريقية-أوروبية لاستغلال الطاقة الشمسية بشمال أفريقيا


إنتاج الطاقة الشمسية بطريقة تركيز الأشعة على برج تسخين


إنتاج الطاقة الشمسية بطريقة تركيز الأشعة على أنابيب المياة
تسقط الطاقة في المناطق الحارة من أفريقيا وعلي الأخص في الصحراء الكبرى فترتفع درجة الحرارة إلى مايزيد عن 45 درجة مئوية. أي أن كل مترمربع من الصحراء يتلقى من الشمس طاقة تتعدى 1000 وات، الشيئ الذي دعى بلدان أوروبية مثل فرنسا وألمانيا في التفكير في استغلال تلك الطاقة مستقبلا لإمدادها بالطاقة الكهربائية عبر البحر الأبيض المتوسط . وقد بيـّنت الحسابات الأولية أن مساحة من الصحراء قدرها 16.000 كيلومتر مربع مغطاة بالمرايا المقعرة المستطيلة (انظر الصورة أسفله ) تستطيع إنتاج طاقة تكفي لتزويد القارة الأوروبية كلها بالطاقة الكهربائية . ونوقشت تلك المشروعات خلال اجتماعات دول المشاركة العربية الأوروبية . ومن حسن حظ الدول الواقعة في الصحراء الكبرى أنها يمكن أن تستغل تلك الطاقات بنفسها ، فهي لا تحتاج لإنشاء شبكة لكهرباء الضغط العالي بعيدة عن مراكز الإنتاج كما هو الحال عند تصدير التيار إلى أوروبا عبر البحر الأبيض المتوسط . حيث يضيع قدر هائل في الطريق . لهذا تفكر البلاد الأوروبية في ابتكار و تنفيذ تكنولوجيا جديدة لنقل التيار الكهربائي عن طريق كابلات التيار المستمر .
• إنتاج الطاقة بوساطة الطاقة الشمسية يعمل أثناء سطوع الشمس ، وعندما يأتي الليل فهي لا تـُنتج ، لهذا فهذة الطريقة لاستغلال الطاقة المتجددة تحتاج إلى وسيلة لتخزين الطاقة أثناء النهار بحيث يمكن استهلاكها بعد غيات الشمس ، أو يمكن أيضا إنشاء محطات معتادة للطاقة إلى جانب المحطات الشمسية بحيث يستمر إنتاج الكهرباء ليلا و نهارا بدون انقطاع.
• ومن ناحية أخرى فوسائل تخزين كتلة حرارية خلال عمل المحطة الشمسية في ساعات النهار عديدة ، أبسطها هو تخزين الماء الساخن للاستعمال في البيوت والمصانع ، هذا في حد ذاته يوفر استهلاك موارد قيمة لهذا الغرض . كذلك يمكن تخزين الحرارة في أملاح ذات درجة ذوبان عالية و يكون لها معامل حرارة كامنة مرتفع ، ويمكن سحب تلك الطاقة في وقت غياب الشمس . كما توجد طريقة تسمح بتخزين الكهرباء ، ألا وهي طريقة الكهرمائية ، ويكون ذلك عن طريق ضخ المياه إلى أعلى في خزانات كبيرة على هيئة بحيرات خلال ساعات النهار ، وإنتاج الكهرباء من الخزان بواسطة التوربينات في وقت الليل.
• تقوم مصر حاليا بإنشاء محطة مزدوجة للطاقة تربط بين إنتاج الطاقة الكهربائية بالمرايا الشـمسية وبالغاز في منطقة تقع نحو 100 كيلومترات جنوبا من القاهرة. ستعمل المحطة الشمسية ب 53000 وحدة من المراياالمقعرة بارتفاع 6 متر ، حيث تـُركز أشعة الشمس على أنابيب امتصاص مثبتة على طول خط بؤرة المرايا . سترتفع درجة حرارة الماء المار داخل الانابيب إلى نحو 400 درجة مئوية . ويُستغل البخار الناتج في إنتاج التيار الكهربائي بوساطة توربين و مولد كهربائي . سيعمل التيار الكهربائي الناتج على تخفيض طاقة المحطة العاملة بالغاز . فطاقة المحطة الشمسية تقدر بنحو 20 ميجاوات( مليون وات ) ، وبذلك يرتفع الإنتاج الكلي للمحطة إلي 150 ميجاوات . وطبقا لخطة الإنشاء فسوف تعمل المحطة عام 2010 وينضم إنناجها إلى شبكة التوزيع الكهربائي قي تلك المنطقة .
[عدل] تعريف الخلايا الشمسية
إن الخلايا الشمسية هي عبارة عن محولات فولتضوئية تقوم بتحويل ضوء الشمس المباشر إلي كهرباء ، وهي نبائظ شبه موصلة وحساسة ضوئياً ومحاطة بغلاف أمامي وخلفي موصل للكهرباء .
لــقد تم إنــماء تقنيات كثيرة لإنـتــاج الخلايـا الشمسيـــة عبر عــــمــليات متسلسلة من المعالجات الكيميائية والفيزيائية والكهربــائيـــة عـــلى شكــل متكاثف ذاتي الآليــــة أو عالي الآلية ، كمـــا تـم إنماء مــــواد مختلفـــة من أشبــاه الموصلات لتصنيع الخلايـــا الشمسية على هيئة عناصر كعنصر السيليكون أو على هيئة مركبات كمركب الجاليوم زرنيخ وكربيد الكادميوم وفوسفيد الأنديوم وكبريتيد النحاس وغيرها من المواد الواعدة لصناعة الفولتضوئيات
[عدل] تقنية التبريد الشمسي
ظهرت حديثا تقنية جديدة غريبة لاستخدام الطاقة الشمسية ، يمكن ترجمتها باسم *التبريد الشمسي* . و لقد بدأ بالفكرة وتصميم أول جهاز للتبريد باستعمال الطاقة الشمسية العالم الياباني Sanyo الذي صمم أول لوح من هذه الألواح التي تبلغ مساحتها 16 متر مربع . و يتلخص سر التقنية المذكورة في أن الألواح الشمسية تلتقط وتجمّع الطاقة الشمسية .بعد ذلك يتم تحويله إلى طاقة كهربائية التي تشغل بدورها طلمبة تقوم بدورة التبريد ، كما يمكن بها التدفئة أيضاً.
مكونات الكتلة الضوئية

هيدروجين
73.46 %
هيليوم
24.85 %
أوكسجين
0.77 %
كربون
0.29 %
حديد
0.16 %
كبريت
0.12 %
نيون
0.12 %
ازوت
0.09 %
سيليكون
0.07 %
مغنيزيوم
0.05 %
الحرارة الكامنة هي كمية من الحرارة الازمة لتحويل المادة من حالة إلى أخرى لكل واحد كيلو جرام من المادة، وتعتبر من الخصائص المميزة للمادة، (أي من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة أو إلى الحالة الغازية)، وحدة قياسها هي الجول.
و هذا التعريف يرجع إلى جوزيف بلاك في عام 1750 . والكلمة مستنبطة من الكلمة اللأتينية latere والتي تعني كامن أو مختبئ . إلا ان هذا التعريف قد استبدل حديثا بتعبير إنثالبي التحول .
مثلاً : الحرارة الكامنة حرارة تبخر ، وبالنسبة للماء هي كمية الحرارة اللازمة لتبخير واحد كيلو جرام من الماء . ومن المعروف أن الماء يتبخر في ظروف الضغط العادي عند درجة حرارة ثابتة وهي 100 درجة مئوية. وعند 100 درجة مئوية تظل درجة الحرارة ثابتة حتي يتحول كل الماء إلى بخار .
كذلك توجد لكل سائل سواء كان ماءا أو زئبقا أو نحاسا حرارته الخاصة به للبخر. وبالتالي فكل مادة لها حرارة تبخر أو غليان وحرارة إنصهار أو تجمد و يمكن تعيينها معمليا.

و هناك كمية حرارة أخرى للحرارة الكامنة وهي حرارة كامنة للتجمد حرارة إنصهار . وهي كمية الحرارة اللآزمة لتحويل 1 كيلوجرام من المادة الصلبة ، مثل الحديد من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة . وهذا يحدث عند درجة حرارة معينة تختلف من مادة لمادة .
والمميز لذلك التحول من حالة إلى حالة أنه يحدث دائما عند درجة حرارة ثابتة . أي أننا بتبريد الماء مثلا إلى درجة الصفر ، يبدأ الماء في التحول إلى ثلج . وتظل درجة الحرارة ثابتة عند درجة الصفر المئوي رغم استمرارنا في التبريد , ولا تبدأ درجة الحرارة في الهبوط ثانيا إلا بعد تحول كل الماء إلى ثلج.
وخلال تحول المادة الصلبة إلى سائل وكذلك عند تحول السائل إلى الحالة الغازية لا بد من تزويد المادة بحرارة من الخارج ، ولهذا يسمى هذا النوع من العمليات بأنها تمتص الحرارة Endothermic. وبالعكس ، عندما يتحول الغاز إلى سائل ، أوالسائل إلى الحالة الصلبة ينتج عن ذلك حرارة ولذلك نقول عن ذلك النوع من التحول أنه يـُصدر حرارة أو مصحوبا بإنتاج حرارةExothermic.
وعلى سبيل المثال عندما يتحول جزيئا للماء من حالة السيولة إلى بخار فإن سطح الماء يفقد شيئا من الحرارة وتنخفض درجة حرارة الماء . ذلك لأنه تلزم طاقة للتغلب على القوي الرابطة بين الجزيئات في الوسط السائل ، بحيث يتحرر الجزيئ ويغادر سطع الماء . وعند تكثف جزيئ الماء وعودته وارتباطه بالماء ثانيا ، فإنا يطلق تلك الحرارة ويعيدها إلى الماء ، تلك الحرارة التي اكتسبها من قبل عندما تحول إلى بخار .
وبسبب الحرارة الكامنة (إنثالبي Enthalpie ) العالية المقدار لتكثيف بخار الماء فهو يعتبر وسط ممتاز للتسخين ويفوق الماء المغلي في ذلك ، إلا أن خطورته كبيرة في نفس الوقت .
محتويات
[إخفاء]
• 1 معادلة الحرارة الكامنة
• 2 استخدام الحرارة الكامنة في التدفئة
• 3 الحرارة الكامنة لبعض المواد
• 4 أنظر أيضا

[عدل] معادلة الحرارة الكامنة
لحساب الحرارة الكامنة تـُستعمل المعالة:

حيث:
Q كمية الطاقة المُمتصة أو الصادرة من المادة أثناء تحولها من حالة إلى حالة بالجول
m كتلة المادة
L الحرارة الكامنة للمادة[ تختلف من مادة لمادة (أنظر الجدول)] (J kg-1).
أي أنه لتعيين الحرارة الكامنة لمادة معينة، نعين كمية الحرارة الناتجة أثناء تحول المادة من الحالة الغازية مثلا إلى الحالة السائلة ونقسمها على كتلة المادة بالجرام أو بالكيلوجرام .

[عدل] استخدام الحرارة الكامنة في التدفئة


مدفئة للجيب تباع في البلاد الباردة
يستخدم الحرارة الكامنة وعلى الأخص الناتجة أثناء التحول من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة للتدفئة بوساطة عبوات مناسبة تباع في الاسواق في البلاد الباردة . فعند شحن العبوة ، وتكون عادة من الأملاح أو البارافين، تنصهر المادة وتحتفظ بكمية كبيرة من حرارة الانصهار . وعند الاستخدام تنطلق تلك الحرارة ثانيا عند التصلب .
[عدل] الحرارة الكامنة لبعض المواد
الحرارة الكامنة للإنصهار وللغليان لبعض المواد المعهودة ، بوحدة( جول / جرام )
المــادة حرارةكامنة
إنصهار
J/g درجة
إنصهار
°C حرارة كامنة
للتبخر
J/g درجة
الغليان
°C
كحول إيثيلي
108 -114 855 78.3
الأمونيا
339 -75 1369 -33.34
ثاني اكسيد الكربون
184 -57 574 -78
هيليوم
21 -268.93
هيدروجين
58 -259 455 -253
رصاص
24.5 372.3 871 1750
نيتروجين
25.7 -210 200 -196
أكسجين
13.9 -219 213 -183
R134a
-101 215.9 -26.6
Toluene
-93 351 110.6
تربنتين
293
ماء
334 0 2260 (at 100oC) 100
[عدل] أنظر أيضا
التمثيل الضوئي: عملية كيميائية معقدة تحدث في خلايا البكتريا الزرقاء و في صانعات اليخضور(الصانعات الخضراء) أو الكلوروبلاست (chloroplast) في كل من الطحالب و النباتات العليا; حيث يتم فيها تحويل الطاقة الضوئية الشمسية من طاقة كهرومغناطيسية على شكل فوتونات أشعة الشمس إلى طاقة كيميائية تخزن في روابط سكر الجلوكوز وفق المعادلة التالية :
6CO2 + 6H2O + light + chloroplasts = C6H12O6 + 6O2
ومن أهم نواتج هذه المعادلة هو :
• الاكسجين ; وكل جزيئة من CO2 تدخل في المعادلة يقابلها جزيئة من الاكسجين O2 ناتجة من التفاعل .
• مركبات سكريات حاوية على طاقة عالية .
ورغم بساطة هذه المعادلة في وضعها السابق ولكنها تتم في خطوات معقدة، و تتم هذه المعادلة في دورتين:
• الأولى تسمى تفاعلات الضوء (بالإنجليزية: light reactions) أو التفاعلات المعتمدة على الضوء (بالإنجليزية: The light Dependent reactions) وهي تفاعلات تعتمد على وجود الضوء وتعمل عليه.
• الثانية تسمى تفاعلات الظلام (بالإنجليزية: Dark reactions) أو التفاعلات المعتمدة على الظلام (بالإنجليزية: Independent reactions) أو تفاعلات دورة كالفن (بالإنجليزية: Calven cycle reactions) وهي تفاعلات تعمل ليلا وفي الظلام استغلالاً للمنتجات الصباحية (النهارية) التي أنتجت في الضوء.
وقد سميت تفاعلات الظلام باسم مكتشفها كالفن، وتعمل تفاعلات دورة كالفن في النباتات ذوات الفلقتين (Dicot) أو (Dicotyledon) وهي مركبات ثلاثية الكربون ولذلك تسمى دورة الكربون الثلاثي. وهناك دورة هاتس سلاك (Hatch slak) وهي تعمل في النباتات ذوات الفلقة الواحدة (Monocotyledon) أو (Monocot).
[عدل] عملية التمثيل الضوئي
• تبدأ عملية التمثيل الضوئي بسقوط الضوء على مجموعة من الخلايا النباتية المتجاورة مكونة لنظام ضوئي داخل البلاستيدات الخضراء.
• عندما تسقط فوتونات الضوء على جزيئة الكلوروفيل يصطدم الفوتون بألكترون من الكترونات الكلوروفيل عندها يصبح الإلكترون في حالة تهيج ويقفز من مداره الاصلي , وهذه حالة غير ثابتة فيميل للعودة اللى مداره الاصلي (خلال جزء من الثانية) واثناء عودته يطلق الطاقة التي اكتسبها ,يمكن ان تنطلق طاقة الالكترون على شكل حرارة او ضوء او فلورة , اما في التمثيل الضوئي فانها تعمل على تسيير تفاعل كيميائي .
ـ الطاقة الكيميائية تختزن في المركبات العضوية الغنية بالطاقة خاصة الادينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) ; ويتم ذلك بوجود (ADP) و الفوسفات كما في المعادلة : ADP + P + Energy = ATP
ـ تنتقل بعض هذه الطاقة الالكترونية عبر جزيئات (+NADP) منخفضة الطاقة ليعطي (NADPH) مرتفع الطاقة وبذلك يتكون مركبين مرتفعين في الطاقة هما (ATP) و(NADPH).
• حيث NADP تمثل " نيكوتين اميد ثنائي النوكليوتيد فوسفات "
• و ATP تمثل "ادينوسين ثلاثي الفوسفات"
ـ يستغل جزء من الطاقة الضوئية المنتقلة إلى الالكترونات في شطر جزيئات الماء (H2O) إلى ايونات الهيدروجين وأيونات الأكسجين.
ـ يدخل أيون الهيدروجين في العمليات الحيوية التالية، وينطلق الأكسجين

ـ ولذلك فإن مصدر الأكسجين الناتج في عملية البناء الضوئي ناتج من الماء المشطور، أي أنه أكسجين الماء بعد نزع الهيدروجين منه، وبذلك يتحقق قول الله تعالى: وجعلنا من الماء كل شيء حي [الأنبياء] : 30.

ـ حيث أننا نتنفس أكسجين الماء، وتتنفسه الكائنات الحية هوائية التنفس (Aerobic respiration) علاوة على وظائف الماء الحيوية الأخرى في أجسام الكائنات الحية.
[عدل] العوامل التي تؤثر في التمثيل الضوئي
يتأثر معدل البناء الضوئي بعوامل عديدة , داخلية تتعلق بالنبات وخارجية تتعلق بالبيئة .
العوامل الداخلية:
• تركيب الورقة : ويشمل سمك القشيرة والبشرة , وجود الأوبار على سطحها , تركيب النسيج المتوسط , موضع الجسيمات في الخلايا ,حجم المسام وتوزعها .
• نواتج التمثيل الضوئي : عندما يزداد تركيز نواتج التمثيل الضوئي في الخلايا الخضراء يقل معدل العملية وبخاصة اذا كان انتقال تلك النواتج بطيئا.
• حالة المادة الحية البروتوبلازم و الانزيمات وبخاصة جفاف البروتوبلاسم و اضطراب عمل الانزيمات .
العوامل الخارجية:
• تشمل العوامل الخارجية : الحرارة , الضوء وشدته , تركيز ثاني أكسيد الكربون, الماء, العناصر المعدنية . وكل عامل يؤثر بعملية التمثيل الضوئي ويتأثر بالعوامل الاخرى .

...
[عدل] عمليات دورة كالفن "Calvin Cycle"
دورة كالفن هي إحدى الدورات الحيوية المهمة في عملية تثبيت الطاقة خاصة في النباتات ذوات الفلقتين (Dicot plants) وفيها يتم تثبيت الكربون الموجود في ثاني أكسيد الكربون لتكوين أول مركب كربوهيدراتي ثابت أمكن فصله يسمى 3-فوسفوغليسيرات وهي تتم في حشوة (Stroma) البلاستيده الخضراء خارج التلاكويدات.
ـ وفيها يتم استغلال الطاقة سابقة التخزين في التفاعلات الضوئية في عملات الطاقة من جزيئات (ATP) و (NADPH).
ـ يبدأ ذلك باتحاد ثاني أكسيد الكربون (CO2) مع ريبوليز ثنائي فوسفات وإنتاج مركب وسطي يتفكك تلقائيا إلى جزيئتي حمض فوسفوغليسيرك و يتوسط هذه الخطوة أنزيم ريبيولوز ثنيائي الفوسفات كاربوكسيلاز .
ـ يمكن استخدام (PGAL) لتخليق الجزيئات العضوية مثل الجلوكوز (Glucose) ويتحول (NADPH) إلى (NADP+).
ـ كما يتحول (ATP) إلى (ADP).
ـ وبذلك تخزن الطاقة الضوئية في الروابط الكيميائية بين ذرات المركبات الكربوهيدرائية الناتجة، ويثبت الكربون الموجود في ثاني أكسيد الكربون الجوي، كما يثبت الهيدروجين الموجود في الماء, وفي النهاية يتكون الجلوكوز (Glucose) الذي ينتقل إلى دورات تحرير الطاقة لتعاد دورة العناصر والمركبات والطاقة من جديد.
ـ أهم شيء في هذه الدورات هو تثبيت ثاني أكسيد الكربون لتكوين الجلوكوز، وهذه العملية تتم في عمليات معقدة يمكن تيسيرها فيما يلي.
ـ تتفاعل كل ست جزيئات من (RUBP) مع ست جزيئات من ثاني أكسيد الكربون (CO2) وست جزيئات من الماء (H2O) لتكوين 12 جزيء (PGA) وبذلك يثبت الكربون.
ـ تستغل طاقة (12) جزيء (ATP) والكترونات وهيدروجينات (12) جزيء NADPH2 لتحويل (12) جزيء من (PGA) إلى (12) جزيء (PGALs).
ـ تستغل طاقة (6) جزيئات (ATP) لإعادة ترتيب (10) جزيئات (PGALs) ليتكون (6) جزيئات (RUBPs)، وبذلك تتم دورة واحدة من دورات كالفن (أي دورة تثبيت الكربون الثلاثي).
ـ هناك دورة أخرى تسمى دورة هاتش ـ سلاك (Hatch slak pathway) لتثبيت ثاني أكسيد الكربون في النباتات ذوات الفلقة الواحدة عن طريق الكربون الرباعي (C4).
ـ وبذلك تتم أهم عملية على سطح الكرة الأرضية وهي عملية تكوين المواد الكربوهيدراتية من ثاني أكسيد الكربون والماء وتخزن الطاقة الشمسية في الروابط الكيميائية في تلك المواد الكربوهيداتية وينطلق الأكسجين إلى الجو بعملية التمثيل الضوئي.
ـ بعد ذلك يحول النبات المواد الكوبوهيدراتية إلى مواد دهنية , ومواد بروتينية ، والمركبات النباتية الأخرى.
ـ يتغذى الحيوان والكائنات الحية الدقيقة الفطرية و البكتيريا على المنتجات النباتية.
ـ ويتغذى الإنسان على المنتجات النباتية, والمنتجات الحيوانية ، ومنتجات الكائنات الحية الدقيقة الصالحة للأكل البشري.
وهذه أضخم عملية في الطبيعة فكل:
ـ كربوهيدرات العالم تتكون بها.
ـ دهن العالم يتكون بها.
ـ بترول العالم يتكون بها..
ـ فحم العالم يتكون بها.
ـ أكسجين العالم ينتج منها.
ـ و خلصت الإنسان من النسب الزائدة والمحررة من ثاني أكسيد الكربون.
[عدل] المفعول الكهروضوئي
تحدث ظاهرة المفعول الكهروضوئي (photoelectric effect) عند سقوط إشعاع كهرومغناطيسي على سطح معدن فينتج عنه تحرير إلكترونات من سطح المعدن. ذلك لأن جزءا من طاقة الشعاع الكهرومغناطيسي يمتصها الإلكترون المرتبط بالمعدن فيتحرر منه ويكتسب طاقة حركة. وهذه العملية تعتمد على العديد من المتغيرات .
بقيت النظرية الموجية للضوء سائدة لمدة زمنية طويلة, حتى نهاية القرن التاسع عشر إلى أن إكتـُشف المفعول الكهرضوئي فعمل على قلب المفاهيم عن طبيعة الضوء. المفعول الكهرضوئي يتلخص فيمايلي: يسلط إشعاع ضوئي على معدن موضوع في ناقوس مفرغ من الهواء وفي وجود حقل كهربائي مطبق بين قطبين مربوطين بجهاز قياس التيار الكهربائي. في حالة عدم وجود أي إشعاع يشير مؤشر الجهاز إلى الصفر. وعند تسليط الإشعاع يلاحظ تحرك مؤشر الجهاز دلالة على وجود تيار كهربائي ، أي أن عددا من الإلكترونات انتـُزعت من المعدن وانتقلت تحت تأثير الحقل الكهربائي إلى القطب الموجب. إلى هنا لا شيء يتناقض مع النظرية الموجية, حيث يمكن الافتراض ان طاقة الموجة( والمتناسبة مع مربع سعة الموجة) انتقلت إلى إلكترونات المعدن. لكن التجربة أثبتت أن طاقة الإلكترونات لا تعتمد على شدة الإشعاع ولكن على تواتره : تستجيب الإلكترونات في الذرة لتردد شعاع الضوء بصفة خاصة ، وزيادة شدة الإشعاع يُزيد فقط عددالإلكترونات .
العلاقة بين طاقة الإلكترونات E وتواتر الإشعاع f خطية:
V − hf = E
حيث V هو جهد التأين للمعدن ويسمى كذلك جهد الخروج, h هو ثابت بلانك وهو العدد المميز لميكانيكا الكم وهو يعطي العلاقة بين تردد الموجة وطاقة الموجة . وجهد التأين خاصية من خواص المادةويعتمد على التوزيع الإلكتروني لذرة العنصر ، ومقداره يختلف من عنصر إلى عنصر.
أول من قدم تفسير هذا المفعول كان ألبرت آينشتين فحسب هذا الأخير فإن الضوء يصدر في شكل كمات منفصلة من الطاقة تسمى فوتونات كل فوتون يحمل معه مقدارا من الطاقة يساوي جداءالتواتر بثابت بلانك.
ملاحظة: عكس ما يعتقد البعض فإن أينشتين حصل على جائزة نوبل على أعماله حول المفعول الكهروضوئي وليس عن النظرية النسبية
[عدل] المنابع الضوئية
ناك العديد من المنابع الضوئية. وأكثر هذه المنابع شيوعا هي المنابع الحرارية: وهي عبارة عن جسم يصدر عند درجة حرارة معينة طيفًا مطابقًا لإشعاع الجسم الأسود. ومن الأمثلة على ذلك الطيف (الإشعاع المنبعث من جو الشمس (بالإنجليزية: Chromosphere) عند ذروة منحني بلانك حوالي 6000 كلفن من الطيف الكهرومغناطيسي)، المصابيح الكهربائية المتوهجة (التي تصدر فقط حوالي 10 ٪ من طاقتها كضوء مرئي والباقي كأشعة تحت الحمراء)، والجزيئات الصلبة المتوهجة في النيران.
الذروة في طيف الجسم الأسود ينزاح في اتجاه مجال الأشعة تحت الحمراء للأجسام الباردة نسبيا مثل البشر. وكلما ازدادت درجة حرارة الجسم (كالحديد المنصهر)، تنزاح الذروة إلى أطوال موجية أقصر ، مولدة أولا توهجًا أحمرًا، ثم توهجًا أبيضًا، وأخيرًا توهجًا أزرقًا حين تنزاح الذروة خارجة من الجزء المرئي من الطيف داخلة إلى مجال الأشعة فوق البنفسجية. يمكن رؤية هذه الألوان عند تسخين المعدن إلى درجات حرارة عالية فنرى اللون الأحمر ثم اللون الأبيض . أما الإصدارات الحرارية الزرقاء فلا يمكن رؤيتها غالبًا. و اللون الأزرق الذي نراه في لهب الغاز أو مشعل اللحام هو في الواقع نتيجة لانبعاثات جزيئية، وخصوصًا من جذور CH الحرة (تصدر حزمة موجية طولها حوالي 425 نانومتر).
تصدر الذرات الضوء وتمتصه عند طاقات مميزة . مما يولد خيوط الإصدار الذري في طيف كل ذرة. يمكن للإصدار أن يكون تلقائيا(Spontaneous emission)، كما في حالة مصباح ثنائي باعث للضوء (بالإنجليزية: Light-emitting diode)، ومصباح التفريغ الغازي (بالإنجليزية: Gas-discharge lamp) (مثل مصابيح النيون (بالإنجليزية: Neon lamp)، ولافتات النيون (بالإنجليزية: neon sign)، ومصابيح بخار الزئبق (بالإنجليزية: Mercury-vapor lamp)، وغيرها)، واللهب (ضوء صادر عن الغاز الساخن نفسه، على سبيل المثال، يـُصدر الصوديوم ضوءا أصفرا عند وضعه في لهب الغاز). ويمكن أيضا أن يكون الإصدار محفزًا (بالإنجليزية: Stimulated emission)، كما هو الحال في الليزر أو في الموجات الدقيقة للمايزر.
تباطؤ الجسيمات المشحونة، مثل الإلكترونات ، يمكن أن يُولد إشعاعًا مرئيًا: إشعاع سيكلوتروني (بالإنجليزية: cyclotron radiation)، وإشعاع سنكتروني (بالإنجليزية: synchrotron radiation)، وأشعة انكباح (بالإنجليزية: bremsstrahlung radiation). الجسيمات الأولية المتحركة بسرعة أكبر من سرعة الضوء ضمن وسط ما يمكن أن تولد إشعاع شيرنكوف (بالإنجليزية: Čerenkov radiation).
تُولد بعض المواد الكيميائية إشعاعًا مرئيًا بعملية التألق الكيميائي (بالإنجليزية: chemoluminescence). وكذاك في الأجسام الحية، تسمى هذه العملية بالتألق الحيوي. فمثلا تقوم اليراعة بتوليد الضوء بهذه الطريقة، ويمكن للمراكب المبحرة في الماء أن تميز البلانكتون الذي يولد توهجًا ضعيفًا. تقوم بعض المواد بتوليد الضوء عندما تضاء بإشعاع ذي طاقة تناسب توزيعها الإلكتروني . تعرف هذه الظاهرة بالفلورية. وتستخدم في المصابيح الفلورية. تصدر بعض المواد الضوء بعد فترة قصيرة من تحفيزها بإشعاع طاقي، وتعرف هذه الظاهرة باسم الفسفورية.
يمكن تحفيز المواد الفسفورية بتسليط جسيمات دون الذرية عليها. والتألق المهبطي (بالإنجليزية: Cathodoluminescence) هو أحد الأمثلة على ذلك . هذه الآلية تستخدم في الرائي ذو أنبوب الأشعة المهبطية.
ويوجد آليات أخرى لإنتاج الضوء:
• وميض w:en:Scintillation (physics)
• تألق كهربائي w:en:electroluminescence
• تألق صوتي w:en:sonoluminescence
• استضاءة احتكاكية w:en:triboluminescence
• إشعاع شيرنكوف w:en:Cherenkov radiation
عندما يمتد مفهوم الضوء ليشمل الفوتونات ذات الطاقة العالية جدًا (أشعة غاما)، فإن آليات توليد الضوء تشمل أيضًا:
• النشاط الإشعاعي
فناء الجسيم – الجسيم المضاد.
ميزت هيئة الإضاءة الدولية بين المنبع الضوئي والمضياء. المنبع الضوئي هو مصدر فيزيائي للضوء، مثل الشمس والمصابيح، بينما يشير مصطلح مضياء إلى توزيع قدرة طيفية خاص. وبالتالي يمكن توصيف المضياء مسبقًا، ولكن قد لا يمكننا تصنيعه عمليًا.[1]
[عدل] نظريات
لقد كان يٌعـتقد حتى نهاية القرن الثامن عشر بأن الضوء شبيه بالصوت ويحتاج إلى وسط مادي حتى ينتقل ويسمى هذا الوسط بالأثير الذي كان يعرفه العلماء بأنة مادة رقيقة جداً ذات كثافة متناهية في الصغر وذلك لتبرير إن الأثير لا يمكن ملاحظته ولكن تجربة ( ميكلسون- مورلي) أثبت إن الأثير غير موجود.
ففي عام 1905م وضع اينشتاين فرضاً لحل هذه المشكلة والفرض يقول :
(إذا كان هناك عدد من الراصدين يتحركون بسرعة منتظمة كل منهم بالنسبة للآخر وأيضاً بالنسبة للمصدر الضوئي وإذا كل من الراصدين يقيس سرعة الضوء الخارج من المصدر فأنهم جميعاً سيحصلون على نفس القيمة لسرعة الضوء ) .
هي نفس فكرة جاليلو عام 1600م وهذا الفرض هو أساس النظرية النسبية الخاصة والتي استغنت عن فكرة وجود الأثير. وأثبت أن سرعة الضوء ثابتة في جميع المراجع.
[عدل] نظرية الدقائق لنيوتن
تصور نيوتن أن الجسم المضيء تنبعث منة جسيمات دقيقة كروية تامة المرونة و تسير بسرعة منتظمة كبيرة جداً وتختلف من وسط إلى آخر حسب كثافته. وتكون حركة هذه الجسيمات الكروية في خطوط مستقيمة في الوسط المتجانس الواحد وقد استدل نيوتن على أن الأشعة الضوئية عندما تصطدم بسطح عاكس فأن زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس كاصطدام كرة تامة المرونة بسطح أملس مرتدة بحيث زاوية سقوطها تساوي زاوية انعكاسها.
أما في ظاهرة الانكسار فأنه قد فسره نيوتن عندما تخترق هذه الجسيمات الكروية الضوئية أوساطاً مختلفة الكثافة مثل الماء أو الزجاج فأنها تنكسر داخل كل وسط وتنحرف عن المسار المستقيم لها. فعند انتقال الضوء من وسط اقل كثافة مثل الهواء إلى وسط أكثر كثافة مثل الماء فأن الوسط المائي يحرف هذه الجسيمات الضوئية إلى أسفل ومعنى ذلك أن المركبة الرأسية لسرعة الضوء المنكسر سوف تقل بحيث تقترب الجسيمات الكروية الضوئية من العمود على السطح الفاصل بين الوسطين .
وبذلك سوف تزداد السرعة المحصلة أي أن سرعة الضوء في الوسط الكثيف سوف تزداد وتصبح أكبر من سرعة الضوء في الوسط الخفيف (أي أن سرعة الضوء تعتمد على الكثافة الضوئية للوسط). وهذا غير صحيح ويخالف التجارب العلمية حيث أن سرعة الضوء تكون أكبر ما يمكن في الفراغ أي تزداد كلما قلت الكثافة للوسط فأن سرعة الضوء في ذروتها في الفراغ وبالتالي فشلت نظرية نيوتن في تفسير ظاهرة الحيود والتداخل والاستقطاب.
[عدل] نظرية ماكسويل للموجات الكهرومغناطيسية
وجد ماكسويل أن الضوء هو موجة كهرومغناطيسية سرعتها تساوي سرعة الضوء. أي أن الضوء موجات كهرومغناطيسية ذات طاقة ، وقد أتضح أن الشحنة الكهربائية تولد مجالاً كهربائياً حولها وهي ساكنة ، وتولد مجالاً مغناطيسياً وهي متحركة. كذلك التغير في المجال الكهربائي يولد مجالاً مغناطيسياً، وهذا نص قانون (أمبير). وأن التغير في المجال المغناطيسي يولد مجالا كهربائيا وهذا نص قانون (فاراداي). هذه الحقيقة هي أصل تكوين الموجات الكهرومغناطيسية حيث أن شحنة كهربائية متذبذبة تولد في الفضاء مجالين كهربائي و مغناطيسي ،أي مجالاً (كهرومغناطيسي) متغير وهذا المجال يتحرك في الفراغ بسرعة الضوء نفسها (3exp8 متر /ثانية) أي 300000 كيلومتر /ثانية.
C =1/ ((ε.μ)^(1/2)) = 3 exp8
أما شدة الضوء (I) أو شدة الموجة الكهرومغناطيسية فهي
(الطاقة في وحدة الزمن لوحدة المساحة وعمودية على اتجاه انتشار الموجة) . I= ε . (Eexp2) . c
حيث (E) شدة المجال الكهربائي أو المغناطيسي (B).
يحدد المدى التقريبي للطيف الكهرومغناطيسي من موجات الراديو ذات الطول الموجي الطويل إلى أشعة جاما ذات الطول الموجي القصير جداً والطاقة العالية. والضوء المرئي أي الذي يمكن للعين البشرية رصد موجاته يقع بين مدى من فوق البنفسجي إلى تحت الأحمر .ومن الجدير بالذكر أنة لا توجد حدود تفصل مناطق الطيف من بعضها البعض.
عندما تسقط الموجات الكهرومغناطيسية على سطح ما وبصورة عمودية فأن الجسم يمتص تلك الأشعة وأن قوة تسمى قوة الأشعاع تظهر وتحسب من خلال العلاقة التالية :
F= P/ ©
حيث P هي الطاقة لكل وحدة زمن أي القدرة للموجة الكهرومغناطيسية الممتصة ويمكن الحصول على P من خلال العلاقة التالية:
P= (u) / c
حيث u هي الطاقة الكهرومغناطيسية.
[عدل] نظرية اينشتاين للفوتون
من أهم العلماء الفيزيائيين الذين قاموا بتفسير سلوك الضوء حول العالم بلانك الذي درس الطاقة الأشعاعية المنبعثة من الاجسام الساخنة واستطاع حسابها بالقانون التالي:
E= h . f
حيث (E) هي الطاقة و (h) هو ثابت يسمى ثابت بلانك ويساوي 6.635exp-34 J.s جول. ثانية. و (f) هو التردد الضوء المنبعث.
وأن الضوء ينبعث على شكل كمات صغيرة سماها الفوتون واقترح اينشتاين على أساس فرض بلانك أن الطاقة في الحزم الضوئية تنتشر في الفراغ بشكل حزم مركزة من الطاقة وهي الفوتونات ويكون انبعاثها على شكل كمات أي دفعات واقترح أن الضوء المار خلال الفراغ لا يسلك سلوك الموجة إطلاقاَ بل سلوك جسيم الفوتون وبذلك تعارض اينشتاين في أول الأمر مع مبدأ النظرية الموجية للضوء التي حققت نتائج مخبريه عظيمة ولكن بعد مرور فترة زمنية أيد اينشتاين فكرة النظرية الموجية وعارض نفسه أي عارض مبدأ سلوك الجسيمات.
وفي عام 1924م وضع العالم الفرنسي دي بروجلي مبدأ هام جداً وهو المبدأ السائد حتى الآن والذي نال على أثرة شهادة الدكتوراه في الفيزياء وينص على:
( أن للضوء صفة مزدوجة فهو يسلك سلوك الموجة تحت ظروف معينة - (وهذا يفسر الانعكاس والانكسار والاستقطاب و الحيود و التداخل وهذا ما يتفق مع نظرية ماكسويل)- وأن الضوء يسلك سلوك الجسيم (الفوتون) تحت ظروف أخرى -(وهذا يفسر تفاعل الضوء مع المواد والظاهرة الكهروضوئية وظاهرة كومبتون وغيرها وهذا ما يتفق مع نظريات اينشتاين و نيوتن ) .
وهذا يعني أن للمادة صفة مزدوجة فإذا كان لدينا جسم كتلته (m) يتحرك بكمية حركة (p) فأن طول الموجة المصاحبة له تعطى من خلال القانون التالي :
λ = (h) / P
ومن وجه نظري فأن هذا القانون مهم جداً وهو محور النظرية الكمية لاحظ في القانون أن
P. λ= h
حيث أن (p) تمثل الاعتبارات الجسيمية( P = m . v حيث v سرعة الجسيم ) و (λ) طول الموجة وحاصل ضربهم هو ثابت بلانك (h). ويعني بشكل أدق أنه يمكن القول بأن حزمة أي حزمة ضوئية لها تردد وطول موجي ويمكن اعتبارها موجة ويمكن القول أن الحزمة الضوئية مشكلة من الفوتونات أي لها طاقة حركة وكمية حركة.
[عدل] النظرية الموجية الكمية
لدراسة انتقال الطاقة كحركة موجية يتطلب عادة وسط حيث تتذبذب جزيئات الوسط. فالجسيم المتذبذب يؤثر بقوة على جارة فتجعله يتذبذب أيضاً وبهذه الطريقة فأن الحركة من جسيم إلى آخر وبالتالي يتم انتقال الطاقة الموجية في المادة ، وهي حالة مشابهة لما يحدث في الماء عندما تنقل الطاقة إلى الضفة دون أن تنتقل جسيمات الماء نفسه أو انتقال الصوت في الهواء . وفكرة الأثير ابتكرت كي يكون هذا الوسط هو الوسط الناقل للضوء بالطريقة السابقة. ولكن الضوء حسب النظرية الكهرومغناطيسية لا يحتاج إلى وسط فهو يأتي من الشمس أي في الفراغ الذي لا وسط فيه وبسرعة الضوء المطلقة وبعد ذلك تبين من النظرية الكهرومغناطيسية أن الموجة الكهرومغناطيسيةعبارة عن تغير مجالين متوافقين بنفس التردد ، أحدهما كهربائي (E) و والآخر مغناطيسي (B).
وقد عُرفت جبهة الموجة على أساس ذلك بأنها المحل الهندسي لجميع النقاط ذات الطور الواحد.
[عدل] المراجع












تعد طاقة الرياح من مصادر الطاقة المتجددة التي تتولد بصورة طبيعية وبشكل مستمر، اي تتجدد كل يوم ما دامت الشمس باقية. توظف هذه الطاقة حسب نوع الأستخدام والتي تتمثل في توليد الطاقة الكهربائية، ولأجل الحصول على الطاقة الكهربائية من تحويل طاقة الرياح الى طاقة حركية ينبغي معرفة سبب نشوء الرياح. فالرياح هي حركة الهواء الأفقية التي تنتج بسبب التسخين المتفاوت لمناطق من سطح الأرض بواسطة الطاقة الشمسية، حيث يتحول بعض الأشعاع الشمسي الواصل الى سطح الأرض الى طاقة حركية تؤدي الى جعل جزيئات الهواء بحالة حركة مستمرة. فالفروق الحرارية بين منطقة وأخرى تؤدي الى الأختلاف في الضغط الجوي بين منطقتين حيث تكون حركة الهواء من منطقة الضغط العالي نحو منطقة الضغط المنخفض وكذلك عدم استلام جميع نقاط سطح الأرض الكمية نفسها من الأشعاع الشمسي يعد سبباً اّخر لتكوين الرياح. يمكن أن نطلق على الرياح التي تنتقل أفقيا فوق الكرة الأرضية (الطبقة السفلى من الغلاف الجوي) بالرياح السطحية اما التي تنتقل في طبقات الجو العليا تسمى بالرياح العليا. ان دوران الكرة الأرضية يؤدي الى أنحراف ظاهري في أتجاه الرياح، فالرياح الشرقية في المنطقتين الأستوائية والقطبية تكتسب زخما من الأرض يتسرب الى الرياح الغربية بمقادير كافية لتعويض ما تفقده هذه الرياح من زخم الأرض، أذ أن طبيعة الأنحراف تتعاون مع نظرية تسرب الزخم (وهو طاقة حركية تنتج بسبب الحركة مثلما تنتج الطاقة الحرارية من التسخين بالأشعاع الشمسي). وتقوم هذه التقنية بتوليد الطاقة الكهربائية مستخدمة بذلك مراوح هواء تعمل على تحويل الطاقة الميكانيكية للهواء الى طاقة كهربائية عند توفر سرع هواء مناسبة لتوليد الكهرباء بصورة أقتصادية، وألا تصبح المنظومة ذات كلفة عالية والطاقة المتولدة منها قليلة، أما أنواع المراوح فهي متعددة، ألا أن هناك نمطين مميزين لها، وهما الأول يدعى المراوح الافقية (Horizontal Axis Wind Turbine ) والثاني المراوح العمودية ( (Vertical Axis Wind Turbineو يتشابه كلا النوعين في مبدأ العمل ريشات عدد من1 إلى 3 تتحرك بسرع الرياح المختلفة مرتبطة بمولد كهربائي يحول الطاقة الميكانيكية الى طاقة كهربائية. المكونات الرئيسية للمنظومة الريحية تكون بشكل مجموعة تحمل على عمود ومولد يعمل على تحويل الطاقة الحركية الى طاقة كهربائية فعندما تصطدم الرياح بالريش سوف تخلق دفعة هواء ديناميكية تتسبب في دوران الشفرات، وهذا الدوران يشغل المولد فينتج طاقة كهربائية، كما تجهز تلك المراوح بجهاز تحكم في دوران الشفرات لتنظيم معدلات دورانها وايقاف حركتها اذا لزم الامر. تعتمد كمية الطاقة المنتجة من توربين الرياح على سرعة الرياح وقطر الشفرات لذلك توضع مراوح الهواء التي تستخدم لتشغيل المصانع او للانارة فوق ابراج عالية، لان سرعة الرياح تزداد مع الارتفاع عن سطح الارض.يتضمن البحث نظرة عامة عن الرياح والقوى المؤثرة عليها، وكذلك توزيعاتها في العراق واافضل المناطق التي تتوفر فيها سرعة رياح عالية، كما و يتناول الهدف من البحث. ويعد الاستشعار عن بعدRemote Sensing من القنوات العلمية التي اعتمدت في عملية التحليل لما توفره المرئيات الفضائية من كم هائل من المعلومات الحديثة عن سرعة واتجاه الرياح من خلال تحليلها وتصنيفها وتفسيرها ولقد تم استخدام مجموعة من المرئيات الفضائية للأقمار Landsat واستخدام برنامج ERDAS Imagine و Envi Imagine. ولتسهيل عملية جمع هذه المعلومات وضبطها وتحليلها وتحديثها وتوظيفها بشكل فعال ومؤثر في عملية التقييم والتخطيط والتحليل والرجوع اليها اذا ما اقتضت الضرورة فأنه يستحسن ان يتّم لهذه الغاية الاستعانة بنظام المعلومات الجغرافية من خلال الاستفادة من تلك البيانات لأغراض تنموية وتخطيطية شتى ، فضلاً عن اجراء الحسابات والقياسات وأنتاج الخرائط وتحليلها للوصول الى نتائج سريعة والوقوف الى المشكلات والعقبات التي تواجه النقص الحاد في إنتاج الطاقة الكهربائية واستثمار طاقة الرياح وتأشير المناطق المناسبة لإنشاء المحطات من خلال المعلومات الاحصائية التحليلية الكارتوكرافية المتطورة التي تعتّمد على الاساليب الرقمية الحديثة والمسح الجوي.
وتناول البحث في جوانبه التطبيقية عرضا تفصيليا لتحليل سرعة الرياح الى مركبتين هما (v , u) بواسطة خطوط تساوي السرعة (Isotachs) لشهري كانون الثاني وتموز لسنة 2000 لمحطات انوائية مختارة ولاربعة مناطق (الشمالية، الوسطى، الغربية، الجنوبية) ، وعلاقة طاقة الرياح بكل من سرع الرياح والحركة الدردورية و(التفرق،التجمع). كذلك تم ايجاد معادلات اسية تربط سرعة الرياح بطاقة الرياح لشهري كانون الثاني وتموز و للكل منطقة ولقد كان للمرئيات الفضائية دور مميز في الوصول لنتائج التحليل وتم استخدام نظام المعلومات الجغرافية لإجراء التحليل والخروج بنتائج ورسم الخرائط له.

الطاقـة المتجــددة

تتوافر إمكانات واحتمالات مستقبلية لتكنولوجيات الطاقة المتجددة لتسهم في الوفاء بالاحتياجات الأساسية للطاقة، وفي دعم تخفيف وطأة الفقر وتحقيق التنمية المستدامة. وقد تم ابتكار وتطوير تكنولوجيات متعددة للطاقة المتجددة خلال العقدين الماضيين، وتم اختبار بعضها ميدانيا،ً وتم تطويرها على مستوى التطبيق، خاصة في مجال القدرات الصغيرة والمتوسطة في الأماكن النائية حيث أثبتت الطاقة المتجددة فاعلية اقتصادية، بينما مازال بعضها الآخر في حيز البحث والتطوير. إلا أنه يجدر القول أن هذه التكنولوجيات لم تستخدم بعد على نطاق واسع لتوفير خدمات الطاقة، حيث أنه مازال هناك عدد من القيود والمعوقات التي تواجه التوسع في استخدامها، منها ارتفاع التكلفة. وعلى الرغم من النضج التقني الذي وصلت إليه شبكات توليد الكهرباء باستخدام طاقة الرياح ونظم الطاقة الشمسية الحرارية بقدرات تصل إلى بضعة مئات من الميجاوات، إلا أنها مازالت غير قابلة للمنافسة على نطاق تجاري، إذ أن اقتصادياتها تعتمد بصورة كبيرة على طبيعة الموقع وينبغي الآن النظر بعين الاعتبار إلى برامج تطوير هذه التكنولوجيات كما يجب تقييمها بعناية في المواقع التي تتمتع بموارد متاحة كبيرة.

وعلى هذا يمكن القول بأن المزايا التقنية والجدوى الاقتصادية لنظم الطاقة المتجددة تعتمد بصورة كبيرة على عنصري المكان والزمان، فالطاقة الشمسية، على وجه الخصوص، وبفضل توافرها وانتشارها الواسع في المنطقة العربية يمكن أن تأتي في المرتبة التالية مباشرة بعد النفط والغاز الطبيعي، وتأتي بعدها موارد طاقة الرياح. وتعتبر الأساليب الحديثة لاستخدام الكتلة الحيوية من المصادر الواعدة لتوفير الوقود والكهرباء اللازمين لتلبية احتياجات الطاقة في المناطق الريفية، وتمثل الطاقة المتجددة بأنواعها مجالاً ملائماً لنقل التكنولوجيا إلى الدول النامية. ويمكن القول بأن تكنولوجيات الطاقة المتجددة، التي تتسم بالتنوع (من شمسية وريحية) واللامركزية، تجعلها مناسبة بشكل خاص لتنمية الطاقة في الأماكن الريفية. ويمكن في هذا الإطار الاستفادة من آلية التنمية النظيفة التي اعتمدها بروتوكول كيوتو في تطبيقات الطاقة المتجددة للحد من غازات الدفيئة.
(د) التكنولوجيـات المتطورة للوقـود الأحفوري

إذا أخذنا في الاعتبار أن الوقود الأحفوري سيظل مسيطراً على خليط الطاقة خلال العقود القادمة، فإن التحدي يتمثل عندئذ في الاستخدام الكفء، وفي تقليص التأثيرات البيئية على المستويات المحلية والإقليمية والعالمية. وعلى ذلك فإن الاتجاه نحو تكنولوجيات متطورة وأكثر نظافة للوقود الأحفوري يمثل حجر الزاوية في مجال تقليل الآثار البيئية الناجمة عن حرق الوقود، وفي تدعيم التنمية المستدامة، وعلى وجه الخصوص في الدول النامية حيث تزايد الطلب على خدمات الطاقة، وحيث يؤدي النمو السكاني المتزايد إلى ارتفاع الحاجة إلى زيادة قدرات توليد الكهرباء وزيادة الطلب على وقود نظيف. وعلى ذلك فان الجهود ينبغي أن تركز على تحسين الكفاءة في محطات توليد الكهرباء، مع توسيع نطاق البحوث والتطوير، تطوير الإمدادات في مجال النظم المتطورة للطاقة والوقود.

وإذا أخذنا في الاعتبار أن التقدم السريع في مجال التكنولوجيات النظيفة للوقود الأحفوري قد تم في الدول الصناعية، فإن نقل التكنولوجيا وتبادل المعلومات سيصبح ذا أهمية كبرى من أجل الإسراع بإحداث النقلة في الدول النامية كي تصبح قادرة على خدمة وصيانة المعدات ثم تجميعها وصناعتها مستقبلاً، وذلك بهدف تحقيق الاكتفاء الذاتي والسلامة في مجال الطاقة. وفي سبيل ذلك، فان إقامة المنتديات الإقليمية وما بين الأقاليم يمكن أن تسهم في تيسير الإسراع بالوصول إلى تكنولوجيات أكثر حداثة وتطوراً للوقود الأحفورى.

ويمكن للآليات التنظيمية وآليات التمويل أن تعمل كقاعدة لتشجيع استخدام تكنولوجيات نظيفة للوقود الأحفوري، كما يمكن للدول الصناعية المتقدمة والدول النامية أن تتعاون وتعمل سوياً لقيادة ودفع الابتكارات والأسواق نحو تكنولوجيات أكثر نظافة للوقود الأحفوري. ويمثل تنفيذ آليات "بروتوكول كيوتو"، ومنها آلية التنمية النظيفة (CDM) دافعاً هاماً لقيادات الصناعة، إذ أنه يمكن للدول النامية أن تحرز من خلالها تقدماً ملموساً نحو بلوغ أهداف التنمية المستدامة مع خفض انبعاثات غاز الدفيئة من خلال تحقيق قفزة تكنولوجية كبيرة نحو تطبيق التكنولوجيات المتقدمة للطاقة الأحفورية، وكذلك من خلال توليد استثمارات جديدة.

(هـ) الطاقـة والنقـــل

يعتبر قطاع النقل من القطاعات الرئيسية المستهلكة للطاقة، خاصة الوقود السائل، ولذا يعتبر تأثير استخدام الطاقة في النقل على البيئة من أهم القضايا التي تواجه التنمية المستدامة. ومن أهم التحديات التي تواجه قطاعات الطاقة والنقل، تحويل وسائل النقل المختلفة إلى استخدام وقود أكثر نظافة، ومن ذلك استخدام جازولين خالي من الرصاص، وديزل ذي نسبة كبريت منخفضة والتحول إلى الغار الطبيعي وكذا استخدام تكنولوجيات الطاقة أكثر كفاءة وتطبيق أسلوب إدارة أفضل في تحديد متطلبات النقل.

ويمكن للعديد من هيئات القطاع الخاص ذات تأثير أن تلعب دوراًً هاماً في تسهيل التوصل إلى توافق في الأداء على أساس من الشراكة فيما بين القطاعين العام والخاص ومن التعاون الإقليمي في مجال التكنولوجيا المتطورة للوقود الأحفوري ومجال الطاقة من أجل النقل. ومن الأمثلة الجيدة: الشراكة من أجل الوقود النظيف وسيارات النقل والتي أعلنت أثناء انعقاد مؤتمر القمة العالمي للتنمية المستدامة كما يوضحها صندوق (2) التالي:

الطاقة الشمسية
بحث مقدم من الإخ: أسامة ابراهيم الزعلوك
جامعة ناصر الأممية قسم الهندسة الميكانيكية
مقدمة :
إن القلق من تلوث هواء المدن ومن المطر الحمضي وتسرب النفط والمخاطر النووية وارتفاع حرارة الأرض يحث على إعادة تفحص بدائل الفحم والنفط والطاقة النووية ، وعلى الرغم من أن مصادر الطاقة البديلة ليست خالية من التلويث عموماً ، فإنه يوجد مجال واسع من الخيارات التي يكون ضررها البيئي أقل بكثير من مصادر الطاقة التقليدية .
إن أفضل التقنيات الواعدة هي التي تسخر طاقة الشمس حيث يعتبر التحويل الحراري المباشر للإشعاعات الشمسية إلي طاقة كهربائية عبر الخلايا الشمسية تقنية جديدة ومتطورة وهو صناعة إستراتيجية باعتبارها مصدراً طاقوياً مستقبلياً سيكون له الأثر الأكبر في المحافظة على مصادر الطاقة التقليدية ولأغراض أهم واستغلال أثمن علاوة على أن مصدر طاقته مجاني ولا ينضب ونظيف ودون مخلفات أو أخطار .
تعريف الخلايا الشمسية :
إن الخلايا الشمسية هي عبارة عن محولات فولتضوئية تقوم بتحويل ضوء الشمس المباشر إلي كهرباء ، وهي نبائظ شبه موصلة وحساسة ضوئياً ومحاطة بغلاف أمامي وخلفي موصل للكهرباء .
لــقد تم إنــماء تقنيات كثيرة لإنـتــاج الخلايـا الشمسيـــة عبر عــــمــليات متسلسلة من المعالجات الكيميائية والفيزيائية والكهربــائيـــة عـــلى شكــل متكاثف ذاتي الآليــــة أو عالي الآلية ، كمـــا تـم إنماء مــــواد مختلفـــة من أشبــاه الموصلات لتصنيع الخلايـــا الشمسية على هيئة عناصر كعنصر السيليكون أو على هيئة مركبات كمركب الجاليوم زرنيخ وكربيد الكادميوم وفوسفيد الأنديوم وكبريتيد النحاس وغيرها من المواد الواعدة لصناعة الفولتضوئيات .
ميكانيكية تيار الخلايا الشمسية :
الخلية الشمسية للتطبيقات الأرضية هي رقاقة رفيعة من السيليكون مشابة بمقادير صغيرة من الشوائب لإعطاء جانب واحد شحنة موجبة والجانب الآخر شحنة سالبة مكونة ثنائياً ذا مساحة كبيرة .
تولد الخلايا الشمسية قدرة كهربائية عندما تتعرض لضوء الشمس حيث الضوئيات ( الفوتونات ) والتي يحمل كل منها كماً طاقوياً محدداً يكسب الإلكترونات الحرة طاقة تجعلها تهتز حرارياً وتكسر الرابط الذري بالشبكة بالمادة الشبه موصلة ويتم تحرير الشحنات وإنتاج أزواج من الإلكترون في الفراغ . تنطلق بعد ذلك حاملات الشحنة هذه متجهة نحو وصلة الثنائي متنقلة بين نطاقي التوصيل والتكافؤ عبر الفجوة الطاقوية وتتجمع عند السطح الأمامي والخلفي للخلية محدثة سريان تيار كهربي مستمر عند توصيل الخلية بمحمل كهربي وتبلغ القدرة الكهربية المنتجة للخلية الشمسية عادة واحد وات.
أنواع الخلايا الشمسية التجارية :
تم تصنيع خلايا شمسية من مواد مختلفة إلا أن أغلب هذه المواد نادرة الوجود بالطبيعة أولها خواص سامة ملوثة للبيئة أو معقدة التصنيع وباهظة التكاليف وبعضها لا يزال تحت الدراسة والبحث وعليه فقد تركز الاهتمام على تصنيع الخلايا الشمسية السيليكونية وذلك لتوفير عنصر السيليكون في الطبيعة علاوة على أن العلماء والباحثين تمكنوا من دراسة هذا العنصر دراسة مستفيضة وتعرفوا على خواصه المختلفة وملاءمته لصناعة الخلايا الشمسية المتبلرة ومتصدعة التبلر .
1- الخلايا الشمسية السيليكونية المتبلرة :
تصنع هذه الخلايا من السيليكون عبر إنماء قضبان من السيليكون أحادي أو عديد التبلر ثم يؤرب إلي رقائق و تعالج كيميائياً وفيزيائياً عبر مراحل مختلفة لتصل إلي خلايا شمسية .
كفاءة هذه الخلايا عالية تتراوح بين 9 – 17 % والخلايا السيليكونية أحادية التبلر غالية الثمن حيث صعوبة التقنية واستهلاك الطاقة بينما الخلايا السيليكونية عديدة التبلر تعتبر أقل تكلفة من أحادية التبلر وأقل كفاءة أيضاً .
2- الخلايا الشمسية السيليكونية الأمورفية ( متصدعة التبلر ) :
مادة هذه الخلايا ذات شكل سيليكوني حيث التكوين البلوري متصدع لوجود عنصر الهيدروجين أو عناصر أخرى أدخلت قصداً لتكسبها خواص كهربية مميزة وخلايا السيليكون الأمورفي زهيدة التكلفة عن خلايا السيليكون البلوري حيث ترسب طبقة شريطية رقيقة باستعمال كميات صغيرة من المواد الخام المستخدمة في عمليات قليلة مقارنة بعمليات التصنيع البلوري . ويعتبر تصنيع خلايا السيليكون الامورفي أكثر تطويعاً وملاءمة للتصنيع المستمر ذاتي الآلية .
تتراوح كفاءة خلايا هذه المادة ما بين 4 – 9 % بالنسبة للمساحة السطحية الكبيرة وتزيد عن ذلك بقليل بالنسبة للمساحة السطحية الصغيرة وإن كان يتأثر استقرارها بالإشعاع الشمسي .
والشكل (1- أ) يوضح نسبة إنتاجية العالم من المسطحات ذات الخلايا الشمسية أحادية التبلر ، عديد التبلر . والشكل (2- ب) يوضح نماذج من الخلايا الشمسية والمنتجات الملحقة بها .

الشكل ( 1- ب ) الشكل ( 1 – أ )
نماذج من الخلايا الشمسية والمنتجات الملحقة بها نسبة إنتاجية العالم من المسطحات
تطبيقات الخلايا الشمسية :
تركز الاهتمام على إدخال الفولتضوئيات كمصدر للطاقة المتجددة في التطبيقات الأرضية بغية تطوير التقنية ووسائل الاستخدام في قطاع السكن والصحة والتعليم والصناعة والزراعة والنفط وغيرها في الاستخدامات
الفولتضوئيات الجذابة اقتصادياً وفي المناطق المعزولة والنائية حيث تنقص تكلفة شبكات الكهرباء العامة وتساعد في الإنماء الاقتصادي والتطوير الاجتماعي المحلي .
والمسطحات الفولتضوئية هي مصدر القدرة الكهربية لهذه التطبيقات ، حيث يتكون المسطح من عدة خلايا (متصلة معاً بصفائح سلكية معدنية ) مغطاة بملف من البلاستيك الحراري مثل أسيتات فينيل إيثيل أو غيره وآخر من التدلار لحمايتها من الأشعة فوق البنفسجية ومغلقة بصفيحة زجاجية من الأمام وطبقة واقية تعمل كقاعدة إنشائية من الزجاج أو من الألياف الزجاجية أو الخزف الصيني عند الخلف مركب عليها صندوق وصلة كهربائية ومحاط بإطار معدني .
وهذه المسطحات يعوّل عليها بتطرف كمصدر طاقة كهربائية لأن ليس لها أجزاء متحركة وذات عمر طويل يتراوح من 15 إلي 35 سنة و أمان للبيئة ، كما تضفي على المباني شكلاً معمارياً جميلاً والشكل (2) يوضح الإنتاج الإقليمي للمسطحات ويوضح الشكل (3) الإنتاج العالمي للمسطحات .

الشكل ( 2 )
الإنتاج الإقليمي للمسطحات

الشكل ( 3 )
الإنتاج العالمي للمسطحات
ويمكن تصنيف وتحديد التطبيقات الأرضية وفق القدرة الكهربائية علي النحو التالي :-
* تطبيقات ذات قدرة منخفضة :
وتشمل الأجهزة والمنظومات التالية :
- الحاسبات والألعاب الإلكترونية والساعات .
- أجهزة الإذاعة المسموعة وشاحنات وسائط القدرة المنخفضة .
* تطبيقات ذات قدرة متوسطة :
وتشمل المنظومات التالية :
الإنارة – أجهزة الإذاعة المرئية – ثلاجات اللقاح والأمصال – إشارات المرور والإنذار – مراوح الأسقف ( التهوية ) – هواتف الطوارئ – شاحنات السياج الكهربي .
حيث يشحن السياج المحاط بالمزارع وأماكن تربية الحيوانات لمنعها من الاقتراب منها .
* تطبيقات ذات قدرة متوسطة وعالية :
ضخ المياه – محطات اتصالات الموجات السنتيمترية – محطات الأقمار الصنـــــاعية الأرضية – الوقاية المهبطية لحماية أنابيب النفط والغاز والمنشآت المعدنية من التآكل – تغذية شبكة الكهرباء العامة .
كلفة كهرباء الخلايا الشمسية :
تتراوح تكلفة الوات ذروة في الأسواق العالمية ما بين 8 إلي 10 دولارات بـــالنسبة للــدول المستوردة بينما تصل تكلفة الوات ذروة بالنسبة للتطبيقات ذات القدرة المتوسطة والقدرة المتوسطة و العالية إلي 30 دولار و تزيد هذه التكلفة وفق التصميم و أجهزة التحكم والتخزين الساكن و الإلكترونـات المساعدة إلا أن تكلفة الـوات ذروة بالنسبة للقدرة العاليــة (المحطات الكهـروشمسية ذات سعة الميجاوات) تقل قليلاً عن 20 دولار .
إن الاقتصاديات الحالية لتطبيقات ومنظومات الخلايا الشمسية وبعضها فعال التكلفة وبعضها الآخر غير ذلك وهي صورة ديناميكية تماماً حيث الأسعار و انخفضت خلال العقد الماضي والشكل (4) يوضح
دليل تكلفة الوات ذروة بالنسبة للدول المصنعة .

الشكل ( 4 )
دليل تكلفة الوات ذروة
الشركات العالمية المصنعة للخلايا الشمسية :
الشركات العالمية العاملة في هذا المجال كثيرة من بينها شركة سولار الألمانية – الفواتوات الفرنسية – اتيار سولار في إيطاليا – كرونار في يوغسلافيا – استروبور في كندا – وهيليودينايكا في البرازيل .
وشركات عديدة في الولايات المتحدة واليابان وهناك شركات متعددة الجنسيات أيضاً .
والجدول (1) يوضح توزيع عدد بعض الشركات المصنعة .

الجدول ( 1 )
توزيع الشركات التجارية المصنعة
الاستثمارات العالمية في مجال الطاقة الشمسية :
تستثمر الدول المصنعة أموالاً طائلة في مجال الخلايا الشمسية وذلك على مستوى البحث والتطوير والتطبيق بغية الوصول إلي تخفيض أسعارها وزيادة كفاءتها وتسهيل طرق إنتاجها وجعلها واعدة للإنتاج والتطبيق الموسع والجدول رقم (2) يوضح استثمارات بعض الدول في مجال مشاريع الخلايا الشمسية .


الجدول ( 2 )
الاستثمارات الوطنية في مجال الخلايا الشمسية
كما تسعى هذه الدول الصناعية جادة من خلال مراكز البحث والتطوير إلي تخفيض تكلفة الوات ذروة إلي 0.5 أو 1 دولار مع سنة 2000 ولا غرابة في ذلك فقد كانت تكلفة الوات ذروة 300 – 350 دولار في الخمسينــات حين كـان هذا المجـال مقصوراً على أبحاث الفضاء .
وعليه فإن الأرقام المشار إليها في ميزانية الإنفاق ومبالغ الاستثمارات إنما تدل على ما توليه الدول المتقدمة من اهتمام بالغ لامتلاك الفولتضوئيات لها خاصة وأن المصادر التقليدية آخذة في النضوب بالإضافة إلي ضمان استحواذها على الأسواق العالمية لمنتجات الفولتضوئيات .
استثمارات الطاقة الشمسية في الوطن العربي :
يدرك العاملون في مجال الطاقة أن الأراضي العربية هي من أغنى مناطق العالم بالطاقة الشمسية ويتبين ذلك بالمقارنة مع بعض دول العالم الأخرى ولو أخذنا متوسط ما يصل الأرض العربية من طاقة شمسية وهو 5 كيلو واط – ساعة / متر مربع / اليوم و افترضنا أن الخلايا الشمسية بمعامل تحويل 5 % وقمنا بوضع هذه الخلايا الشمسية على مساحة 16000 كيلو متر مربع في صحراء العراق الغربية ( وهذه المساحة تعادل تقريباً مساحة الكويت ) و أصبح بإمكاننا توليد طاقة كهربائية تساوي 10 4 × 400 ميجا واط – ساعة في اليوم ، أي ما يزيد عن خمسة أضعاف ما نحتاجه اليوم وفي حالة فترة الاستهلاك القصوى .
ومن البديهي أيضاً أن طاقتنا النفطية ستنضب بعد مائة عام على الأكثر وهو أحسن المصادر للطاقة وذلك لعدم وجود كميات كبيرة من مادة اليورانيوم في بلداننا العربية بالإضافة إلي تكلفة أجهزة الطاقة وتقدم تكنولوجيتها خلال السنوات الخمسين الماضية و إمكانية عدم اللحاق بها وهو ما جعلنا مقصرين في استثمارها و نأمل أن لا تفوتنا الفرصة في خلق تكنولوجيات عربية لاستغلال الطاقة الشمسية وهي لا زالت في بداية تطورها .
إن لاستعمال بدائل الطاقة مردودين مهمين أولهما جعل فترة استعمال الطاقة النفطية طويلة وثانيهما تطوير مصدر للطاقة آخر بجانب مصدر النفط الحالي .
ومن التجـارب المحدودة لاستخدامات الطاقة الشمسية في البلاد العربية ما يلي :
1- تسخين المياه والتدفئة وتسخين برك السباحة بواسطة الطاقة الشمسية أصبحت طريقة اقتصادية في البلدان العربية وخاصة في حالة تصنيع السخانات الشمسية محلياً .
2- تعتبر الطاقة الشمسية أحسن وسيلة للتبريد حيث أنه كلما زاد الإشعاع الشمسي كلما حصلنا على التبريد وكلما كانت أجهزة التبريد الشمسي أكثر كفاءة ، ولكن تكلفة التبريد الشمسي تكون أعلى من السعر الحالي للتبريد بثلاثة إلي خمس أضعاف تكلفته الاعتيادية ويعود السبب لارتفاع التكلفة لمواد التبريد الشمسي ومعدات تجميع الحرارة وتوليد الكهرباء .
ولو استعرضنا البحث والتطبيقات السارية للطاقة الشمسية في الوطن العربي لتبين لنا أن استخدام السخانات الشمسية أصبح شيئاً مألوفاً في بعض البلدان العربية بينما بقيت صناعة الخلايا بصورة تجارية متأخرة في جميع البلدان العربية بسبب تكلفة إنشاء المصنع الأولية و إتباع سياسة التأمل القائلة ( يجب الانتظار ريثما تنخفض الكلفة ) .
إن معظم التجارب الميدانية والمختبرية لاستغلال الطاقة الشمسية في الوطن العربي لا تزال في مراحلها الأولى ويجب تنشيطها و الإكثار منها و لو استعرضنا ما تقوم به دول العالم في هذا المجال و بخاصة الدول المتقدمة صناعياً والتي لا تملك خمس ما تملكه الدول العربية من الطاقة الشمسية لوجدنا أن بريطانيا وحدها تنفق على مشاريع الطاقة الشمسية ما يعادل جميع ما تنفقه الدول العربية مجتمعة وينطبق هذا على عدد العاملين في مجالات الطاقة المتجددة حيث يعمل في فرنسا ضعف اللذين يعملون في جميع الدول العربية في هذه المجالات .
اقتصاديات الطاقة الشمسية :
تعتبر تكلفة المواد الأولية لأجهزة استخدام الطاقة الشمسية أهم عائق يحول دون استخدامها بالإضافة إلي المساحة الكبيرة المطلوبة لوضع هذه الأجهزة المجمعة لأشعة الشمس غير المركزة و بالرغم من كل هذه العوامل فهناك بعض الاستخدامات للطاقة الشمسية تعتبر اقتصادية في الوقت الحاضر ، منها تسخين المياه والاستعمالات الأخرى في المناطق النائية مثل توليد الكهرباء وضخ المياه وتحلية المياه والإشارات الضوئية والبث اللاسلكي والحماية الكاثودية وغيرها .
ومن الضروري قبل احتساب تكلفة واقتصاديات الطاقة الشمسية أن نعلم نوع التطبيق الشمسي بالإضافة إلي مواصفات المكان أي هل منطقة نائية أو قرب مدينة أو في داخل المدينة ؟ ويجب معرفة فترة التشغيل اليومية وهل هناك حاجة إلي تخزين الطاقة أم لا ؟ وهل هناك حاجة إلي الصيانة ومدى تكرارها ؟ .
ومن المعلوم بأن معظم البلدان العربية تدعم أسعار الكهرباء المولدة بالمشتقات النفطية لمواطنيها ولا بد من أخذ هذا الدعم في الاعتبار عند مقارنة تكلفة توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية .
و إذا أخذت جميع هذه العوامل في الحسبان و اتبعت الطرق الصحيحة لاستغلال و استخدام هذا النوع من الطاقة بشكل اقتصادي ومحاولة تطويرها إلي الشكل الأفضل قد يؤدي إلي انخفاض تكلفة الوات الواحد المنتج منها .
بعض مشاكل استخدام الطاقة الشمسية :
إن أهم مشكلة تواجه الباحثين في مجالات استخدام الطاقة الشمسية هي وجود الغبار ومحاولة تنظيف أجهزة الطاقة الشمسية منه وقد برهنت البحوث الجارية حول هذا الموضوع أن أكثر من 50 % من فعالية الطاقة الشمسية تفقد في حالة عدم تنظيف الجهاز المستقبل لأشعة الشمس لمدة شهر .
إن أفضل طريقة للتخلص من الغبار هي استخدام طرق التنظيف المستمر أي على فترات لا تتجاوز ثلاثة أيام لكل فترة وتختلف هذه الطرق من بلد إلي آخر معتمدة على طبيعة الغبار وطبيعة الطقس في ذلك البلد .
أما المشكلة الثانية فهي خزن الطاقة الشمسية والاستفادة منها أثناء الليل أو الأيام الغائمة أو الأيام المغبرة ويعتمد خزن الطاقة الشمسية على طبيعة وكمية الطاقة الشمسية ، و نوع الاستخدام وفترة الاستخدام بالإضافة إلي التكلفة الإجمالية لطريقة التخزين ويفضل عدم استعمال أجهزة للخزن لتقليل التكلفة والاستفادة بدلاً من ذلك من الطاقة الشمسية مباشرة حين وجودها فقط ويعتبر موضوع تخزين الطاقة الشمسية من المواضيع التي تحتاج إلي بحث علمي أكثر واكتشافات جديدة .
ويعتبر تخزين الحرارة بواسطة الماء والصخور أفضل الطرق الموجودة في الوقت الحاضر . أما بالنسبة لتخزين الطاقة الكهربائية فما زالت الطريقة الشائعة هي استخدام البطاريات السائلة ( بطاريات الحامض والرصاص ) وتوجد حالياً أكثر من عشر طرق لتخزين الطاقة الشمسية كصهر المعادن والتحويل الطوري للمادة وطرق المزج الثنائي و غيرها .
والمشكـلة الثـالثة في استخدامات الطاقة الشمسية هي حدوث التـآكل في المجمعـات الشمسيــة بسبب الأمـلاح الموجودة في الميــاه المستخدمــة في دورات التسخــين وتعتبر الــدورات المغلقـة واستخـــدام مــاء خـال من الأملاح فيها أحسن الحلول للحد من مشكلة التآكل والصدأ في المجمعات الشمسية .
المقترحات و التوصيات :
إن البحث والمثابرة في إيجاد بدائل للطاقة الأحفورية ما هو إلا جزء مكمل لاستمرارية دور الدول العربية كدول مصدرة للطاقة والحفاظ على المستوى الاقتصادي الذي تنعم به هذه الدول الآن ومن أجل مواكبة بقية دول العالم في هذا المجال ، يقترح مراعاة التوصيات التالية :
1- الدعم المادي والمعنوي وتنشيط حركة البحث في مجالات الطاقة الشمسية.
2- القيام بإنشاء بنك لمعلومات الإشعاع الشمسي ودرجات الحرارة وشدة الرياح وكمية الغبار وغيرها من المعلومات الدورية الضرورية لاستخدام الطاقة الشمسية .
3- القيام بمشاريع رائدة وكبيرة نوعاً ما وعلى مستوى يفيد البلد كمصدر آخر من الطاقة وتدريب الكوادر العربية عليها بالإضافة إلي عدم تكرارها بل تنويعها في البلدان العربية للاستفادة من جميع تطبيقات الطاقة الشمسية .
4- تنشيط طرق التبادل العلمي والمشورة العلمية بين البلدان العربية وذلك عن طريق عقد الندوات واللقاءات الدورية .
5- تحديث دراسات استخدامات الطاقة الشمسية في الوطن العربي وحصر وتقويم ما هو موجود منها .
6- تطبيق جميع سبل ترشيد الحفاظ على الطاقة ودراسة أفضل طرقها بالإضافة إلي دعم المواطنين اللذين يستعملون الطاقة الشمسية في منازلهم .
7- تشجـيع التعاون مع الـــدول المتقدمــة في هـذا المجال والاستفــادة من خبراتهــا على أن يكـون ذلك مبنيــاً على أســاس المســاواة والمنفعة المتبادلة .
المراجع


1- مجلة الطاقة و الحياة
مـجـلــة عـلمـيـة تـقـنـيـة – العـدد الـرابـع – الربيع ( مارس ) 1995 ف – تصدر عن مكتب المعــلومات ودراسات الطاقة / اللجنة الوطنية للطاقة .
2- كتاب الطاقة و تحديات المستقبل
تأليف إيهاب صلاح الدين – المكتبة الأكاديمية .




الـــفــهــرس
الموضوع
المقدمة
تعريف الخلايا الشمسية
ميكانيكية تيار الخلايا الشمسية
أنواع الخلايا الشمسية التجارية
تطبيقات الخلايا الشمسية
كلفة كهرباء الخلايا الشمسية
الشركات العالمية المصنعة للخلايا الشمسية
الاستثمارات العالمية في مجال الطاقة الشمسية
استثمارات الطاقة الشمسية في الوطن العربي
اقتصاديات الطاقة الشمسية
بعض مشاكل استخدام الطاقة الشمسية
المقترحات والتوصيات
المراجع
©موقع مركز المدينة للعلم والهندسة - اتصل بنا لأي مشكلة أو اقتراح

اللجنة الاقتصادية والاجتماعية لغربي آسيا "الإنتاج والطاقة والمياه والبيئة، مؤشرات إحصائية"
E/ESCWA/SDPD/2003/3
اللجنة الاقتصادية والاجتماعية لغربي آسيا "بناء القدرات في تنظيم الطاقة المستدامة: نهج للتخفيف من الفقر وإدماج قضايا النوع الاجتماعي ضمن الاهتمامات الرئيسية"، الجزء الأول. "الطاقة لأغراض التنمية المستدامة في دول الإسكوا".
E/ESCWA/SDPD/2003/--
اللجنة الاقتصادية والاجتماعية لغربي آسيا أوراق إسكوا التحضيرية لمؤتمر القمة العالمي للتنمية المستدامة، الورقة رقم (3) التحديات والفرص التي تواجه إسهام قطاع الطاقة في تحقيق التنمية المستدامة، أغسطس 2002.
E/ESCWA/ENR/2002/3
________________________________________
الطاقة الشمسية .. مقال هام لمهندسي الطاقة


الموضوع

المقدمة

تعريف الخلايا الشمسية

ميكانيكية تيار الخلايا الشمسية

أنواع الخلايا الشمسية التجارية

تطبيقات الخلايا الشمسية

كلفة كهرباء الخلايا الشمسية

الشركات العالمية المصنعة للخلايا الشمسية

الاستثمارات العالمية في مجال الطاقة الشمسية

استثمارات الطاقة الشمسية في الوطن العربي

اقتصاديات الطاقة الشمسية

بعض مشاكل استخدام الطاقة الشمسية

المقترحات والتوصيات

المراجع

مقدمة :

إن القلق من تلوث هواء المدن ومن المطر الحمضي وتسرب النفط والمخاطر النووية وارتفاع حرارة الأرض يحث على إعادة تفحص بدائل الفحم والنفط والطاقة النووية ، وعلى الرغم من أن مصادر الطاقة البديلة ليست خالية من التلويث عموماً ، فإنه يوجد مجال واسع من الخيارات التي يكون ضررها البيئي أقل بكثير من مصادر الطاقة التقليدية .

إن أفضل التقنيات الواعدة هي التي تسخر طاقة الشمس حيث يعتبر التحويل الحراري المباشر للإشعاعات الشمسية إلي طاقة كهربائية عبر الخلايا الشمسية تقنية جديدة ومتطورة وهو صناعة إستراتيجية باعتبارها مصدراً طاقوياً مستقبلياً سيكون له الأثر الأكبر في المحافظة على مصادر الطاقة التقليدية ولأغراض أهم واستغلال أثمن علاوة على أن مصدر طاقته مجاني ولا ينضب ونظيف ودون مخلفات أو أخطار .

تعريف الخلايا الشمسية :

إن الخلايا الشمسية هي عبارة عن محولات فولتضوئية تقوم بتحويل ضوء الشمس المباشر إلي كهرباء ، وهي نبائظ شبه موصلة وحساسة ضوئياً ومحاطة بغلاف أمامي وخلفي موصل للكهرباء .

لــقد تم إنــماء تقنيات كثيرة لإنـتــاج الخلايـا الشمسيـــة عبر عــــمــليات متسلسلة من المعالجات الكيميائية والفيزيائية والكهربــائيـــة عـــلى شكــل متكاثف ذاتي الآليــــة أو عالي الآلية ، كمـــا تـم إنماء مــــواد مختلفـــة من أشبــاه الموصلات لتصنيع الخلايـــا الشمسية على هيئة عناصر كعنصر السيليكون أو على هيئة مركبات كمركب الجاليوم زرنيخ وكربيد الكادميوم وفوسفيد الأنديوم وكبريتيد النحاس وغيرها من المواد الواعدة لصناعة الفولتضوئيات .

ميكانيكية تيار الخلايا الشمسية :

الخلية الشمسية للتطبيقات الأرضية هي رقاقة رفيعة من السيليكون مشابة بمقادير صغيرة من الشوائب لإعطاء جانب واحد شحنة موجبة والجانب الآخر شحنة سالبة مكونة ثنائياً ذا مساحة كبيرة .

تولد الخلايا الشمسية قدرة كهربائية عندما تتعرض لضوء الشمس حيث الضوئيات ( الفوتونات ) والتي يحمل كل منها كماً طاقوياً محدداً يكسب الإلكترونات الحرة طاقة تجعلها تهتز حرارياً وتكسر الرابط الذري بالشبكة بالمادة الشبه موصلة ويتم تحرير الشحنات وإنتاج أزواج من الإلكترون في الفراغ . تنطلق بعد ذلك حاملات الشحنة هذه متجهة نحو وصلة الثنائي متنقلة بين نطاقي التوصيل والتكافؤ عبر الفجوة الطاقوية وتتجمع عند السطح الأمامي والخلفي للخلية محدثة سريان تيار كهربي مستمر عند توصيل الخلية بمحمل كهربي وتبلغ القدرة الكهربية المنتجة للخلية الشمسية عادة واحد وات.

أنواع الخلايا الشمسية التجارية :

تم تصنيع خلايا شمسية من مواد مختلفة إلا أن أغلب هذه المواد نادرة الوجود بالطبيعة أولها خواص سامة ملوثة للبيئة أو معقدة التصنيع وباهظة التكاليف وبعضها لا يزال تحت الدراسة والبحث وعليه فقد تركز الاهتمام على تصنيع الخلايا الشمسية السيليكونية وذلك لتوفير عنصر السيليكون في الطبيعة علاوة على أن العلماء والباحثين تمكنوا من دراسة هذا العنصر دراسة مستفيضة وتعرفوا على خواصه المختلفة وملاءمته لصناعة الخلايا الشمسية المتبلرة ومتصدعة التبلر .

1- الخلايا الشمسية السيليكونية المتبلرة :

تصنع هذه الخلايا من السيليكون عبر إنماء قضبان من السيليكون أحادي أو عديد التبلر ثم يؤرب إلي رقائق و تعالج كيميائياً وفيزيائياً عبر مراحل مختلفة لتصل إلي خلايا شمسية .

كفاءة هذه الخلايا عالية تتراوح بين 9 – 17 % والخلايا السيليكونية أحادية التبلر غالية الثمن حيث صعوبة التقنية واستهلاك الطاقة بينما الخلايا السيليكونية عديدة التبلر تعتبر أقل تكلفة من أحادية التبلر وأقل كفاءة أيضاً .

2- الخلايا الشمسية السيليكونية الأمورفية ( متصدعة التبلر ) :

مادة هذه الخلايا ذات شكل سيليكوني حيث التكوين البلوري متصدع لوجود عنصر الهيدروجين أو عناصر أخرى أدخلت قصداً لتكسبها خواص كهربية مميزة وخلايا السيليكون الأمورفي زهيدة التكلفة عن خلايا السيليكون البلوري حيث ترسب طبقة شريطية رقيقة باستعمال كميات صغيرة من المواد الخام المستخدمة في عمليات قليلة مقارنة بعمليات التصنيع البلوري . ويعتبر تصنيع خلايا السيليكون الامورفي أكثر تطويعاً وملاءمة للتصنيع المستمر ذاتي الآلية .

تتراوح كفاءة خلايا هذه المادة ما بين 4 – 9 % بالنسبة للمساحة السطحية الكبيرة وتزيد عن ذلك بقليل بالنسبة للمساحة السطحية الصغيرة وإن كان يتأثر استقرارها بالإشعاع الشمسي .

تطبيقات الخلايا الشمسية :

تركز الاهتمام على إدخال الفولتضوئيات كمصدر للطاقة المتجددة في التطبيقات الأرضية بغية تطوير التقنية ووسائل الاستخدام في قطاع السكن والصحة والتعليم والصناعة والزراعة والنفط وغيرها في الاستخدامات

الفولتضوئيات الجذابة اقتصادياً وفي المناطق المعزولة والنائية حيث تنقص تكلفة شبكات الكهرباء العامة وتساعد في الإنماء الاقتصادي والتطوير الاجتماعي المحلي .

والمسطحات الفولتضوئية هي مصدر القدرة الكهربية لهذه التطبيقات ، حيث يتكون المسطح من عدة خلايا (متصلة معاً بصفائح سلكية معدنية ) مغطاة بملف من البلاستيك الحراري مثل أسيتات فينيل إيثيل أو غيره وآخر من التدلار لحمايتها من الأشعة فوق البنفسجية ومغلقة بصفيحة زجاجية من الأمام وطبقة واقية تعمل كقاعدة إنشائية من الزجاج أو من الألياف الزجاجية أو الخزف الصيني عند الخلف مركب عليها صندوق وصلة كهربائية ومحاط بإطار معدني .

وهذه المسطحات يعوّل عليها بتطرف كمصدر طاقة كهربائية لأن ليس لها أجزاء متحركة وذات عمر طويل يتراوح من 15 إلي 35 سنة و أمان للبيئة ، كما تضفي على المباني شكلاً معمارياً جميلاً

ويمكن تصنيف وتحديد التطبيقات الأرضية وفق القدرة الكهربائية علي النحو التالي :-

* تطبيقات ذات قدرة منخفضة :

وتشمل الأجهزة والمنظومات التالية :

- الحاسبات والألعاب الإلكترونية والساعات .

- أجهزة الإذاعة المسموعة وشاحنات وسائط القدرة المنخفضة .

* تطبيقات ذات قدرة متوسطة :

وتشمل المنظومات التالية :

الإنارة – أجهزة الإذاعة المرئية – ثلاجات اللقاح والأمصال – إشارات المرور والإنذار – مراوح الأسقف ( التهوية ) – هواتف الطوارئ – شاحنات السياج الكهربي .

حيث يشحن السياج المحاط بالمزارع وأماكن تربية الحيوانات لمنعها من الاقتراب منها .

* تطبيقات ذات قدرة متوسطة وعالية :

ضخ المياه – محطات اتصالات الموجات السنتيمترية – محطات الأقمار الصنـــــاعية الأرضية – الوقاية المهبطية لحماية أنابيب النفط والغاز والمنشآت المعدنية من التآكل – تغذية شبكة الكهرباء العامة .

كلفة كهرباء الخلايا الشمسية :

تتراوح تكلفة الوات ذروة في الأسواق العالمية ما بين 8 إلي 10 دولارات بـــالنسبة للــدول المستوردة بينما تصل تكلفة الوات ذروة بالنسبة للتطبيقات ذات القدرة المتوسطة والقدرة المتوسطة و العالية إلي 30 دولار و تزيد هذه التكلفة وفق التصميم و أجهزة التحكم والتخزين الساكن و الإلكترونـات المساعدة إلا أن تكلفة الـوات ذروة بالنسبة للقدرة العاليــة (المحطات الكهـروشمسية ذات سعة الميجاوات) تقل قليلاً عن 20 دولار .

إن الاقتصاديات الحالية لتطبيقات ومنظومات الخلايا الشمسية وبعضها فعال التكلفة وبعضها الآخر غير ذلك وهي صورة ديناميكية تماماً حيث الأسعار و انخفضت خلال العقد الماضي .

الشركات العالمية المصنعة للخلايا الشمسية :

الشركات العالمية العاملة في هذا المجال كثيرة من بينها شركة سولار الألمانية – الفواتوات الفرنسية – اتيار سولار في إيطاليا – كرونار في يوغسلافيا – استروبور في كندا – وهيليودينايكا في البرازيل .

وشركات عديدة في الولايات المتحدة واليابان وهناك شركات متعددة الجنسيات أيضاً .

الاستثمارات العالمية في مجال الطاقة الشمسية :

تستثمر الدول المصنعة أموالاً طائلة في مجال الخلايا الشمسية وذلك على مستوى البحث والتطوير والتطبيق بغية الوصول إلي تخفيض أسعارها وزيادة كفاءتها وتسهيل طرق إنتاجها وجعلها واعدة للإنتاج والتطبيق الموسع .

كما تسعى هذه الدول الصناعية جادة من خلال مراكز البحث والتطوير إلي تخفيض تكلفة الوات ذروة إلي 0.5 أو 1 دولار مع سنة 2000 ولا غرابة في ذلك فقد كانت تكلفة الوات ذروة 300 – 350 دولار في الخمسينــات حين كـان هذا المجـال مقصوراً على أبحاث الفضاء .

وعليه فإن الأرقام المشار إليها في ميزانية الإنفاق ومبالغ الاستثمارات إنما تدل على ما توليه الدول المتقدمة من اهتمام بالغ لامتلاك الفولتضوئيات لها خاصة وأن المصادر التقليدية آخذة في النضوب بالإضافة إلي ضمان استحواذها على الأسواق العالمية لمنتجات الفولتضوئيات .

استثمارات الطاقة الشمسية في الوطن العربي :

يدرك العاملون في مجال الطاقة أن الأراضي العربية هي من أغنى مناطق العالم بالطاقة الشمسية ويتبين ذلك بالمقارنة مع بعض دول العالم الأخرى ولو أخذنا متوسط ما يصل الأرض العربية من طاقة شمسية وهو 5 كيلو واط – ساعة / متر مربع / اليوم و افترضنا أن الخلايا الشمسية بمعامل تحويل 5 % وقمنا بوضع هذه الخلايا الشمسية على مساحة 16000 كيلو متر مربع في صحراء العراق الغربية ( وهذه المساحة تعادل تقريباً مساحة الكويت ) و أصبح بإمكاننا توليد طاقة كهربائية تساوي 10 4 × 400 ميجا واط – ساعة في اليوم ، أي ما يزيد عن خمسة أضعاف ما نحتاجه اليوم وفي حالة فترة الاستهلاك القصوى .

ومن البديهي أيضاً أن طاقتنا النفطية ستنضب بعد مائة عام على الأكثر وهو أحسن المصادر للطاقة وذلك لعدم وجود كميات كبيرة من مادة اليورانيوم في بلداننا العربية بالإضافة إلي تكلفة أجهزة الطاقة وتقدم تكنولوجيتها خلال السنوات الخمسين الماضية و إمكانية عدم اللحاق بها وهو ما جعلنا مقصرين في استثمارها و نأمل أن لا تفوتنا الفرصة في خلق تكنولوجيات عربية لاستغلال الطاقة الشمسية وهي لا زالت في بداية تطورها .

إن لاستعمال بدائل الطاقة مردودين مهمين أولهما جعل فترة استعمال الطاقة النفطية طويلة وثانيهما تطوير مصدر للطاقة آخر بجانب مصدر النفط الحالي .

ومن التجـارب المحدودة لاستخدامات الطاقة الشمسية في البلاد العربية ما يلي :

1- تسخين المياه والتدفئة وتسخين برك السباحة بواسطة الطاقة الشمسية أصبحت طريقة اقتصادية في البلدان العربية وخاصة في حالة تصنيع السخانات الشمسية محلياً .

2- تعتبر الطاقة الشمسية أحسن وسيلة للتبريد حيث أنه كلما زاد الإشعاع الشمسي كلما حصلنا على التبريد وكلما كانت أجهزة التبريد الشمسي أكثر كفاءة ، ولكن تكلفة التبريد الشمسي تكون أعلى من السعر الحالي للتبريد بثلاثة إلي خمس أضعاف تكلفته الاعتيادية ويعود السبب لارتفاع التكلفة لمواد التبريد الشمسي ومعدات تجميع الحرارة وتوليد الكهرباء .

ولو استعرضنا البحث والتطبيقات السارية للطاقة الشمسية في الوطن العربي لتبين لنا أن استخدام السخانات الشمسية أصبح شيئاً مألوفاً في بعض البلدان العربية بينما بقيت صناعة الخلايا بصورة تجارية متأخرة في جميع البلدان العربية بسبب تكلفة إنشاء المصنع الأولية و إتباع سياسة التأمل القائلة ( يجب الانتظار ريثما تنخفض الكلفة ) .

إن معظم التجارب الميدانية والمختبرية لاستغلال الطاقة الشمسية في الوطن العربي لا تزال في مراحلها الأولى ويجب تنشيطها و الإكثار منها و لو استعرضنا ما تقوم به دول العالم في هذا المجال و بخاصة الدول المتقدمة صناعياً والتي لا تملك خمس ما تملكه الدول العربية من الطاقة الشمسية لوجدنا أن بريطانيا وحدها تنفق على مشاريع الطاقة الشمسية ما يعادل جميع ما تنفقه الدول العربية مجتمعة وينطبق هذا على عدد العاملين في مجالات الطاقة المتجددة حيث يعمل في فرنسا ضعف اللذين يعملون في جميع الدول العربية في هذه المجالات .

اقتصاديات الطاقة الشمسية :

تعتبر تكلفة المواد الأولية لأجهزة استخدام الطاقة الشمسية أهم عائق يحول دون استخدامها بالإضافة إلي المساحة الكبيرة المطلوبة لوضع هذه الأجهزة المجمعة لأشعة الشمس غير المركزة و بالرغم من كل هذه العوامل فهناك بعض الاستخدامات للطاقة الشمسية تعتبر اقتصادية في الوقت الحاضر ، منها تسخين المياه والاستعمالات الأخرى في المناطق النائية مثل توليد الكهرباء وضخ المياه وتحلية المياه والإشارات الضوئية والبث اللاسلكي والحماية الكاثودية وغيرها .

ومن الضروري قبل احتساب تكلفة واقتصاديات الطاقة الشمسية أن نعلم نوع التطبيق الشمسي بالإضافة إلي مواصفات المكان أي هل منطقة نائية أو قرب مدينة أو في داخل المدينة ؟ ويجب معرفة فترة التشغيل اليومية وهل هناك حاجة إلي تخزين الطاقة أم لا ؟ وهل هناك حاجة إلي الصيانة ومدى تكرارها ؟ .

ومن المعلوم بأن معظم البلدان العربية تدعم أسعار الكهرباء المولدة بالمشتقات النفطية لمواطنيها ولا بد من أخذ هذا الدعم في الاعتبار عند مقارنة تكلفة توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية .

و إذا أخذت جميع هذه العوامل في الحسبان و اتبعت الطرق الصحيحة لاستغلال و استخدام هذا النوع من الطاقة بشكل اقتصادي ومحاولة تطويرها إلي الشكل الأفضل قد يؤدي إلي انخفاض تكلفة الوات الواحد المنتج منها .

بعض مشاكل استخدام الطاقة الشمسية :

إن أهم مشكلة تواجه الباحثين في مجالات استخدام الطاقة الشمسية هي وجود الغبار ومحاولة تنظيف أجهزة الطاقة الشمسية منه وقد برهنت البحوث الجارية حول هذا الموضوع أن أكثر من 50 % من فعالية الطاقة الشمسية تفقد في حالة عدم تنظيف الجهاز المستقبل لأشعة الشمس لمدة شهر .

إن أفضل طريقة للتخلص من الغبار هي استخدام طرق التنظيف المستمر أي على فترات لا تتجاوز ثلاثة أيام لكل فترة وتختلف هذه الطرق من بلد إلي آخر معتمدة على طبيعة الغبار وطبيعة الطقس في ذلك البلد .

أما المشكلة الثانية فهي خزن الطاقة الشمسية والاستفادة منها أثناء الليل أو الأيام الغائمة أو الأيام المغبرة ويعتمد خزن الطاقة الشمسية على طبيعة وكمية الطاقة الشمسية ، و نوع الاستخدام وفترة الاستخدام بالإضافة إلي التكلفة الإجمالية لطريقة التخزين ويفضل عدم استعمال أجهزة للخزن لتقليل التكلفة والاستفادة بدلاً من ذلك من الطاقة الشمسية مباشرة حين وجودها فقط ويعتبر موضوع تخزين الطاقة الشمسية من المواضيع التي تحتاج إلي بحث علمي أكثر واكتشافات جديدة .

ويعتبر تخزين الحرارة بواسطة الماء والصخور أفضل الطرق الموجودة في الوقت الحاضر . أما بالنسبة لتخزين الطاقة الكهربائية فما زالت الطريقة الشائعة هي استخدام البطاريات السائلة ( بطاريات الحامض والرصاص ) وتوجد حالياً أكثر من عشر طرق لتخزين الطاقة الشمسية كصهر المعادن والتحويل الطوري للمادة وطرق المزج الثنائي و غيرها .

والمشكـلة الثـالثة في استخدامات الطاقة الشمسية هي حدوث التـآكل في المجمعـات الشمسيــة بسبب الأمـلاح الموجودة في الميــاه المستخدمــة في دورات التسخــين وتعتبر الــدورات المغلقـة واستخـــدام مــاء خـال من الأملاح فيها أحسن الحلول للحد من مشكلة التآكل والصدأ في المجمعات الشمسية .

المقترحات و التوصيات :

إن البحث والمثابرة في إيجاد بدائل للطاقة الأحفورية ما هو إلا جزء مكمل لاستمرارية دور الدول العربية كدول مصدرة للطاقة والحفاظ على المستوى الاقتصادي الذي تنعم به هذه الدول الآن ومن أجل مواكبة بقية دول العالم في هذا المجال ، يقترح مراعاة التوصيات التالية :

1- الدعم المادي والمعنوي وتنشيط حركة البحث في مجالات الطاقة الشمسية.

2- القيام بإنشاء بنك لمعلومات الإشعاع الشمسي ودرجات الحرارة وشدة الرياح وكمية الغبار وغيرها من المعلومات الدورية الضرورية لاستخدام الطاقة الشمسية .

3- القيام بمشاريع رائدة وكبيرة نوعاً ما وعلى مستوى يفيد البلد كمصدر آخر من الطاقة وتدريب الكوادر العربية عليها بالإضافة إلي عدم تكرارها بل تنويعها في البلدان العربية للاستفادة من جميع تطبيقات الطاقة الشمسية .

4- تنشيط طرق التبادل العلمي والمشورة العلمية بين البلدان العربية وذلك عن طريق عقد الندوات واللقاءات الدورية .

5- تحديث دراسات استخدامات الطاقة الشمسية في الوطن العربي وحصر وتقويم ما هو موجود منها .

6- تطبيق جميع سبل ترشيد الحفاظ على الطاقة ودراسة أفضل طرقها بالإضافة إلي دعم المواطنين اللذين يستعملون الطاقة الشمسية في منازلهم .

7- تشجـيع التعاون مع الـــدول المتقدمــة في هـذا المجال والاستفــادة من خبراتهــا على أن يكـون ذلك مبنيــاً على أســاس المســاواة والمنفعة المتبادلة .
الوصايا
تُمثل الطاقة الكهربائية الشريان الرئيسي لجميع الصُعد الحياتية لاسيما وان عماد استخدام الاجهزة والتقنيات الحديثة بنيت على اساس توفير الطاقة الازمة بغية دفع عجلة الحياة والركب العلمي السائر حاليا في

دول العالم بخطى متسارعة باستثناء العراق فهي تسير بخطى ثقيلة وبطيئة نتيجة الهبوط الحاد في توفير الحد الادنى للطاقة الكهربائية، ولاهمية الطاقة فقد انبرى العديد من الباحثين لايجاد المعالجات اللازمة المتاحة لتوفير الطاقة وسد النقص الحاصل، فضلا عن تصاميم معمارية يتجاوب مع مستوى الطاقة المتاحة واستغلال الطاقة الشمسية في هذا المجال وسبق لملحق علوم ان التقى بباحثين من داخل العراق وخارجه توصلوا بتجارب علمية وعملية الى طرق اخرى لتوفير الطاقة الكهربائية او في وضع خطط اخرى تتجاوب معها.
هذه المرة التقينا بـ( خالد وليد خليل) مدير مركز الوليد للأبحاث العلمية ليحدثنا عن ما توصل اليه من مشروع الطاقة الشمسية والذي اسماه بـ(الطاقة والبيئة).

* كيف تمخضت لديك فكرة مشروع الطاقة الشمسية لتغذية بغداد؟

- قبل كل شيء ينبغي التنويه الى ان عملية تجهيز الوحدات السكنية بالبنى التحتية والخدمات من أهم المشاكل المستعصية حيث أن بناء المنازل دون توفير الخدمات المناسبة يؤدي إلى مشاكل من المستحيل حلها وخير مثال على ذلك مدينة الصدر التي إنشأها عبد الكريم قاسم حيث أصبحت تعاني من مشاكل اجتماعية واقتصادية أمنية وخدمات لا يمكن حلها بسبب عدم وجود دراسات كافية وكذلك لا يوجد تصميم أساس لها حيث أن جميع المحاولات التي تمت من قبل أمانة بغداد والمراكز البحثية قد باءت بالفشل.
خلال تواجدي في أمانة بغداد كباحث اكتشفت بان الطريقة المثلى لحل جميع المشاكل المستقبلية فضلا عن الحروب المدمرة الثلاث الماضية وهي بإنشاء منزل لا يحتاج إلى خدمات ولا يحتاج إلى إسناد خارجي مكلف وهي مهمة جدا ولكن يجب أن لا تتجاوز كلفة المنازل التقليدية أو اكثر بقليل وان يكون اعتماده على الدولة بشكل رمزي ولا يتجاوز 20%.

* في اي عام تمخضت لديك فكرة المشروع فهل من اعطاء نبذة عنه؟

- في عام 1986 في معهد الاتصالات بدأ مشروع منزل الطاقة والبيئة وكان في البداية مشروع خفض استهلاك الطاقة الوطنية باستخدام الطاقة الشمسية حيث كان الهدف من المشروع آنذاك جعل إمكانية الاستفادة المجزية للطاقة الشمسية ممكنة وجعلها في متناول الجميع والشرط الأول أن تكون ارخص من جميع أنواع الطاقة والشرط الثاني أن تكون اصغر حجما وتم حل مشكلة الكلفة فتم خفضها إلى الربع وكذلك تم حل مشكلة الحجم فتم خفضها إلى الثلث وتم بالتنسيق مع مجلس البحث العلمي، مركز بحوث الطاقة الشمسية واقترح المجلس عام 1988 استخدام الفكرة في مراكز الاتصال النائية والتي تعاني من مشاكل نقل الطاقة وتم الاستمرار بالدراسات حتى عرضت عام 1989 على الوكيل الأقدم للتصنيع العسكري بعد إدخال تعديلات عليها وأمر بدراسة المشروع وتم في (مشروع 96)إعادة التصاميم حتى يتم خفض الكلفة وتصغير المشروع ومن ثمة إعادة تصميم كافة الأجهزة المنزلية لتكون رخيصة جدا وتستهلك نصف الطاقة التي تستهلكها الأجهزة التقليدية وفي عام 1990 اصبح المنزل جاهزاً للتنفيذ بعد أن استفدت من تكنولوجيا الدمار الشامل وبعد حرب الكويت أعدت تصميم المنزل مرة أخرى للاستفادة من التكنولوجيا التي ظهرت خلال الحصار وخاصة عدم استخدام الحديد في البناء واختراع أساليب جديدة ليتماشى مع متطلبات الحصار وعدم الحاجة إلى بنى تحتية وفي عام 1993 اصبح جاهزاً للتنفيذ ألا أن حسين كامل وزير التصنيع العسكري زمن التظام المقموع رفض المشروع بحجة أن العراق ليس بحاجة إلى بدائل الطاقة وفي عام 1996 تم إعادة تصميم المنزل ليتماشى مع التوجه الدولي بإنشاء منازل لا تلوث البيئة فتم تصميم أنظمة تقوم بمعالجة المياه في المنزل دون الحاجة إلى شبكة مجاري مع معالجات للنفايات وفي عام 1998 تم إعادة تصميم المنزل بعد ظهور كومبيوترات البانتيوم حيث إن المنزل يعتمد على حواسيب تشابهية في حين يتوفر في الأسواق الأجهزة الرقمية التي لا تستهلك طاقة عالية وهكذا اصبح المنزل يعمل بالحواسيب الرقمية ومنظومات سيطرة متطورة.
الطاقة الشمسية

* كيف تنظرون الى الاستغلال الحالي للطاقة الشمسية؟

- قبل كل شيء ينبغي التنويه الى ان العراق يعد من الدول الغنية بالطاقة الشمسية بسبب معدلات الإشعاع العالي وقلة الأيام الغائمة والممطرة ولكن مع الأسف لم يتم استغلال هذه الطاقة بصورة صحيحة ويعود السبب الى امور كثيرة، من بينها كمية التعرض للإشعاع الشمسي ليوم كامل من لحظة الشروق حتى الغروب على المولدات الشمسية حيث يلاحظ أنها تصل إلى 50% بسبب كون الخلايا لا تتعرض إلى الطاقة الشمسية من الشروق حتى الغروب بسبب كون الخلايا ثابتة ويجب أن تتحرك ليكون سقوط أشعة الشمس عامودياً على الخلايا لنهار كامل حيث تكون في الظل لبعض الوقت ويجب أن تكون مواجهة لأشعة الشمس للوصول إلى كفاءة 90%.
والسبب الآخر القدرة الادائية للملتقطات الشمسية حيث لا تتجاوز 13 % وعند الذروة إلى 7 % فقط للخلايا الفولتائية أما للسخانات الحرارية 80 % وعند الذروة تصل الى 50% فقط ويمكن زيادة كفاءة الملتقطات لتصل إلى 35 % للفولتائية (باستخدام مواد جديدة)و90%للحرارية (مضاعفة العزل). الشيء الاخر كفاءة النقل فيها هي 90 % للنوعين الحراري ويشمل الأنابيب الناقلة للسائل والفولتائي ويشمل العاكسة والأسلاك ويمكن إيصاله إلى 98 % في حالة استخدام أنابيب عازلة وتقليل الاعتماد على العاكسة باستخدام الطاقة المستمرة بكثرة وأخيرا كفاءة الخزن فهي80%للبطاريات (الفولتائي) و50% لخزانات الماء الحار (وتقل مع زيادة الزمن) لنهار كامل ويمكن تقليل هذه الخسائر إلى اقل حد بجعل اغلب أجهزة المنزل تعمل في النهار والإنارة والأجهزة الإلكترونية في الليل.
اختراع خلايا شمسية جديدة

* برأيك هل من جديد تجده ملبيا للغرض في هذا المجال لجعل الطاقة الشمسية ذات جدوى اقتصادي؟

- بغية جعل استخدام الطاقة الشمسية ذات جدوى اقتصادية وجعله مجزياً من الناحية العملية توصلنا إلى اختراع عدة خلايا شمسية ووفق الآتي:
ملتقطات شمسية (سخانات) لها القدرة على خزن الطاقة الشمسية وبنفس الحجم للملتقطات الحالية وتتميز بالكفاءة العالية وبالتالي لا تحتاج إلى منظومات الخزن (الحرارية) المكلفة وكذلك الملتقطات المزدوجة التي لها القدرة على توليد الطاقة الكهربائية والطاقة الحرارية معا وذات أحجام صغيرة نسبيا.
فضلا عن إلغاء منظومات الخزن التقليدية المكلفة والباهظة والتوجه إلى تصاميم لاستخدامات جديدة لا تتطلب الخزن حيث إن الخزن يضاعف كلفة المنظومة ثلاثة أضعاف ويتضمن برمجة الأجهزة المنزلية للعمل عند وصول الطاقة الشمسية للذروة.
ولا ننسى العمل على تصميم المنظومات الشمسية وجعلها جزءاً من وحدات البناء وبالتالي تكون جزءاً من كلفة بناء المنزل وليس الطاقة أي تصبح صفراً أو اقل من التقليدي بكثير.
منزل الطاقة
يواصل خليل القول: أن الطاقة الشمسية هي طاقة قليلة نسبيا لوحدة المساحة ولكون الإشعاع الشمسي ثابتاً ولذلك فقد تم دراسة وتصميم منزل الطاقة الذي يتطلب الحد الأدنى من الطاقة ليتسنى له أن يكون مشروعاً ناجحاً وان التحويرات والتصاميم تساهم بشكل جذري في حل مشكلة الطاقة في القطر ووفق الآتي:
حساب الشغل النهائي المطلوب وجعل استهلاك الطاقة بقدر الشغل تقريبا وكمثال أن الشغل المطلوب لغسالة الملابس ربع حصان لتدوير الغسالة تلحقها 10% خسائر ميكانيكية ثم 20% خسائر المحرك الكهربائي وبذلك تصبح قدرة الغسالة 0,325 حصاناً وإذا كان هنالك مولد تضاف خسائر التوليد والنقل أما إذا تم استخدام طاقة حركية فلن تتجاوز الخسائر 5% فقط ،فضلا عن وضع حاسوب يقوم بتشغيل الأجهزة المنزلية حسب الكفاءة القصوى للتشغيل وهكذا يتم خفض استهلاك الطاقة المستهلكة والمخزونة وفق الطاقة المتوفرة الرخيصة.

* كيف تنظر الى الخارطة السكانية والصحية لعموم بغداد ؟

- خلال فترة تواجدي في أمانة بغداد/ دائرة المجاري قمت باجراء دراسات ميدانية إحصائية للوصول إلى أسباب التلوث في مدينة بغداد مع العلم بان بغداد مدينة أفقية وان الكثافة السكانية منخفضة نسبيا للمتر المربع باستثناء حدود إمانة العاصمة عام 1945 من الوزيرية إلى السعدون ومن النهضة إلى العلاوي وخلال دراستي للتصاميم اكتشفت أخطاء مدمرة في تصاميم المجاري حيث أن جميع التصاميم تم استيرادها من الخارج جاهزة سعيا من الشركات الأجنبية ببيع قطع غيار إلى أمانة بغداد وبكلف خرافية يفوق ما ينفق على التعليم و الصحة، وقد تم اجراء التصاميم المناسبة التي تصمد لفترات طويلة وكذلك هنالك نقطة مهمة لم يدرسها أحد من قبل أو يأخذها على محمل الجد وهو قدرة التربة على تصفية وتنقية المياه عن طريق دورة بيولوجية، وهذه الدورة وضعت شروطها حيث أن زيادة الملوثات العضوية عن الحد المسموح تسمم التربة وتتوقف قدرتها على التصفية.
تلوث الهواء في مدينة بغداد
ويواصل القول: خلال عملي العسكري في مجال الصواريخ قمت بعدة دراسات وبحوث لإنتاج محركات الصواريخ الفائقة وتوصلت إلى النتائج التالية:
اولا: إن تلوث الهواء بكافة أنواعه (الكيميائي / الحراري) عبارة عن فقدان طاقة أي إذا كنا نريد زيادة كفاءة أي محرك كيميائي حراري يجب التقليل من الملوثات وخير مثال هو إن محركات السيارات التي تبعث بالملوثات الأقل تستهلك وقوداً اقل واصغر حجما وبالتالي فان تصميم محركات ذات كفاءة عالية جدا سيؤدي إلى خفض التلوث إلى أقصى حد
ثانيا: أن اكبر مصدر للتلوث في العراق هو تكييف الهواء وتسخين المياه لجميع مؤسسات الدولة والأفراد وبالتالي فان حل هذه المشكلة ستجعل العراق دولة مصدرة للطاقة بدل وجود عجز في توليد الطاقة
ثالثا: أن فقدان الطاقة في محطات الطاقة الكهربائية بسبب التلوث تحويل محطة الدورة إلى محطة لا تلوث الهواء سيزيد طاقة التوليد بنسبة30%دون أي توسعات بتكنولوجيا جديدة.
منزل المعاقين والعجزة

* من بين ابحاثك انك تدعو الى ايجاد منزل خاص للعجزة والمعوقين هل من توضيح؟

- تعتبر منازل المعوقين والعجزة وكبار السن من المنازل التي تتطلب تكنولوجيا متطورة وتوفير سبل الراحة والجو الصحي حيث يجب أن يكون التكييف جيداً صيفا وشتاء اكثر من المنازل التقليدية حيث هنالك شروط يجب توفرها وهي :
اولا: أن لا يتطلب مجهوداً عضلياً كنقل قطع الأثاث أو أموراً عضلية أخرى وان تصمم الغرف لتبقى صيفا وشتاء.
ثانيا: يجب أن لا يتطلب مجهوداً كبيراً في نقل الطاقة كقناني الغاز أو النفط الأبيض أو نقل المدفآت النفطية أو الغازية.
ثالثا: يجب أن يكون المنزل طابقاً واحداً لمحدودي الحركة وبمستوى واحد(في حالة وجود كرسي معوق)ليتسنى التنقل بحرية وكذلك موقع الغرف لا يتطلب مجهوداً كبيراً في التنقل
رابعا: يجب أن يراعى في المرافق الصحية أن تكون خالية من التعقيدات وان تكون سهلة في التشغيل خاصة الحنفيات.
خامسا: يجب أن لا يكون المنزل مكلفاً يتجاوز إمكانية المواطن العراقي ويفضل الذين يمتلكون قدرات فنية لإدامة المنزل.
التصاميم الأساسية

* الذي يتصفح ابحاثك في هذا الجانب يتلمس اعتمادك على الطراز المعماري البغدادي،ما سبب هذا الاختيار؟

- تم إجراء سلسلة من الدراسات المعمارية حول افضل السبل لتصميم منزل الطاقة والبيئة وللمعوقين والطاقة الشمسية في بناء وحدة سكنية واحدة وقد كانت المفاجأة إن التصميم يشبه المنازل البغدادية القديمة حيث توصل العراقيون إلى تصميم منازل كفئة مريحة ذات جو لطيف لا يتوفر في المباني الحديثة المكلفة والتي تتطلب كميات كبيرة جدا من الطاقة للتكييف مقارنة مع الطاقة التي تتطلبها المنازل القديمة وكذلك فان المنازل البغدادية واطئة الكلفة وسبب هجر البناء القديم هو عدم قيام النظام المباد بتطوير وتطويع مواد البناء الحديثة مع أساليب البناء القديمة إذ ان في البناء القديم لا يتم استخدام مواد بناء جديدة فقط الجص والطابوق دون استخدام مواد البناء الحديثة (الألمنيوم والمواد المصنعة والأسمنت الأبيض) وقد طورنا أساليب بناء جديدة أن العودة إلى التصاميم التراثية بعد تطوير مواد بناء خاصة بها سيساهم بشكل جذري بحل مشكلة الطاقة وخاصة في المحافظات والأرياف اضافة لملاءمتها للمجتمع.
أهم الأعمال الاستثمارية
و يضيف الباحث خالد وليد خليل: ان هنالك محاور استثمارية رئيسية تصلح كمشاريع مستقلة متكاملة ولا تشترط أن تكون جزءاً من المنزل وهي:
اولا:محور الطاقة الشمسية ويشمل وحدات التوليد بجميع أنواعها الواطئة الكلفة وهي تستخدم كوحدات بناء.
ثانيا: محور الصرف الصحي ويشمل إنشاء وحدة المعالجة الذاتية مع تصاميم جديدة للمرافق والمطبخ لا تلوث البيئة.
ثالثا: محور المطبخ ويشمل تصميم جميع أجهـزة المطبـخ ويجب أن تستهلك50%كحد أقصى من الحالية ورخيصة الثمن
رابعا:استهلاك الطاقة الواطئة للأجهزة المنزلية والذي يمكن تطبيقه على أي نوع من المنازل ولجميع أنواع الطاقة.
خامسا: محور الحاسوب والإلكترونيات وقد يدمج مع الأقسام الباقية وذلك بسبب ظهور كومبيوتر بانتيوم الذي لم يكن معروفاً قبل خمس عشرة سنة حيث أن الكومبيوتر سيستعيض عن الكثير من الأجهزة الضرورية المكلفة جدا.
سادسا: تطوير أساليب ومواد بناء لتصاميم للدور التراثية.
وقد وضعت هذا التصميم عام 1989 وهو يستند على الدور البغدادية القديمة كما اسلفت ويتكون من طابق واحد وبمساحة 140 متراً مربعاً ويعمل بالطاقة الشمسية وهو عبارة عن منزل بناء بالطابوق الجفقيم يتوسطه حوش(هول)مغطى بقبة زجاجية والغرف حوله غرفتان للنوم مع مرافق في الخلف مفصولة بقاطع وفي المقدمة المطبخ والمرافق والمدخل والاستقبال وفي الوسط غرفة دراسة والطعام، المنظومة الشمسية ستكون جزءاً من السقف وبعض النوافذ وبالتالي سيقلل الكلفة الكلية إلى النصف وستكون كلفة الطاقة الشمسـية لا تذكر مقارنة بكلف الطاقة التقليدية.

‏ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق

مرحبا بالزوار الجدد

الجديد هيلاقي اسمه اول اسم فى القايمه بلون اخضر يضغط عليه كليك ويغيره ويكتب اسم مستعار وكمان يقدر يغير الصورة

اعـــــــز اصحـــــــــاب

شااااااااااااااهد جميع المباريات على قناة الجزيرة

Loading...

اجمل صور

اجمل صور
شاهد ارق الصور