علوم الأرض والجيولوجيا

نبذة تعريفية عن أهمية “الطاقة” في حياتنا وكيفية الحصول على “الطاقة الشمسية”

2011 تجارب علمية بيئتنا

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الطاقة أهمية الطاقة الطاقة الشمسية كيفية الحصول على الطاقة الشمسية علوم الأرض والجيولوجيا

إذا أشعلت عود ثقاب وتركته على طبق حتى يصبح أسود اللون فإن اللهب ينطفئ.

لقد استهلك عود الثقاب كل طاقته. وفي الخارج، حيث تسطع الشمس وتهب الرياح كل يوم، نستطيع استخدام طاقتهما مرة بعد أخرى.

إن الشمس هي مصدر الطاقة لكل الكائنات الحية على الأرض. وتستخدم النباتات طاقة الشمس لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى غذاء لمساعدتها على النمو، بينما تتغذى الكائنات الأخرى، مثل الحيوانات والفطريات، على النباتات.

 

تساعد الطاقة الحرارية النابعة من الشمس على إحداث مناخات مختلفة حول العالم التي بدورها تحدد المكان الذي تعيش فيه كل من هذه الكائنات.

يستخدم الإنسان الطاقة من الطعام، لكننا نستخدم أيضاً مصادر أخرى للطاقة من أجل توليد الحرارة والكهرباء وتزويد المصانع بالطاقة اللازمة. وتنتج معظم هذه الطاقة عن حرق الوقود الأحفوري.

يتشكل الوقود الأحفوري من التحلل البطيء للنباتات والحيوانات التي عاشت منذ مئات ملايين السنين، فالحرارة داخل الأرض وضغط المواد الأخرى التي تراكمت فوق الكائنات الميتة حولت الكربون في هذه الكائنات إلى فحم وغاز ونفط على مر ملايين السنين، لذلك نطلق عليها اسم الوقود الأحفوري.

 

وبما أن تكوّن الوقود الأحفوري يتطلب ملايين السنين بينما يتم استهلاكه بسرعة كبيرة، فإننا في النهاية سنعاني من نفاد هذا الوقود، كما يطرح الوقود الأحفوري مخلفات خطرة عند احتراقه.

وتساهم بعض هذه المخلفات في ارتفاع درجة حرارة الكرة الأرضية (الاحتباس الحراري) 21، وتفتك العديد من هذه المخلفات بالنباتات والحيوانات والبشر أيضاً.

تشكل التفاعلات النووية مصدراً آخر للطاقة. ومع أن محطات الطاقة النووية عالية الكفاءة، إلا أن المخلفات الناتجة عنها تكون مميتة ويصعب التخلص منها، كما أن الحوادث في محطات الطاقة النووية يمكن أن تقـضي على أعداد كبيرة من الناس بسرعة كبيرة.

 

وبالنظر إلى هذه الأسباب يقوم العلماء باستمرار بالبحث عن مصادر بديلة للطاقة التي لا تنفد ولا تلوث البيئة.

إن أحد مصادر الطاقة المتجددة هي طاقة الشمس، وتسمى أيضاً الطاقة الشمسية، والتي يمكن استخدامها لتوليد الحرارة والكهرباء (انظر إلى الشكل في جهة اليسار).

ينبغي تركيز أشعة الشمس على منطقة واحدة قبل أن نستطيع استخدام طاقتها لتزويد الطاقة. وتستخدم في محطات توليد الطاقة الشمسية الكبيرة أعداد كبيرة من المرايا تسمى «الصفائف» وظيفتها جمع أشعة الشمس.

 

وتستخدم الحرارة التي تجمعها الصفائف في تسخين الماء الذي يتحول إلى بخار، حيث يقوم بعدها بتشغيل مراوح كبيرة تسمى العنفات (أو التوربينات).

تقوم هذه العنفات بتشغيل المولّدة التي تنتج الكهرباء. تتنقل الشمس في السماء بينما يمر النهار، وبالتالي تدور المرايا باتجاه حركة الشمس وتتابع حركتها كي تبقى الأشعة مركزة ويستمر توليد الكهرباء.

يمكن تجهيز الأبنية أيضاً بألواح شمسية، بحيث توضع هذه الألواح على سطح البناء لالتقاط أكبر كمية ممكنة من أشعة الشمس.

 

وتُصنّع هذه الألواح الشمسية إما من الزجاج أو البلاستيك وتُطلى باللون الأسود (بما أن اللون الأسود يمتص الحرارة أكثر من اللون الأبيض).

وهناك مواسير ماء خلف الزجاج مثبتة على طبقات من صفائح معدنية تساعد على انعكاس حرارة الشمس وتركيزها.

 

يتم تسخين الماء البارد المتدفق عبر المواسير بواسطة أشعة الشمس، ومن ثم يتدفق إلى خزان الماء الساخن وينتقل بعدها إلى نظام التدفئة أو إلى صنابير المياه الساخنة.

سيتيح لك النشاط التالي الفرصة كي تكتشف بنفسك مدى فعالية الشمس في التدفئة، وتستطيع استخدام المعلومات التي تحصل عليها في استحداث طرق أكثر فاعلية في موضوع التدفئة الشمسية.

 

الخلايا الشمسية

تتألف ألواح الطاقة الشمسة، كتلك المركّبة على سقف المنزل المبين أدناه (جهة اليمين)، من خلايا شمسية كثيرة. تُصنّع الخلايا الشمسية (الخلايا الكهروضوئية) من طبقة رقيقة من السليكون توضع بجانب طبقة أرق من السليكون الممزوج بكمية صغيرة من عنصر معروف باسم "البورون".

عندما يسقط الضوء على الطبقة العليا من السيليكون، تنتقل الإلكترونات من الطبقة الثانية لتعبر إلى الطبقة العليا، وهذا التدفق للإلكترونات هو الذي يوّلد الكهرباء.

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى
Loading cart ⌛️ ...
إغلاق
إغلاق