1

الطاقة الشمسية

4المقدمة .................................................. -1

9الطاقة البديلة ........................................... -2

12أنواع الطاقة الموجودة ............................... -3

18.... الطاقة الشمسية .................................... -4

33المواد األولية ........................................... -5

52أنواع الخاليا و الخصائص الكهربائية.............. -6

54التطبيقات العملية ...................................... -7

2

بسم هللا الرحمن الرحيم

رب أوزعني أن أشكر "

أنعمت علي نعمتك التي

ل وعلى والدي وأن أعم

صالحا ترضاه وأدخلني

برحمتك في عبادك

"الصالحين

صدق هللا العظيم

3

هـداءإ

أساتذتي الكرام ..

يابستان العلوم يامن شققتم بسواعدكم طريقنا ورصفتموه لنا لنعبر ونحن قد اطمأنا من غدر

اهدي رسالتي مع فائق االحترام. .. إليكم زمان ال

في طريق خطوة بأسرها والى كل من إرتقي و اإلسالميةإلى األمة العربية اهدي كتابي هذا و

مكر أو ية بالعلم سالحا يصد به كل ولكل من جابه أعداء امتنا العرب باألمة التقدم والرفعة

هوان .

األعزاء ..خوتي إ

من حفظتم علي من غدرات يا أمانبسمة من المن حنان انتم لي انتم لي دفقة عمري يارفقة

. مع خالص الحب والحنان كتابيياأحبتي أهدي إليكم.... والسلوان األمنالزمان وكنتم لي

مهندس / عالء بيومي عبد العظيم

زميل جمعية المهندسين األمريكية العضو المراقب بالمنظمة العربية واإلتحاد األفرأسيوي

عضو اإلتحاد العربي لإلعالم

عضو نادي الموارد البشرية العربي

4

لمقدمةاوالقمر كآيات دالة على كمال قدرته وعظم سلطانه وجعل شعاع الشمس خلق هللا الشمس

فالشمس تجري سطح القمر نورا مصدرا للضياء على األرض وجعل الشعاع المعكوس منشكل دقيق ، في الفضاء الخارجي بحساب دقيق أي أن مدار األرض حول الشمس محدد وب

وآي اختالف في مسار األرض سيؤدي إلى تغيرات مفاجئة في درجة حرارتها وبنيتها لحياة فقدرة هللا تعالى ل ن عندها بقاءويكال الجوي ، وقد تحدث كوارث إلى حد وغالفها

وحدها جعلت الشمس الحارقة رحمة ودفئا ومصدرا للطاقة حيث تبلغ درجة حرارة مركزها فن ( ثم تتدرج درجة حرارتها في االنخفاض حتى لدرجة مطلقة ) ك x 10( 08-8حوالي )

لشمس تعتبر المصدر الرئيسي للطاقة افن ( إن طاقة لمطلقة ) ك 2678تصل عند السطح إلى

ومنها توزعت وتحولت إلى مصادر الطاقة األخرى سواء ما كان منها األرضفي كوكب ية في جوف األرض والطاقة المولدة من مساقط والطاقة الحرار مخزون في طاقة الرياح

وغيرها من مصادر الطاقة كالفحم الحجري واألخشاب ، وبما أن المياه والطاقة الشمسيةمصادر الطاقة المتجددة خالل القرن القادم فإن جهود كثير من الدول الطاقة الشمسية هي أهم

طوير المنتجات والبحوث الخاصة صورها وترصد لها المبالغ الالزمة لت تتوجه لها بمختلفالشمسية كإحدى أهم مصادر الطاقة البديلة للنفط والغاز ، وقد أعطى باستغالل الطاقة

البحوث والتطبيقات لمجال تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء وهو ما النصيب األوفر فيي التطور وهذا المصدر من الطاقة هو أمل الدول النامية ف Photovoltaicsباسم يعرف

توفر الطاقة الكهربائي من أهم العوامل الرئيسية إليجاد البنى األساسية فيها وال حيث أصبح

بنفس يتطلب إنتاج الكهرباء من الطاقة الشمسية إلى مركزية التوليد بل تنتج الطاقة وتستخدمهذه المنطقة أو المكان وهذا ما سوف يوفر كثيرا من تكلفة النقل والمواصالت وتعتمد

الطبيعة الطريقة بصورة أساسية على تحويل أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية ، وتوجد فيوهندسي محدد مواد كثيرة تستخدم في صناعة الخاليا الشمسية والتي تجمع بنظام كهربائي

لينتج أكبر قدر لتكوين ما يسمى باللوح الشمسي والذي يعرض ألشعة الشمس بزاوية معينة .من الكهرباء

استخدام الطاقة الشمسية لتوليد وقد أثبتت التجارب والتطبيقات العلمية والعملية إمكانية

وتعالى على اليمن بقسط وافر من كمية الكهرباء على نطاق تجاري ، وقد من هللا سبحانه

الساقطة على المتر المربع الواحد في اليمن من الطاقة الشمسية حيث تعتبر الطاقة الشمسيةعلى القياسات لبعض مناطق الجمهورية ، لذا فقد عدالتها في العالم مستندين بذلكأعلى م

والتكنولوجيا إلى تبني وإنشاء أول كيان علمي للطاقة الشمسية بادرت رئاسة جامعة العلوم .بمركز الطاقة الشمسية وتم تزويده بأحدث األجهزة والمعدات في الجمهورية ممثال

5

الكهربائية من الشمس احل تطور تكنولوجيا توليد الطاقةمرنبذة تاريخية عن :

استفاد اإلنسان منذ القدم من طاقة اإلشعاع الشمسي مباشرة في تطبيقات عديدة كتجفيف

المحاصيل الزراعية وتدفئة المنازل كما استخدمها في مجاالت أخرى وردت في كتب العلوم م عن .ق 717ماني في حرب عام والرالتاريخية فقد أحرق أرخميدس األسطول الحربي

طريق تركيز اإلشعاع الشمسي على سفن األعداء بواسطة المئات من الدروع المعدنية . وفي يا لتركيز اإلشعاع اية ذهبية مصقولة كالمرنالعصر البابلي كانت نساء الكهنة يستعملن آ

فوازييه وموتشوت الشمسي للحصول على النار . كما قام علماء أمثال تشرنهوس وسويز والوأريكسون وهاردنج وغيرهم باستخدام الطاقة الشمسية في صهر المواد وطهي الطعام

بخار الماء وتقطير الماء وتسخين الهواء . كما أنشئت في مطلع القرن الميالدي وتوليدالحالي أول محطة عالمية للري بوساطة الطاقة الشمسية كانت تعمل لمدة خمس ساعات في

لك في المعادي قرب القاهرة . لقد حاول اإلنسان منذ فترة بعيدة االستفادة من الطاقة اليوم وذ

الشمسية واستغاللها ولكن بقدر قليل ومحدود ومع التطور الكبير في التقنية والتقدم العلمي .الذي وصل إليه اإلنسان فتحت آفاقا علمية جديدة في ميدان استغالل الطاقة الشمسية

:ا ذكر تمتاز الطاقة الشمسية بالمقارنة مع مصادر الطاقة األخرى بما يليباإلضافة لم

إن التقنية المستعملة فيها تبقى بسيطة نسبيا وغير معقدة بالمقارنة مع التقنية المستخدمة في - األخرى.مصادر الطاقة

و وتترك توفير عامل األمان البيئي حيث أن الطاقة الشمسية هي طاقة نظيفة ال تلوث الج - فضالت مما يكسبها وضعا خاصا في هذا المجال وخاصة في القرن القادم.

:عبر التاريخ تحويل الطاقة الشمسية

يمكن تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية وطاقة حرارية من خالل آليتي التحويل ئية تحويل الكهروضوئية والتحويل الحراري للطاقة الشمسية ويقصد بالتحويل الكهروضو

) هربائية بوساطة الخاليا الشمسيةاإلشعاع الشمسي أو الضوئي مباشرة إلى طاقة كالكهروضوئية ( ، وكما هو معلوم هناك بعض المواد التي تقوم بعملية التحويل الكهروضوئية

ون والجرمانيوم وغيرها . وقد تم اكتشاف هذه الظاهرةسيتدعى اشتباه الموصالت كالسيليمن قبل بعض علماء الفيزياء في أواخر القرن التاسع عشر الميالدي حيث وجدوا أن الضوء

يستطيع تحرير اإللكترونات من بعض المعادن كما عرفوا أن الضوء األزرق له قدرة أكبر

من الضوء األصفر على تحرير اإللكترونات وهكذا . وقد نال العالم اينشتاين جائزة نوبل في ستطاعته تفسير هذه الظاهرة .م ال1271عام

وقد تم تصنيع نماذج كثيرة من الخاليا الشمسية تستطيع إنتاج الكهرباء بصورة علمية وتتميز

وهي ال تستهلك وقودا وال تلوث الجو متحركة،الخاليا الشمسية بأنها ال تشمل أجزاء أو قطع فضل استخدام لهذه التقنية تحت ويتحقق أ الصيانة.وحياتها طويلة وال تتطلب إال القليل من

تطبيقات وحدة اإلشعاع الشمسي ) وحدة شمسية ( أي بدون مركزات أو عدسات ضوئية ولذا

يمكن تثبيتها على أسطح المباني ليستفاد منه في إنتاج الكهرباء وتقدر عادة كفاءتها بحوالي خين المياه . كما تستخدم أما الباقي فيمكن االستفادة منه في توفير الحرارة للتدفئة وتس 70%

الخاليا الشمسية في تشغيل نظام االتصاالت المختلفة وفي إنارة الطرق والمنشآت وفي ضخ المياه وغيرها .

6

أما التحويل الحراري للطاقة الشمسية فيعتمد على تحويل اإلشعاع الشمسي إلى طاقة حرارية

للون افإذا تعرض جسم داكن رية.الحراعن طريق المجمعات ) األطباق ( الشمسية والمواد

يستفاد من هذه حرارته.إلشعاع وترتفع درجة اومعزول إلى اإلشعاع الشمسي فإنه يمتص الحرارة في التدفئة والتبريد وتسخين المياه وتوليد الكهرباء وغيرها . وتعد تطبيقات

شمسية . يلي ذلك السخانات الشمسية هي األكثر انتشارا في مجال التحويل الحراري للطاقة المن حيث األهمية المجففات الشمسية التي يكثر استخدامها في تجفيف بعض المحاصيل

الزراعية مثل التمور وغيرها كذلك يمكن االستفادة من الطاقة الحرارية في طبخ الطعام ، حيث أن هناك أبحاث تجري في هذا المجال إلنتاج معدات للطهي تعمل داخل المنزل بدال

د مشقة الجلوس تحت أشعة الشمس أثناء الطهي .من تكب

هامة ضمن البدائل المتعلقة بالطاقة المتجددة ةورغم أن الطاقة الشمسية قد أخذت تتبوأ مكانإال أن مدى االستفادة منها يرتبط بوجود أشعة الشمس طيلة وقت االستخدام أسوة بالطاقة

عد تقنية وتطوير التحويل الكهربائي والحراري التقليدية. وعليه يبدو أن المطلوب من تقنيات بللطاقة الشمسية هو تقنية تخزين تلك الطاقة لالستفادة منها أثناء فترة احتجاب اإلشعاع

وهناك عدة طرق تقنية لتخزين الطاقة الشمسية تشمل التخزين الحراري الكهربائي الشمسي.ن الطاقة الشمسية من أهم مجاالت وتعد بحوث تخزي والمغناطيسي.والميكانيكي والكيميائي

حيث أن الطاقة واسع،التطوير الالزمة في تطبيقات الطاقة الشمسية وانتشارها على مدى

المفهوم.نها ليست في متناول اليد وليست مجانية بالمعني أ الشمسية رغم أنها متوفرة إالومغناطيسية إلى طاقة فسعرها الحقيقي عبارة عن المعدات المستخدمة لتحويلها من طاقة كهر

كهربائية أو حرارية . وكذلك تخزينها إذا دعت الضرورة . ورغم أن هذه التكاليف حاليا تفوق تكلفة إنتاج الطاقة التقليدية إال أنها ال تعطي صورة كافية عن مستقبلها بسبب أنها أخذة

في االنخفاض المتواصل بفضل البحوث الجارية والمستقبلية .

الحديثة حيث يعود تاريخ بما أن الطاقة الشمسية تعتبر من المجاالت والتخصصات العلميةحيث تركز التفكير حين ذاك االهتمام بالطاقة الشمسية كمصدر للطاقة في بداية الثالثينات

طاقة كهربائية وقد تم اكتشاف قة الشمس إلىعلي إيجاد مواد وأجهزة قادرة على تحويل طابمجرد تعرضها للضوء وقد كان هذا يوم التي تتأثر مقاومتها الكهربائيةسمادة تسمى السيلي

مادة مقاومتها الكهربائية عالية االكتشاف بمحض الصدفة حيث أن أساس البحث كان إليجاد

.األطلسي لغرض تمديد كابالت لالتصاالت في قاع المحيط

تم تطوير شرائح عالية القوة واخذ االهتمام بهذه الظاهرة يتطور حتى بداية الخمسينات حينوقادرة على تحويل أشعة الشمس عن مادة السليكون تم وضعها بأشكال وأبعاد هندسية معينة

التكلفة عالية جدا ، هذا وقد كان أول ?( ولكن كانت6إلى طاقة كهربائية بكفاءة تحويل )

السليكون في مجال االتصاالت في المناطق الشمسية المصنعة من مادة لأللواح استخدامالصناعية بالطاقة الكهربائية حيث تقوم الشمس بتزويد النائية ثم استخدامها لتزويد األقمار

( ساعة في اليوم 7الكهربائية حيث تكون الشمس ساطعة لمدة ) األقمار الصناعية بالطاقة( وعمر افتراضي ?16هذا ولكن بكفاءة تحويل تصل إلى ) يومنا والزالت تستخدم حتى

ييتجاوز العشر .ن عاما

7

االهتمام بالطاقة الشمسية ثم تلت فترة الخمسينات والستينات فترة مهمة أخرى في مجالر تصدير النفط ظالعرب ح كمصدر بديل للطاقة وفي النصف الثاني للسبعينات حينما أعلن

واستخدامها وقد أثمرت هذه عديدة تعطي اهتمام بالغ بالطاقة الشمسية إلى الغرب بدأت دول

استخدامها في مجاالت عديدة الفترة في نشر وتطور تكنولوجيا الطاقة الشمسية حيث انتشرأصبحت الطاقة الكهربائية المولدة من واإلنارة ... وغيرها ، وقد -والنقل -مثل: االتصاالت

الشمسية عالية مثل اليمن تنافس المصادر التقليدية كون فيها الطاقةالشمس في المناطق التي تاالقتصادية ويتطلب ذلك تصميم أنظمة الطاقة الشمسية المتكاملة للطاقة من ناحية التكلفة

ومن ثم تحويلها من تيار مستمر إلى تيار متردد مثل الكهرباء التي لتوليد وخزن الكهرباء نستخدمها في ، ويبقى الدور المهم في كيفية نشر المعارف العلمية والتطبيقية منازلنا جميعا

ونقل بأهمية الطاقة الشمسية بين أوساط الطالب في المرحلة الجامعية فما فوق وكيفية تطويربعض المشكالت التكنولوجيا بأساليب سهلة وتكلفة اقتصادية ممكنة بحيث تساهم في حل

.الناجمة عن نقص الطاقة

: ةهدر الطاق

يسرب أكثر من نصف الطاقة المستخدمة في المنازل عبر البالد من النوافذ واألبواب

والعليات والفجوات وثغرات أخرى.

تتسرب التدفئة والتبريد على طريقتها من المنازل كل يوم.

هذا الهدر اليومي للطاقة يكلف بيئتنا الكثير، ألنه يستهلك الثروات ويبعث الغازات الخطيرة

سامة.وال

هناك العديد من المؤسسات الحكومية التي تعتبر البيئة من أهم أولوياتها، وتقدم حسومات

خاصة على تحسين الفعالية القصوى للطاقة في البيوت.

وهناك تحسن طرأ على تكنولوجيا األبواب والنوافذ أيضا، بما يساعد على تقليص استخدام

حة في أي مناخ.الطاقة، بما يبقي الحرارة في منازلنا مري

عمل الباحثون على دراسة أعمق لتصاميم النوافذ واألبواب، وقرروا تعديلها كي تعزل بشكل

.نسبة إلى مخترعها وقد سميت بنافذة بريستول أفضل

تتمتع نافذة البريستول هذه، بمزاياها الفريدة وزجاجها العازل بقدرة أكبر على حماية الطاقة

وتوفيرها بشكل أفضل.

للسخونة أن تتبدل عبر النافذة بثالث طرق، عبور الطاقة الضوئية من الزجاج في يمكن

االتجاهين، عبور الحرارة أو البرودة نتيجة تحرك الهواء واحتكاكه بالزجاج، إلى جانب

الحرارة التي تتسرب عبر إطار الزجاج.

ة أو اثنتين، تمرر النوافذ التقليدية المصنوعة من األلمنيوم أو الفينيل وطبقة زجاج واحد

السخونة والبرودة بحرية بين داخل وخارج الغرفة.

يلغي استخدام ثالثة ألواح زجاجية االتصال بين البيئتين وبالتالي يحد من التوصيل بينهما.

يمكن خفض فقدان الحرارة والسخونة عبر األشعة جديا، بإضافة غشاء غير مرئي ولكنه فعال

على لوحي الزجاج الخارجيين.جدا مما يعرف بمادة الو إي

يؤدي هذا الغشاء دور المرآة الحرارية التي تعكس الموجات القصيرة القادمة من الخارج،

وتفعل ذلك أيضا بالحرارة في منزلك.

يمكن للتبادل الجاري في الهواء بين ألواح الزجاج لتبديل الحرارة أن ينخفض بتعبئة ذلك

الفراغ بغاز أرغون الشفاف.

8

هذا الغاز أثقل وزنا وموصل أقل من الهواء ما يؤدي إلى خفض تبادل الهواء بين يعتبر

البيئتين.

دون تبادل الهواء وتسربه. للحوليضيف اإلقفال المحكم جدا والغير معدني عنصرا آخر

يطوي هذا البالستيك المقوى الزجاج بشكل دائم، ومزاياه الحرارية معا، فتنجم عنه طبقة دافئة

ي هذه النوافذ العازلة الفعالة.تغطي سطح

يعتمد مبدأ حماية الطاقة في المستقبل على حل مشكلة الفتح واإلقفال، لهذا فإن أبواب بريستول

كفيلة بالحفاظ على الحرارة في فصال الشتاء، وإبعادها في الصيف.

من أعمال اإلقفال المحكم المضاد للماء حول جميع األبواب والنوافذ يمنع تسرب الهواء

الداخل إلى الخارج وبالعكس.

تمنحنا األبواب والنوافذ القدرة على الرؤية والمعابر الفعلية إلى العالم الخارجي.

أما اآلن فمن المحتمل جدا أال نستمر في تبديد وخسارة ثروات الطاقة في الفضاء بعد أن جرى

التوصل إلى هذه التصاميم الحديثة الفعالة.

الطاقة البديلة للطاقة الحالية: -2

9

الطاقة البديلة

:تعريـف -

هي الطاقات التي نحصل عليها من خالل تيارات الطاقة التي يتكرر : الطاقات المتجددة وجودها في الطبيعة على نحو تلقائي ودوري، وهي بذلك على عكس الطاقات غير المتجددة

ألرض ال يمكن اإلفادة منها إال بعد تدخل اإلنسان الموجودة غالبا في مخزون جامد في اإلخراجها منه. تتمثل الطاقات المتجددة بالطاقة الشمسية وطاقة الرياح وطاقة المياه وطاقة

الكتلة الحيوية. أما الطاقات المتجددة األخرى، كطاقة األمواج وطاقة الحرارة الجوفية، فإننا ها في المستقبل القريب غير ممكن. لن نتطرق إليها العتقادنا بان استثمار

الحصول على طاقة كهربائية أو حرارية أو ميكانيكية من الطاقات أمكانوبغض النظر عن الكهرباء بالطاقة الشمسية وسوف نتوسع بالشرح. دو سنكتفي بالمهم وهو تولي المتجددة

:النفايات مصدر للطاقة

ي حجمها من النفط.النفايات الغير قابلة للتحويل، يمكن أن تساو

هناك محطة تعمل لتوليد الكهرباء، فهي تستهلك النفايات وتحولها إلى طاقة يمكن قياسها

بالفولت والوات.

مجرد فكرة حرق النفايات قد تبدو أشبه بالكارثة البيئية، ولكن النفايات الغير قابلة للتحويل

تلك التي تخرج من مداخن يمكن أن تصنع طاقة تنبعث منها كميات من الغازات أقل من

الشاحنات التي تنقلها إلى مجمع النفايات.

يمكن اعتبار المهمالت الغير قابلة لتحويل مصدر ال ينضب من الطاقة. وليس هذا كل ما في

األمر، بل يمكن اعتبارها مصدر نظيف جدا للطاقة.

وإال فهي تحتاج إلى أصبح باإلمكان تحويل النفايات العصرية إلى مصدر للطاقة الكهربائية،

أخرى. ثروات كثيرة لتحويلها إلى أشياء

وهناك جهاز للتحكم بالتلوث يضمن عدم وصول المواد الصادرة عن حرق النفايات إلى

المجال الجوي.

هذا هو الفرن، بعد أن تحرق النفايات وتولد الحرارة للكهرباء، يمر الدخان الناجم عن ذلك

يثة التي تعترض الغازات قبل تسربها.عبر مجموعة من األجهزة الحد

بيوت األكياس، ومصافي الغاز السائلة، وعدد آخر من تكنولوجيا التقليص الكفيلة بسحب

عناصر التلوث التي تتجرأ على الوصول إلى المدخنة.

التعامل الجدي مع النفايات يمكن أن يوقف عدد من السفن التي تشحن النفط المستورد في

، وهو يطلق من التلوث كمية أقل من تلك التي تصدر عن الشاحنات التي األحواض الجافة

تنقل النفايات.

هكذا يتحول السلب إلى إيجاب، أو ربما تعتبرها عبقرية، مع أنها رغبة في البقاء على قيد

الحياة.

سمها كما تشاء، ولكن عندما تشعل الضوء أو الكمبيوتر أو جهاز التكييف، يمكن أن تسمي

وث الطاقة الخفيفة، وتنفس للهواء الطلق.ذلك تل

10

:الزجاج لتوفير الطاقة

قلة منا يعرفون أن الزجاجة، تحول من جديد لتستعمل كعازل لتوفير الطاقة في منازلنا. لنرى

كيف يتم ذلك.

هل تساءلت يوما عما يحدث لكميات الزجاج التي يتم تحويلها؟

بات الزجاجية يذهب ثلثها فقط إلى مراكز طن من المستوعمليون نستعمل يوميا ثالثون

التجميع.

ماليين عشرةأما الباقي فيذهب لسوء الحظ إلى مجمعات النفايات المزدحمة أصال. ما يعني

طن من المواد الغير قابلة للتحلل البيولوجي سنويا.

ت خطوات حاسمة لحماية البيئة. وقد أصبح استعمال المنتجا إتباعتشجع هذه األرقام على

اليومية كما هو حال الزجاج والورق واأللمنيوم والبالستيك عدة مرات مسألة شائعة، ما جعل

العديد من المدن تلحق بركاب هذه الجهود الجماعية.

يمكن للزجاج المستعمل على خالف المواد األخرى أن يتحول إلى منتجات مفيدة تدوم لسنوات

طويلة.

ليفورنيا، يجري تحويل أربعمائة طن من اكرسفيلد كفي محطة التحويل هذه العاملة في با

الزجاج يوميا كاد ينتهي بها الحال بين أكوام النفايات.

يتم غسلها وطحنها وإرسالها إلى شولر العالمية، التي تستعمل كحد أدنى عشرين بالمائة من

الزجاج التحويلي في صناعة زجاج المنازل والمباني التجارية.

حديثا، وهو كذلك فعال. ففي الماضي كان الزجاج المصنف وحده يعاد إلى قد يبدو هذا األمر

المصانع بينما ترسل الزجاجات المتنوعة أو المحطمة إلى النفايات.

يمكن أللياف شولر الزجاجية أن تعالج كل أنواع الزجاج المخلوط، ما يعني أن ال حاجة

فعالة من الناحيتين النوعية لتصنيفها حسب األلوان، لتجري بعد ذلك عملية صناعية

واالقتصادية.

يمزج حطام الزجاج مع مواد أخرى، ثم يذاب ويعزز باألنسجة، حتى تصنع منه أنواع من

منتجات األلياف الزجاجية العازلة.

ين.ئتجري أعمال القطع بعد ذلك حسب متطلبات المتعاقدين والمحترفين والبنا

لفائف لوضعها تحت السقوف وبين الجدران والمناطق أما من ينجز األعمال بنفسه فيستعمل ال

الفارغة األخرى.

أما المناطق التي يصعب الوصول إليها فتعبأ بألياف منفوخة تصل إلى هناك بمهارة بناء

محترف.

حين تأخذ باالعتبار أن المنازل تستعمل خمس الطاقة المستهلكة في الواليات المتحدة، وأن

أرباعها يستعمل في التدفئة أو التبريد، ستعرف السبب الذي يدفع نصف هذه الطاقة أو ثالثة

األخصائيين للقول بأنه لو تم عزل جميع المنازل التي يتم بنائها حديثا في الواليات المتحدة

بشكل محكم، لوفرنا أكثر من ثالثمائة مليون برميل من النفط سنويا.

د تتضح هذه المسألة على المستوى ليس من السهل استيعاب أرقام مجردة كهذه، ولكن ق

الفردي إذا عزز المرء من الطبقة العازلة.

من المحتمل أن توفر ما يزيد عن ثالثين بالمائة من فواتير التدفئة التبريد، بعد استعمال

األلياف الزجاجية لعزل جدران المبنى بالشكل المطلوب.

لة. ولكن إلى جانب هذه الفوائد غالبا ما تغطي عمليات العزل مصاريفها خالل سنوات قلي

المدهشة، هناك ثمار نقطفها على الصعيد البيئي أيضا.

11

أبرز هذه الثمار هو خفض الطاقة التي نستهلكها لبناء منازل أفضل.

فكلما تمتعت بالفعالية كلما احتجنا لتوليد كمية أقل من الطاقة، وبالتالي تنبعث كمية أقل من

أسباب التلوث.

ل الثمار التي نقطفها بروزا ما نفع البيئة حين نوفر مساحة مجمعات النفايات من بين أق

المستهلكة، بمجرد اعتماد الصناعة التحويلية.

أليس رائعا أن نعرف بأن الزجاجة التي نستعملها اليوم يمكن أن تصلح غدا لصناعة منتجات

مفيدة أخرى؟

قيمة لها. ولكن هذا قد تغير اآلن ألن النفايات كثيرا ما يعتبر البعض أن كلمة نفايات تعني أال

تستعمل اليوم كوقود، لتوليد الطاقة الكهربائية.

أنواع الطاقة الموجودة ووسائل الحصول عليها: -3

:توليد الطاقة الكهربائيةلق لطرما هي ا

إلىتحويل الطاقة من شكل مليةإن عملية توليد أو إنتاج الطاقة الكهربائية هي في الحقيقة عالكهربائية وحسب الكميات آخر حسب مصادر الطاقة المتوفرة في مراكز الطلب على الطاقة

التوليد وكذلك أنواع االستهالك المطلوبة لهذه الطاقة ، األمر الذي يحدد أنواع محطات االمحطة ومكانها وطاقته وأنواع الوقود ومصادره كلها تؤثر في تحديد نوع

12

:أنواع محطات التوليد *

محطات التوليد المستعملة على صعيد عالمي ونركز على األنواع المستعملة نذكر هنا أنواع

: في بالدنا

. محطات التوليد البخارية

.النوويةمحطات التوليد

.المائية محطات التوليد

محطات التوليد من المد والجزر

(غازية –خلي )ديزل الدا محطات التوليد ذات االحتراق

.محطات التوليد بواسطة الرياح

.بالطاقة الشمسية محطات التوليد

:طاقة الرياح -1

طاقة الرياح منذ أقدم العصور في دفع السفن الشراعية وفي إدارة طواحين الهواء استخدمتالل والحبوب. إال التي استعملت في كثير من البلدان في رفع المياه من اآلبار وفي طحن الغ

انه نظرا إلى عدم ثبات سرعة الرياح وعدم استمرارها فقد تأخر استخدامها كوسيلة رئيسية من وسائل توليد الطاقة الكهربائية. ويمكن فهم عدم الثبات في القدرة المنتجة منها عندما نعلم

مرفوعة إلى (V-m/sالقدرة الناتجة من حركة الرياح تتناسب مع سرعة هذه الرياح ) إنكفاءة تحويل الطاقة تتوقف على سرعة الرياح ومتحرك أن( إضافة إلى v3األس الثالث )

في المئة . 60الرياح الذي يتمتع بكفاءة تصميمية تصل نظريا إلى

تنتج طاقة الرياح بسبب اختالف درجات تسخين الشمس للجو الناتج من عدم استواء سطح رد طاقة الرياح متغير كثيرا، سواء من حيث الزمان أو من األرض. إضافة إلى ذلك فان مو

حيث الموقع. أما التغيير مع الزمن فيحدث خالل فترات تفصل بينها ثوان

)عصفات الريح( أو ساعات )الدورات اليومية( أو شهور )المتغيرات الموسمية(.

وفي تحديد مورد إضافة إلى ذلك فان هناك مشكلة أساسية في تعيين أفضل األماكن رياحا

.الريح الذي يمكن الحصول عليه عمليا في منطقة معينة

:Tidal Power Stationsالمد والجزر طاقة محطات التوليد من -2

13

فهم يرون مياه البحر البحار.المد والجزر من الظواهر الطبيعية المعروفة عند سكان سواحل

وقد ال يعلمون أن هذا االرتفاع .اآلخرترتفع في بعض ساعات اليوم وتنخفض في البعض

ناتج عن جاذبية القمر عندما يكون قريبا من هذه السواحل وان ذلك االنخفاض يحدث عندما يكون القمر بعيدا عن هذه السواحل ، أي عندما يغيب القمر ، علما أن القمر يدور حول

ض تدور األرض في مدار أهليجي أي بيضاوي الشكل دورة كل شهر هجري ، وأن األر

حول نفسها كل أربع وعشرين ساعة . فإذا ركزنا االنتباه على مكان معين ، وكان القمر ينيره في الليل ، فهذا معناه أنه قريب من ذلك المكان وان جاذبيته قوية . لذا ترتفع مياه البحر

. وبعد مضي أثنى عشرة ساعة من ذلك الوقت ، يكون القمر بالجزء المقابل قطريا ، أي بطول قطر الكرة األرضية فيصبح اتجاه جاذبية القمر عيدا عن المكان ذاته بعدا زائداب

معاكسة وبالتالي ينخفض مستوى مياه البحر . بالد العالم شعورا بالمد والجزر هو الطرف الشمالي الغربي من فرنسا حيث يعمل مد وأكثر

ثالثين مترا وقد أنشئت هناك وجزر المحيط األطلسي على سواحل شبه جزيرة برنتانيا إلى ميغاواط . حيث توضع توربينات خاصة في 00محطة لتوليد الطاقة الكهربائية بقدرة

مجرى المد فتديرها المياه الصاعدة ثم تعود المياه الهابطة وتديرها مرة أخرى .الكويت ومن األماكن التي يكثر فيها المد والجزر السواحل الشمالية للخليج العربي في منطقة

مترا ولكن هذه الظاهرة ال تستغل في هذه 11حيث يصل أعلى مد إلى ارتفاع

.لتوليد الطاقة الكهربائية المناطق

Combustion Engines Internal الداخلي محطات التوليد ذات االحتراق -3

تستخدم الوقود السائل أآلتمحطات التوليد ذات االحتراق الداخلي هي عبارة عن

(Fuel Oil حيث يحترق داخل غرف احتراق بعد مزجها بالهواء بنسب معينة ، فتتولد )

نواتج االحتراق وهي عبارة عن غازات على ضغط مرتفع تستطيع تحريك المكبس كما في حالة ماكينات الديزل أو تستطيع تدوير التوربينات حركة دورا نية كما في حالة التوربينات

.الغازية

:Diesel Power Stationاء بواسطة الديزل توليد الكهرب -أ

14

تستعمل ماكينات الديزل في توليد الكهرباء في أماكن كثيرة في دول الخليج وخاصة في إلىالمدن الصغيرة والقرى . وهي تمتاز بسرعة التشغيل وسرعة اإليقاف ولكنها تحتاج

تجة منها تتوقف على أسعار كمية مرتفعة من الوقود نسبيا وبالتالي فان كلفة الطاقة المن

واط فقط(.ميغا 3ومن ناحية أخرى ال يوجد منها وحدات ذات قدرات كبيرة . ) الوقود.وهذا المولدات سهلة التركيب وتستعمل كثيرة في حاالت الطوارئ أو أثناء فترة ذروة الحمل

. جات مراكز وفي هذه الحالة يعمل عادة عدد كبير من هذه المولدات بالتوازي لسد احتيا

االستهالك. : Gas Turbineتوليد الكهرباء بالتوربينات الغازية -ب

تعتبر محطات توليد الكهرباء العاملة بالتوربينات الغازية حديثة العهد نسبيا ويعتبر الشرق إلىميغاواط 1البلدان استعماال لها . وهي ذات سعات وأحجام مختلفة من أكثراألوسط من

تعمل عادة أثناء ذروة الحمل في البلدان التي يوجد فيها محطات توليد ميغاواط ، تس70

بخارية أو مائية ، علما أن فترة إقالعها وإيقافها تتراوح بين دقيقتين وعشرة دقائق.وفي معظم الشرق األوسط ، وخاصة في المملكة العربية السعودية ، فتستعمل التوربينات

بما فيه فترة الذروة . ونجد اليوم في األسواق وحدات متنقلة الغازية لتوليد الطاقة طوال اليوم من هذه المولدات لحاالت الطوارئ مختلفة األحجام والقدرات .

تمتاز هذه المولدات ببساطتها ورخص ثمنها نسبيا وسرعة تركيبها وسهولة صيانتها وهي ال عديد من أنواع الوقودتحتاج إلى مياه كثيرة للتبريد . كما تمتاز بإمكانية استعمال ال

الغاز الثقيل وغيرها ... ( وتمتاز كذلك بسرعة –الغاز الطبيعي –) البترول الخام النقي التشغيل وسرعة اإليقاف .

كما أن عمرها الزمني % 7و 1وأما سيئاتها فهي ضعف المردود الذي يتراوح بين

.ك قصير نسبيا وتستهلك كمية ا

: StationsHydraulic Power ائية:الممحطات التوليد -4

15

الطاقة،حيث توجد المياه في أماكن مرتفعة كالبحيرات ومجاري األنهار يمكن التفكير بتوليد

خاصة إذا كانت طبيعة األرض التي تهطل فيها األمطار أو تجري فيها األنهار جبلية

ه . أما إذا كانت مجاري ومرتفعة. ففي هذه الحاالت يمكن توليد الكهرباء من مساقط الميا

األنهار ذات انحدار خفيف فيقتضي عمل سدود في األماكن المناسبة من مجرى النهر لتخزين

محطات التوليد عادة بالقرب من هذه السدود كما هو الحال في مجرى نهر النيل. تنشا المياه.

ميغاواط . 100 وقد بني السد العالي وبنيت معه محطة توليد كهرباء بلغت قدرتها المركبة

00وعلى نهر الفرات في شمال سوريا بني سد ومحطة توليد كهرباء بلغت قدرتها المركبة

ميغاواط ،.

ة في مجرى النهر باتجاه أحد لإذا كان مجرى النهر منحدرا انحدار كبيرا فيمكن عمل تحوي

عية التي تستخدم الوديان المجاورة وعمل شالل اصطناعي . هذا باإلضافة إلى الشالالت الطبي

نياغرا بين كندا والواليات المتحدة . مباشرة لتوليد الكهرباء كما هو حاصل في شالالت

وبصورة عامة أن أية كمية من المياه موجودة على ارتفاع معين تحتوي على طاقة كامنة في

ركية . وإذا موقعها . فإذا هبطت كمية المياه إلى ارتفاع أدنى تحولت الطاقة الكامنة إلى طاقة ح

سلطت كمية المياه على توربينة مائية دارت بسرعة كبيرة وتكونت على محور التوربينة طاقة

ميكانيكية . وإذا ربطت التوربينة مع محور المولد الكهربائي تولد على أطراف العضو الثابت

من المولد طاقة كهربائية .

:محطات التوليد البخارية-5

(Energy Converterالبخارية محوال للطاقة ) تعتبر محطات التوليد

وتستعمل هذه المحطات أنواع مختلفة من الوقود حسب األنواع المتوفرة مثل الفحم الحجري

أو البترول السائل أو الغاز الطبيعي أو الصناعي .

الضخمة كما اإلمكانياتهتمتاز المحطات البخارية بكبر حجمها ورخص تكاليفها بالنسبة

16

الذي يجعلها ثنائية اإلنتاج خاصة في المالحة األمربإمكانية استعمالها لتحلية المياه تمتاز

.البالد التي تقل فيها مصادر المياه العذبة

Site Selection of Steam Power Station:البخاريةاختيار مواقع المحطات -

:عوامل مؤثرة نذكر منهاتتحكم في اختيار المواقع المناسبة لمحطات التوليد الحرارية عدة

ما يلي :

. القرب من مصادر الوقود وسهولة نقله إلى هذه المواقع وتوفر وسائل النقل االقتصادية -

لذلك التبريد.القرب من مصادر مياه التبريد ألن المكثف يحتاج إلى كميات كبير من مياه -

.األنهار على شواطئ البحار أو بالقرب من مجاري تبنى هذه المحطات عادة

القرب من مراكز استهالك الطاقة الكهربائية لتوفير تكاليف إنشاء خطوط النقل . مراكز -

والصناعية.االستهالك هي عادة المدن والمناطق السكنية والمجمعات التجارية

وتعتمد محطات التوليد البخارية على استعمال نوع الوقود المتوفر وحرقه في أفران خاصة

طاقة حرارية في اللهب الناتج من عملية االحتراق إلىة الكيميائية في الوقود لتحويل الطاق

( وتحويلها BOILERSخاصة )ثم استعمال الطاقة الحرارية في تسخين المياه في مراجل

بخار في درجة حرارة وضغط معين ثم تسليط هذا البخار على عنفات أو توربينات إلى

بخار السريع بتدوير محور التوربينات وبذلك تتحول بخارية صممت لهذه الغاية فيقوم ال

طاقة ميكانيكية على محور هذه التوربينات . يربط محور المولد إلىالطاقة الحرارية

الكهربائي ربطا مباشرا مع محور التوربينات البخارية فيدور محور المولد الكهربائي

(AL TERNATORبنفس السرعة وباستغالل خاصة المغناطيسية ) الدوارة

(ROTOR( من المولد والجزء الثابت )STATOR منه تتولد على طرفي الجزء الثابت )

والرسم التمثيلي رقم يبين مسلسل تحويل الطاقة من الالزمة.من المولد الطاقة الكهربائية

الكهربائية.أول حرق الوقود حتى إنتاج الطاقة

ة التي تستعمل أنواع الوقود المختلفة إال ال يوجد فوارق أساسية بين محطات التوليد البخاري

وقد كان استعمال الفحم الحجري شائعا الوقود.من حيث طرق نقل وتخزين وتداول وحرق

في أواخر القرن الماضي وأوائل هذا القرن ، إال أن اكتشاف واستخراج البترول ومنتوجاته

مل بنسبة تسعين بالمئة يستع أصبحتغييرا جذريا في محطات التوليد الحرارية حيث أحدث

.لسهولة نقله وتخزينه وحرقة إن كان بصورة وقود سائل أو غازي

:Nuclear Power Stationالتوليد النووية : تمحطا-6

محطات التوليد النووية نوعا من محطات التوليد الحرارية ألنها تعمل بنفس المبدأ وهو توليد

على تدوير التوربينات التي بدورها تدور الجزء البخار بالحرارة وبالتالي يعمل البخار

الدوار من المولد الكهربائي وتتولد الطاقة الكهربائية على أطراف الجزء الثابت من هذا

المولد .والفرق في محطات التوليد النووية أنه بدل الفرن الذي يحترق فيه الوقود يوجد هنا مفاعل

اليورانيوم بضربات اإللكترونات المتحركة في ذري تتولد في الحرارة نتيجة انشطار ذراتالطبقة الخارجية للذرة وتستغل هذه الطاقة الحرارية الهائلة في غليان المياه في المراجل

وتحويلها إلى بخار ذي ضغط عال ودرجة مرتفعة جدا. تحتوي محطة التوليد النووية على ع الذري وهو يتكون من طبقة من الفرن الذري الذي يحتاج إلى جدار عازل وواق من اإلشعا

اآلجر الناري وطبقة من المياه وطبقة من الحديد الصلب ثم طبقة من األسمنت تصل إلى مترين وذلك لحماية العاملين في المحطة والبيئة المحيطة من التلوث باإلشعاعات سمك

الذرية.

17

ت في االتحاد وكان 12أن أول محطة توليد حرارية نووية في العالم نفذت في عام

ميغاواط السوفيتي بطاقة .ومحطات التوليد النووية غير مستعملة في البالد العربية حتى اآلن

ولكن محطات التوليد الحرارية البخارية مستعملة بصورة كثيفة على البحر األحمر والبحر المالحة. العربي في توليد الكهرباء ولتحلية المياه األبيض المتوسط والخليج

الطاقة الشمسية: -7

: الطاقة الشمسية لماذا

عن مصادر جديدة للطاقة لتغطية يبح تطبيقات الحياة المتزايدة في احتياجاتهث اإلنسان دوماالمرتفعة استغاللها المتطورة التي نعيش، ويعيب الكثير من مصادر الطاقة نضوبها وتكلفة

العصر الحديث إلى إمكانية على البيئة، وقد تنبه اإلنسان في الستخدامهاوالتأثير السلبي طاقة متجددة ودائمة ال تنضب، من حرارة أشعة أمنا الشمس والتي تتصف بأنها االستفادة

الخطر الكبير الذي يسببه الطاقة األخرى والشائعة )وخاصة مصادر استخداموأدرك جليايجعل الطاقة الشمسية الخيار األفضل .مما غاز الطبيعي( في تلوث البيئة وتدميرها،النفط وال

لبعض البلدان .على اإلطالق ولهذا أضحت الطاقة الشمسية في عصرنا الحالي دخال قوميا عربي والتي تعتبر من أكثر بالد العالم غنى بالنفط، تستخدم الطاقةال في دول الخليج حتى أنه

شكل رئيسي وفعالالشمسية ب

وقد استخدمت الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء في تطبيقات عديدة منها محطات توليد

الكهرباء وتحلية المياه، وتشغيل إشارات المرور وإنارة الشوارع، وتشغيل بعض األجهزة

والمركبات االصطناعيةواآلالت الحاسبة، وتشغيل األقمار .الكهربائية مثل الساعات

سرعتها طات الفضائية، ومؤخرا رأينا على التلفاز سيارة تسير بالطاقة الشمسية تصلوالمح .كم( في الساعة 26ميل ) 60إلى

على العالمي وفي الحفاظ االقتصادوظهرت أهمية الطاقة الشمسية مجددا كعامل مهم في لتسخين المياه االبيئة مع استخدام السخانات الشمسية في معظم دول العالم وحتى الغنية منه

وسهولة تركيبها لمختلف األغراض، وقد زاد في أهميتها نجاحها في التطبيقات العملية وتعد المملكة األردنية الهاشمية الدولة األولى في منطقة الشرق األوسط في تفعيل وتشغيلها

استخدام الطاقة الشمسية وتصنيع وإنتاج وتطوير السخانات الشمسية، والتي تصل نسبة

1.000من مجموع البيوت السكنية، ويركب فيها سنويا ما يقارب من %0استخدامها إلى

جهاز طبقا لإلحصاءات الرسمية، هذا باإلضافة إلى استخدامها في المستشفيات والمدارس

والزراعية، والفنادق وتدفئة برك السباحة، وفي العديد من التطبيقات الصناعية والخدمية

18

أحجامها اختالفالسخان الشمسي والذي يتناسب مع جميع التطبيقات على حيث يتم تركيب .المياه كنظام مستقل ودائم أو كنظام مساعد ألنظمة التدفئة المركزية وأنظمة تسخين

:نذكر منها إن النجاح في استخدام الطاقة الشمسية يعتمد على العديد من العوامل المتكاملة،

.(اع الشمسي ودرجة الحرارة وسرعة الرياحالموقع الجغرافي )قوة اإلشع1- .مالئمة النظام الشمسي مع حجم التطبيق2-

.(نوعية المنتج )النظام الشمسي3 -

.(التقنية المستخدمة في تصنيع المنتج )النظام الشمسي4 - .جودة وكفاءة المكونات المستخدمة5-

منشأ الشمس:-1

نجوم وذلك تحت تأثير الجاذبية . ويتكون لقد تكونت الشمس من جراء تكاثف سحاب بين ال

وعناصر Nو اآلزوت Cوالكربون Heوالهليوم H2هذا السحاب أساسا من الهيدروجين

1 01111/01أخرى تقل كثافته عن

وتتحول طاقة الجاذبية في هذا السحاب إلى طاقة حرارية وعندما تصبح كثافة السحاب هامة

( اإلنشاءالكوكب البدائي ) الكوكب الذي هو في طور ترتفع درجة الحرارة في مركز هذا

وتبدأ تفاعالت االندماج سنة. 01111111 درجة خاللحيث تصل إلى عشرة ماليين

ويعاد الضغط حينئذ قوة الجاذبية فيبرز .Heهليومإلى H2الهيدروجينالنووي التي تحول

هو الوضع سنة وهذاون ملي 01111الكوكب للوجود و تحصل حالة توازن يمكن أن تستمر

العمر.الحالي للشمس التي هي في منتصف

معلومات حول الشمس : -2

[ km 1.391.000]الشمس هي كرة غازية يبلغ قطرها

[ km 149.598.00 ]وتفصلها عن األرض مسافة يبلغ معدلها

لذا ( 0,0.1675و بما أن المدار األرضي شبه دائري )انحرافه المركزي ضئيل ال يتجاوز

وتبلغ حدها 65.,1±فإن المسافة بين الشمس واألرض ال تتغير إال قليال خالل السنة %

األدنى في أوائل شباط وحدها األقصى و في أوائل تموز مما يؤدي إلى تغير القطر الزاوي

%4مما يودي إلى تغير يسير في شدة اإلضاءة المرسلة من الشمس و هذا التغير ال يتجاوز

[5800K]الشمس كجسم أسود مشع درجة حرارته اعتبارم يمكن وبشكل عا

الشمس باعتبارها جسم أسود :

تسمى Mفي وحدة الزمن فإن النسبة ¢dتدفقا dsعندما يرسل جزء من سطح مضى

M=d¢/ds (watt/m)االنبعاث الطاقي :

19

و يمثل الشكل وضعية األرض بالنسبة للشمس

طبقات كما في الشكل أربعو تتركب طبقات الجو شكليا من

الشمس األرض

20

: من الشمس األرضموقع -3

أن و نري الشمسية هي الطاقة لألرضمصادر الطاقة المهمة احد إنكما هو معروف

يدور األرضكوكب أنالشمس تصب كمية هائلة من ضوئها علي الفضاء المحيط بها وبما .مس في مدار محدد قدره مدبر هذا الكون سبحانه وتعاليحول الش

يوميا تحدد هذه األرضمن هذه الطاقة تحط علي سطح متفاوتة هناك كميات أننجد األرضيوضح موقع 1الشكل للسنة أربعةبالفصول أوالشمس من األرضالكميات بموقع

.للسنة األربعةمن الشمس في الفصول

الدول التي تقع على خط االستواء هي الدول التي أنلشكل السابق نجد كما هوا واضح من ا

الشمس أشعةتسلط أخرتتمتع بفصل واحد تقريبا طوال السنة وهوا فصل الصيف أي بمعني

وعادة علي هذه الدول طوال السنة ومن ثم تتمتع الدول القريبة من خط االستواء بهذا الطقس .ىاألخربالفصول ساساإلحيصعب على سكان هذه المناطق

األرض تكون ألقطابالجنوبية لخط االستواء و القريبة أيضاالشمالية و علما بان المناطق

.للسنة األربعةسكان هذه المناطق يدركون الفصول أن أي محسوسة الفصول

خالل األرضعلى كوكب الشمسية كثافة الطاقة أماكنتحديد المقصود بهذه المقدمة هو

.يوميا الدول العربية تحضي بقدر كبير من هذه الطاقة إنالشمس فنجد دورانه حول

التي تصل سطح األرض تتفاوت بسبب تغيير الظروف الجوية ةالشمسيكمية اإلشعاعات

بالنسبة للشمس، خالل اليوم الواحد وطوال السنة. الغيوم هي أحد لألرضوالموقع المتغير

بالتالي األرض و إلىر كمية اإلشعاع الشمسي الذي يصل العوامل الجوية الرئيسية التي تقر

مناخها تتلقى المناطق ذو المناخ الغائم إشعاعات شمسية أقل من المناطق التي يكون صحراويا.

فترة الظهيرة عندما يكون تكون في األرضشمسي تستلم بواسطة إشعاععموما اكبر كمية

الغروب فهما يستقبالن قتي الشروق وبخالف و األرضضوء الشمس عامودي على سطح .طوال فترة النهار لكل يوم اإلشعاعاقل كمية من

21

أنخالل فترة الظهيرة نجد األرضالشمس عموديا علي سطح إشعاعنتيجة سقوط بالتالي لإلشعاعاتتكون صغيرة جدا هذه المفاقيد عبارة عن امتصاص السحب اإلشعاع المفاقيد في

طريق الرماد البركاني في الفضاء بواسطة انعكاساتها عن اإلشعاعاتتبعثر أو الشمسية

غيرها من ملوثات البيئة بهذا المحمولة جوا نتيجة حرق الغابات و األدخنة أوالمحمول جوا .اليوم تصل إشعاعات شمسية أكثر سطح األرض في منتصف

بمساحة أو األفقيع الضوئية في الوض الخلية التي ترتطم بسطح اإلشعاعاتتتكون مجموع

:وهي أساسية أجزاءكما هوا موضح في الشكل التالي من ثالثة األرض معينة علي سطح

(Direct Beam Radiation)الضوئية المباشرة الحزمة .1

. ( Diffuse Radiation) الحزمة الضوئية المبعثرة .2

.(Albedo Radiation) الحزمة الضوئية المعكوسة .3

يعذرف نفسذه وهذوا عبذارة عذن شذعاع األولالجذزء إننجذد األجذزاءالمزيد عن هذذه ولمعرفة

.سذةمالمش األيذامفذي األجذزاءويشذكل اغلذب األرض إلذيفي خط مباشر من الشذمس أيمباشر

األيذذاممثذذل هذذه فذي األيذذام الغائمذة تكذون الشذذمس محجوبذة بذذالغيوم و الشذعاع المباشذر فذذي أمذا

العظمذى فذي ذلذك اليذوم األغلبيذةشذكل الحزمذة الضذوئية المبعثذرة صفر. ومذن ثذم ت تقريبايكون أنحذاءمذن يذأتيهذذا الشذعاع أنولكن تكون جزيئاته متفرقة خارج مسار الشعاع المباشر. وبمذا

.السذذذذذذذذماء إشذذذذذذذذعاعمتفرقذذذذذذذذة مذذذذذذذذن السذذذذذذذذماء فلذذذذذذذذبعض يطلقذذذذذذذذوا عليذذذذذذذذه اسذذذذذذذذم

% 100وبحذدود يةللسذماء الصذاف % 70إلذى % 10إن كمية الشذعاع المبعثذر يكذون حذوالي

.ويبعثذذذذذر للسذذذذذماء الغائمذذذذذة. بعذذذذذض اإلشذذذذذعاع الشمسذذذذذي يذذذذذدخل جذذذذذو األرض يمذذذذذتص

تذرتطم بالخليذة الضذوئية فهذو مكمذل للحزمذة الضذوئية الكاملذة التذي واألخيذرالجذزء الثالذث أمذاالمختلفذة المحيطذذة بالخليذذة الضذوئية المنعكسذذة بواسذطة الوسذذائط اإلشذذعاعاتوهذو عبذذارة عذن

.Albedo Radiationا الجذذذذذذذذذذذذذذذذذذذزءويطلذذذذذذذذذذذذذذذذذذذق علذذذذذذذذذذذذذذذذذذذى هذذذذذذذذذذذذذذذذذذذذ

بسذبب اخذتالف األسذطح يكذون مختلذف الكميذة الخليذة اإلشذعاع المذنعكس علذى سذطح إن كميذة

ومعذامالت كذل سذطح العاكسة للشعاع الجذدول التذالي يحتذوي علذى األسذطح العاكسذة الموجذودة

فذذي نقطذذة معينذذة كميذذة الشذذعاع السذذاقط علذذى إيجذذادالن ذلذذك يؤخذذذ فذذي الحسذذبان عنذذدما نريذذد

22

الضذوئية فذي الخليذة للشذعاع السذاقط علذى المكونة األساسيةالثالثة األجزاءبعد معرفة .األرض

المجمذذوع النهذذائي لكميذذة وإيجذذاد األجذذزاءلجمذذع هذذذه المعادلذذة التاليذذة تسذذتخدم األفقذذيالوضذع و نحسذب مذن خاللذه كميذة الطاقذة الكهربائيذة التذي ه الحقذاالشعاع الساقط الذذي سذوف نسذتخدم

تنتجه الخلية : أنمكن ي

الحزمذذذة الضذذوئية المباشذذذرة +الحزمة الضذذوئية المبعثذذذرة +الحزمذذة الضذذوئية المعكوسذذذة

GR = Direct Beam radiation (B) + Diffuse radiation (D) + Ground

Reflected radiation(R) يمكننا زيادة كمية فقياألالوضع في الخلية تحليل اإلشعاع الشمسي الكلي الساقط علي بعد

الضوئية بزاوية ميل يتم اختيارها االخالي وذلك بتثبيت ىاألعلالتي استعرضناها في اإلشعاعالوقت و طوال السنة وسوف تحقق زاوية الميل بدقة بحيث تثبت مباشرة نحو الشمس معظم

.لمستلمةا هذه الحد األقصى من الطاقة

الزاوية ويتغير وضع إليهاويضاف ىاألولة لغير المعادوباستخدام زاوية ميل للخلية سوف تت

األرضالخلية علي سطح يحدد ذلك مكان شبه عامودي إلى أفقيمن الخلية

23

ة العمل: فكرة مبسطة عن كيفي

يتكون التصميم لشبكة الكهربائيةيتضمن التصميم المقترح للمحطة الشمسية المتكاملة با

هذا باإلضافة إلى المحطة الشمسية من الخالياحيث تضم مجموعة ثالث مراحلمن ر متناوب ثالثي الثانوية للطاقة الكهربائية ومحوالت للتيار الكهربائي المستمر إلى تيا

الطور. وبذلك يتم تجهيز الطاقة الكهربائية المنتجة في المحطة . التي تعمل على تغذية الكهربائية المنتجة خالل فترة وجود اإلشعاع الشمسي تجهز الشبكة الكهربائية بالطاقة

الطاقة الكهربائية المنتجة المصفوفة األلواح الشمسية إلى المحطة الثانوية للطاقة وثم يتم الكهربائية )باإلضافة إلى شحن مجموعة من المجمعات الكهربائية>بطاريات<(..

بحيث توترالبعد ذلك تغير نوعية هذه الطاقة عن طريق محوالت التيار الكهربائي و رفع .يساوي توتر الشبكة

وتعمل المحطة في فترة الليل أو في فترة غياب اإلشعاع الشمسي عن طريق المجمعات فان تصميم المنظومة الشمسية هربائية التي تم شحنها في فترة ظهور اإلشعاع الشمسيالك

مصفوفة ألواح شمسية مثبته عند زاوية ميل محددة بالنسبة المباشرة يمكن أن يتكون من

للمستوي األفقي وموجه نحو الجنوب أو مصفوفات لأللواح الشمسية المجهزة بأنظمة ت ومتابعة الحركة الظاهرية للشمسالتحكم لتوجيه هذه المصفوفا

: الطاقة الشمسية وتحديات البيئة

يواجه سكان األرض اليوم أكثر التحديات صعوبة على مر التاريخ متمثلة باالرتفاع الملحوظ بدرجات الحرارة نتيجة للتلوث الذي أحدثه اإلنسان بفعالياته المختلفة التي تبعث

,الميثان , النتروز ,اوكسيد CO 2يد الكربونغازات ماصة للحرارة مثل ثاني اوكس

24

. (Atmosphereطبقة االتوم سفير ) إلى كربوناتالنتروز والهالو

األرض( من Infrared radiationفوق الحمراء ) األشعةهذه الغازات تمتص

سطحها مسببة تغيرات بطيئة بموازين الطاقة . إلىثم تبعثها ثانية زيادة مقدارها نصف درجة سليزية في معدل درجات الحرارة , لقد سجل القرن العشرين

وحسب تقارير لجنة الخبراء الدوليين في مجال التغيرات المناخية فقد تبين إن غاز

CO2 فينبعثالربع الباقي أماالمنبعث كناتج للوقود العضوي يمثل ثالثة أرباع منه

في اليابسة اإلنساننتيجة التغيرات التي يحدثها

:الوقود العضوي وأزمةلطاقة الشمسية ا

مرة عن سرعة تكوينه لذلك ألف 011ه بنسبة ذالوقود العضوي ماض في نفا أنكما

الطاقة الكهربائية بواسطة التحويل إنتاجزادت الحاجة لمصادر طاقة جديدة للطاقة ومنها

المباشر في الخاليا الشمسية .

منها: الطاقة الشمسية والجدوى االقتصادية

كلفة كهرباء الخاليا الشمسية :

دوالرات بـــالنسبة 10إلي تتراوح تكلفة الوات ذروة في األسواق العالمية ما بين

للــدول المستوردة بينما تصل تكلفة الوات ذروة بالنسبة للتطبيقات ذات القدرة المتوسطة

فة وفق التصميم و أجهزة دوالر و تزيد هذه التكل 30والقدرة المتوسطة و العالية إلي

التحكم والتخزين الساكن و اإللكترونـات المساعدة إال أن تكلفة الـوات ذروة بالنسبة للقدرة

دوالر . 70العاليــة )المحطات الكهـروشمسية ذات سعة الميجاوات( تقل قليال عن

لتكلفة إن االقتصاديات الحالية لتطبيقات ومنظومات الخاليا الشمسية وبعضها فعال ا

وبعضها اآلخر غير ذلك وهي صورة ديناميكية تماما حيث األسعار و انخفضت خالل

( يوضح العقد الماضي والشكل )

دليل تكلفة الوات ذروة بالنسبة للدول المصنعة .

( الشكل )

دليل تكلفة الوات ذروة

25

الشركات العالمية المصنعة للخاليا الشمسية :

–الشركات العالمية العاملة في هذا المجال كثيرة من بينها شركة سوالر األلمانية

في استروبور –كرونار في يوغسالفيا –سوالر في إيطاليا أتيار –الفرنسية لفواتواتأ

وشركات عديدة في الواليات المتحدة واليابان وهناك وهيليودينايكا في البرازيل . –كندا

شركات متعددة الجنسيات أيضا

.المصنعة( يوضح توزيع عدد بعض الشركات 1والجدول )

( 1الجدول )

توزيع الشركات التجارية المصنعة

االستثمارات العالمية في مجال الطاقة الشمسية :

تستثمر الدول المصنعة أمواال طائلة في مجال الخاليا الشمسية وذلك على مستوى البحث

فاءتها وتسهيل طرق والتطوير والتطبيق بغية الوصول إلي تخفيض أسعارها وزيادة ك

( يوضح استثمارات 7إنتاجها وجعلها واعدة لإلنتاج والتطبيق الموسع والجدول رقم )

لخاليا الشمسيةابعض الدول في مجال مشاريع

( االستثمارات الوطنية في مجال الخاليا الشمسية 7الجدول )

26

كما تسعى هذه الدول الصناعية جادة من خالل مراكز البحث والتطوير إلي تخفيض تكلفة

وال غرابة في ذلك فقد كانت تكلفة الوات 7000دوالر مع سنة 1أو .0الوات ذروة إلي

ين كـان هذا المجـال مقصورا على أبحاث دوالر في الخمسينــات ح 30 – 300ذروة

الفضاء.

وعليه فإن األرقام المشار إليها في ميزانية اإلنفاق ومبالغ االستثمارات إنما تدل على ما

توليه الدول المتقدمة من اهتمام بالغ المتالك الفولتضوئيات لها خاصة وأن المصادر

واذها على األسواق العالمية لمنتجات التقليدية آخذة في النضوب باإلضافة إلي ضمان استح

الفولتضوئيات

استثمارات الطاقة الشمسية في الوطن العربي :

يدرك العاملون في مجال الطاقة أن األراضي العربية هي من أغنى مناطق العالم بالطاقة

الشمسية ويتبين ذلك بالمقارنة مع بعض دول العالم األخرى ولو أخذنا متوسط ما يصل

ساعة / متر مربع / اليوم و افترضنا – واتكيلو عربية من طاقة شمسية وهو األرض ال

وقمنا بوضع هذه الخاليا الشمسية على مساحة % أن الخاليا الشمسية بمعامل تحويل

كيلو متر مربع في صحراء العراق الغربية ) وهذه المساحة تعادل تقريبا مساحة 16000

ساعة في – واتميجا 00× 4 10طاقة كهربائية تساوي توليد بمكانناالكويت ( و أصبح

اليوم ، أي ما يزيد عن خمسة أضعاف ما نحتاجه اليوم وفي حالة فترة االستهالك القصوى

ومن البديهي أيضا أن طاقتنا النفطية ستنضب بعد مائة عام على األكثر وهو أحسن

اليورانيوم في بلداننا العربية المصادر للطاقة وذلك لعدم وجود كميات كبيرة من مادة

باإلضافة إلي تكلفة أجهزة الطاقة وتقدم تكنولوجيتها خالل السنوات الخمسين الماضية و

إمكانية عدم اللحاق بها وهو ما جعلنا مقصرين في استثمارها و نأمل أن ال تفوتنا الفرصة

ي بداية تطورها .في خلق تكنولوجيات عربية الستغالل الطاقة الشمسية وهي ال زالت ف

إن الستعمال بدائل الطاقة مردودين مهمين أولهما جعل فترة استعمال الطاقة النفطية طويلة

. وثانيهما تطوير مصدر للطاقة آخر بجانب مصدر النفط الحالي

ومن التجـارب المحدودة الستخدامات الطاقة الشمسية في البالد العربية ما يلي :

ة وتسخين برك السباحة بواسطة الطاقة الشمسية أصبحت طريقة تسخين المياه والتدفئ -1

محليا .اقتصادية في البلدان العربية وخاصة في حالة تصنيع السخانات الشمسية

تعتبر الطاقة الشمسية أحسن وسيلة للتبريد حيث أنه كلما زاد اإلشعاع الشمسي كلما -7

كفاءة ، ولكن تكلفة التبريد ي أكثرحصلنا على التبريد وكلما كانت أجهزة التبريد الشمس

الشمسي تكون أعلى من السعر الحالي للتبريد بثالثة إلي خمس أضعاف تكلفته االعتيادية

ويعود السبب الرتفاع التكلفة لمواد التبريد الشمسي ومعدات تجميع الحرارة وتوليد

الكهرباء .

ي الوطن العربي لتبين لنا أن ولو استعرضنا البحث والتطبيقات السارية للطاقة الشمسية ف

استخدام السخانات الشمسية أصبح شيئا مألوفا في بعض البلدان العربية بينما بقيت صناعة

27

الخاليا بصورة تجارية متأخرة في جميع البلدان العربية بسبب تكلفة إنشاء المصنع األولية

فة ( .و إتباع سياسة التأمل القائلة ) يجب االنتظار ريثما تنخفض الكل

الستغالل الطاقة الشمسية في الوطن العربي ال والمختبرةإن معظم التجارب الميدانية

تزال في مراحلها األولى ويجب تنشيطها و اإلكثار منها و لو استعرضنا ما تقوم به دول

العالم في هذا المجال و بخاصة الدول المتقدمة صناعيا والتي ال تملك خمس ما تملكه

ية من الطاقة الشمسية لوجدنا أن بريطانيا وحدها تنفق على مشاريع الطاقة الدول العرب

الشمسية ما يعادل جميع ما تنفقه الدول العربية مجتمعة وينطبق هذا على عدد العاملين في

مجاالت الطاقة المتجددة حيث يعمل في فرنسا ضعف اللذين يعملون في جميع الدول

العربية في هذه المجاالت .

ديات الطاقة الشمسية :اقتصا

تعتبر تكلفة المواد األولية ألجهزة استخدام الطاقة الشمسية أهم عائق يحول دون استخدامها

باإلضافة إلي المساحة الكبيرة المطلوبة لوضع هذه األجهزة المجمعة ألشعة الشمس غير

ة تعتبر المركزة و بالرغم من كل هذه العوامل فهناك بعض االستخدامات للطاقة الشمسي

اقتصادية في الوقت الحاضر ، منها تسخين المياه واالستعماالت األخرى في المناطق

النائية مثل توليد الكهرباء وضخ المياه وتحلية المياه واإلشارات الضوئية والبث الالسلكي

والحماية الكاثودية وغيرها .

علم نوع التطبيق ومن الضروري قبل احتساب تكلفة واقتصاديات الطاقة الشمسية أن ن

الشمسي باإلضافة 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 ال ؟

. الصيانة ومدى تكرارها ؟ ىوهل هناك حاجة إل

دعم أسعار الكهرباء المولدة بالمشتقات النفطية ومن المعلوم بأن معظم البلدان العربية ت

لمواطنيها وال بد من أخذ هذا الدعم في االعتبار عند مقارنة تكلفة توليد الكهرباء باستخدام

الشمسية.الطاقة

و إذا أخذت جميع هذه العوامل في الحسبان و اتبعت الطرق الصحيحة الستغالل و

صادي ومحاولة تطويرها إلي الشكل األفضل قد استخدام هذا النوع من الطاقة بشكل اقت

يؤدي إلي انخفاض تكلفة الوات الواحد المنتج منها .

بعض مشاكل استخدام الطاقة الشمسية :

إن أهم مشكلة تواجه الباحثين في مجاالت استخدام الطاقة الشمسية هي وجود الغبار

الجارية حول هذا ومحاولة تنظيف أجهزة الطاقة الشمسية منه وقد برهنت البحوث

من فعالية الطاقة الشمسية تفقد في حالة عدم تنظيف الجهاز % 0الموضوع أن أكثر من

المستقبل ألشعة الشمس لمدة شهر .

28

إن أفضل طريقة للتخلص من الغبار هي استخدام طرق التنظيف المستمر أي على فترات

د إلي آخر معتمدة على طبيعة ال تتجاوز ثالثة أيام لكل فترة وتختلف هذه الطرق من بل

البلد.الغبار وطبيعة الطقس في ذلك

أما المشكلة الثانية فهي خزن الطاقة الشمسية واالستفادة منها أثناء الليل أو األيام الغائمة أو

األيام المغبرة ويعتمد خزن الطاقة الشمسية على طبيعة وكمية الطاقة الشمسية ، و نوع

ام باإلضافة إلي التكلفة اإلجمالية لطريقة التخزين ويفضل عدم االستخدام وفترة االستخد

استعمال أجهزة للخزن لتقليل التكلفة واالستفادة بدال من ذلك من الطاقة الشمسية مباشرة

حين وجودها فقط ويعتبر موضوع تخزين الطاقة الشمسية من المواضيع التي تحتاج إلي

بحث علمي أكثر واكتشافات جديدة .

ر تخزين الحرارة بواسطة الماء والصخور أفضل الطرق الموجودة في الوقت ويعتب

الحاضر . أما بالنسبة لتخزين الطاقة الكهربائية فما زالت الطريقة الشائعة هي استخدام

البطاريات السائلة ) بطاريات الحامض والرصاص ( وتوجد حاليا أكثر من عشر طرق

والتحويل الطوري للمادة وطرق المزج الثنائي و لتخزين الطاقة الشمسية كصهر المعادن

غيرها .

والمشكـلة الثـالثة في استخدامات الطاقة الشمسية هي حدوث التـآكل في المجمعـات

الشمسيــة بسبب األمـالح الموجودة في الميــاه المستخدمــة في دورات التسخــين وتعتبر

األمالح فيها أحسن الحلول للحد من مشكلة الــدورات المغلقـة واستخـــدام مــاء خـال من

التآكل والصدأ في المجمعات الشمسية .

التوصيات:المقترحات و

ما هو إال جزء مكمل الستمرارية حفوريةاإلإن البحث والمثابرة في إيجاد بدائل للطاقة

ه دور الدول العربية كدول مصدرة للطاقة والحفاظ على المستوى االقتصادي الذي تنعم ب

هذه الدول اآلن ومن أجل مواكبة بقية دول العالم في هذا المجال ، يقترح مراعاة

التوصيات التالية :

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

القيام بإنشاء بنك لمعلومات اإلشعاع الشمسي ودرجات الحرارة وشدة الرياح -7

ها من المعلومات الدورية الضرورية الستخدام الطاقة الشمسية .وكمية الغبار وغير

القيام بمشاريع رائدة وكبيرة نوعا ما وعلى مستوى يفيد البلد كمصدر آخر من الطاقة -3

وتدريب الكوادر العربية عليها باإلضافة إلي عدم تكرارها بل تنويعها في البلدان العربية

ة الشمسية .لالستفادة من جميع تطبيقات الطاق

تنشيط طرق التبادل العلمي والمشورة العلمية بين البلدان العربية وذلك عن طريق عقد -

الندوات واللقاءات الدورية .

29

تحديث دراسات استخدامات الطاقة الشمسية في الوطن العربي وحصر وتقويم ما هو -

منها.موجود

سة أفضل طرقها باإلضافة إلي دعم تطبيق جميع سبل ترشيد الحفاظ على الطاقة ودرا -6

منازلهم.المواطنين اللذين يستعملون الطاقة الشمسية في

على تشجـيع التعاون مع الـــدول المتقدمــة في هـذا المجال واالستفــادة من خبراتهــا -2

المتبادلة.أن يكـون ذلك مبنيــا على أســاس المســاواة والمنفعة

ية األلواح:المواد األولية و بن -5

الشمسي؟ اإلشعاعكيف يستغل هذا اآلن

.. ندخل اآلن في األنظمة.ن الطاقة الكهربائية والحرارية هي أهم تطبيقات هذه أذكرنا

بعض المفاهيم التي تقرب لألذهان كيفية العمل ... لذلك نعيد شرح الخلية الشمسية والتي

هي الركيزة األساسية للعمل.

( من أشباه الموصالت بحيث إن diodeهي وصلة ثنائية )دايود... إن الخلية الشمسية

(حيث P-n junctionالضوء الساقط على سطحها يستطيع أن ينفد إلى منطقة االتصال )

تتجول األشعة الساقطة على الخلية الشمسية إلى طاقة كهربائية

( Siميائي )خلية شمسية مصنوعة من مادة شبه موصلة اسمها السليكون ورمزها الكي :كاألتيوتعرف المادة شبه الموصلة

المادة شبه الموصلة هي عناصر رباعية التكافؤ) يحتوي غالف الذرة الخارجي على

أربعة الكترونات( ترتبط ذراتها ببعضها البعض بروابط تساهمية وتكون عازلة تماما في

ا أو عند تسليط فرق درجة الصفر المطلق وتزداد درجة توصيلها بارتفاع درجة حرارته

جهد كهربائي عليها أو عند تعرضه إلشعاع بطاقة كافية ) وفي كل درس سيتم توسع أكثر

في شرح خصائصها (

وهي نوعين :

: مواد شبه موصلة نقية -أإن لهذه المواد ترتيبا بلوريا إذ تترتب ذراتها وفق نظام هندسي جميل ومن أمثلتها)

... عشرة من هذه االلكترونات مرتبطة بالنواة.. و إلكترونا 1السليكون (الذي يحتوي

إلكترونا 37منها تكون في الغالف الخارجي لنواة الذرة والجرمانيوم الذي يحتوي على

.منها في الغالف الخارجي إلكترون مرتبط بالنواة و 7منها :(مواد شبه موصلة مشوبة ) غير نقية -ب نسبة من الشوائب إضافةوالجرمانيوم ( لكن تمت السليكون) هي نفس المواد السابقة

وذلك للسيطرة () مثل الزرنيخ ، االنتيمون ، الفسفور ، الغاليوم ، االنديوم والبورونإليها

لألغراضعلة عملية التوصيل الكهربائي .. وكي يكون مقدار هذا التوصيل ملبي .ليةمالع

:قسمين إلىتقسم بدورها وهذه المواد شبه الموصلة الغير نقية أوبلورات لمواد شبه موصلة مشوبة بذرات عناصر خماسية التكافؤ) زرنيخ Nقسم نوع

الفسفور (.. وناقالت الشحنة الكهربائية فيها هي االلكترونات الحرة .. أواالنتيمون مشوبة بذرات عناصر ثالثية التكافؤ بلورات لمواد شبه موصلةP نوع:قسم

30

يخلفه الذيالفراغ هيناقالت الشحنة فيها هي الفجوات ) (وم,واالنديوم والباريوم) الجاليااللكترون المتحرر من الرابطة التساهمية بسبب ارتفاع درجة حرارة بلورة شبه

.الموصل(

عندما نشوب بلورة شبه موصل نقي في احد جانبيها شوائب خماسية التكافؤ وفي اآلن

.ية التكافؤشوائب ثالث األخرالجانب

خاليا شمسية جديدة:

يمكن لمحطات الطاقة الشمسية أن تزداد كفاءة في استخدام نور الشمس. وحدات كهذه

تحول خمسة عشر بالمائة من أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية. بينما تتمكن محطة لتي عصرية للتسخين والطاقة الكهربائية من تحويل تسعين بالمائة من الطاقة األساسية ا

تستخدمها. يسعى العلماء منذ سنوات في جميع أنحاء العالم, ومن بينهم العاملين في معهد أبحاث الطاقة الشمسية في هاملين, شمالي ألمانيا, لتجريب عدد من السبل الخاصة بزيادة

الكفاءة في تحويل الخاليا الشمسية. ألن الكهرباء في محطة الطاقة الشمسية تكلف ثمانية لك التي يتم الحصول عليها من محطات تعمل على الفحم أو الطاقة النووية. أضعاف ت

اإلنتاجالهدف هو الحصول على كفاءة تحويل عالية عبر تكنولوجيا بسيطة، بحيث يصبح التجاري ممكنا. من خالل كفاءة للتحويل بنسبة أربعة وعشرين أو ثالثين بالمائة ال يمكن

ن الناحية االقتصادية. اعتبار التطور الحاصل كافيا مالسبب الذي يجعل الطاقة الكهربائية باهظة التكاليف هو انخفاض حجم الخاليا الشمسية

. غالبية العمل يتم يدويا بعد. ما يكلف الكثير. كما أن عملية التصنيع إنتاجهاالتي يتم وات لد ميغاالمعقدة تزيد من قيمة التكلفة. يتم في هذا المصنع الشمسي ، للمحطة التي تو

واحدة والمصنوعة في شركة آسي في بافاريا, عجن ألواح السيليكون الموصلة.

السيليكون لكريستاتضغط المادة التي تولد إلكترونات، وهي بهذه الحالة الفوسفور، في على حرارة تبلغ ثماني مائة درجة مئوية. حين تتعرض ألشعة الشمس, يصدر االلكترون

هذه الطاقة عبر تواصل المعادن. العائق هنا هو أن االتصال يطرح عن الفوسفور. تسخر الظالل.

لكن هناك حل لهذه المشكلة. عادة ما توضع األطراف المعادن مباشرة على سطح المرايا الناعمة للخاليا الشمسية. أما هنا فاآللة تقطع مئات من األخاديد في سطح كل من الخاليا

قيام باالتصال على كل من جانبي اللوح الذي هناك.، حيث تم المجهريهعبر أسالك في هذه الصورة المكبرة، يمكن أن ترى االرتفاع البسيط على جانب األلواح. الفائدة

بالطبع هي أن المعادن ال تحول دون أشعة الشمس على اإلطالق. بحيث أن اإلشعاعات الشمسية بكاملها تضرب السيليكون شبه الموصل فيولد الكهرباء.

للتأكد من أن الضوء ال ينعكس دون استخدامه من خالل السطح الرمادي للخاليا بل يولد الكهرباء فعال، تمنح الخاليا الشمسية غشاء مضاد لالنعكاس. حسب نوعية خاليا الشمس،

تزيد طبقة سيليكون النيترات الجديدة من المضاد لالنعكاس المطور من كفاءة التحويل واحد والثالثة بالمائة.بنسبة تتراوح بين ال

يمكن أن يسمى غشاءا عجيبا. وهو أشبه بالمخدر العجيب للخاليا الشمسية .

يصل مجموع الزيادة التي تحققت في كفاءة التحويل الكهربائي إلى خمسة بالمائة، وبما أن هذا األسلوب بالغ البساطة ستصبح الكهرباء الشمسية أقل سعرا.

31

النهائي هو التقليل من الكلفة أي الوصول إلى نصف الكلفة في المرحلة األخيرة الهدف في هذا الجانب من العالم. تبالكيلووا

حمل هذا الخبر العاملين في صناعة الطاقة على تسجيل مالحظاتهم. في ألمانيا يتم العمل

على بناء ثالثة محطات للطاقة الشمسية، يوجد أحدها عند آسي في ألزيناو, بافاريا. تسعى صدر أمر ببناء الخط شركة لوضع تلك األعجوبة رهن التطبيق في اإلنتاج التجاري.ال

مبدأ أخاديد بإتباعاألول لينتج ثالثة عشر وات في ألزيناو آسيا تفكر أيضا اإلنتاجي . اإلنتاجيةاألسطح في عملياتها

ال بد من بعض عمليات التطوير قبل أن يصبح ذلك ممكنا. في ألزيناو اإلنتاجتوقع أن يؤدي انخفاض الكلفة للخاليا من تحفيز ولكن رغم هذا من الم

فيصل التحويل إلى عشرين بالمائة من أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية وهي خطوة هامة

في االتجاه الصحيح.

مكونات الخلية الكهروضوئية:

عى الكهروضوئية المستخدمة تكون مصنعة من مادة بلورية تد اليوم اغلب الخاليا

الضوئية من طبقة رقيقة من الخلية شيوعا . تتكون األرض سيليكون، وهي إحدى مواد

مادة السيلكون هذه المادة هي احد مواد أشباه الموصالت)أنصاف النواقل ( المعروفة التي

الفيزيائية بين الموصالت و العوازل . تندرج خواصها

مع مادة السيلكون الصافي ثم لبورونوامن يتم تصنيعها من خالل خلط كمية صغيرة جدا

بطبقة الخلية التسخين يرش سطح درجة مئوية أثناء 0تسخن إلى درجة حرارة

بمعني أخر .p-type ومن نوع n-type طبقتين مختلفتين من نوع الفسفور وذلك لخلق

قرب السطح بين غالف الفسفور وخليط البورون. عموما pn junctions ـتتكون وصلة ال

-p وخليط السيليكون بالبورون لخلق طبقة من نوع n-type الطبقة تعمل الفسفور لخلقيس

type حصلنا على المأخذ الموجب و المأخذ السالب للخلية. الشكل التالي بهذا نكون قد

.للخلية يوضح التركيب األساسي

:الكهروضوئية الخلية طريقة عمل

يمر هذا الضوء من الخلية ء الشمس علىمن الشكل التالي نالحظ انه عند سقوط ضوالطبقة التي للخلية وهي ىاألولويمتص جزء منه بواسطة الطبقة الخلية خالل سطح

فيقوم بامتصاصه الجزء الخلية الضوء الساقط على هذه أغلبية أماتحتوي علي فسفور

من تحتوي علي خليط السيلكون بالبورون حيث يتكون الخاص بذلك وهي الطبقة التي

32

الحركة يمكنها السريان خالل الموصل الكهربائي في خالل هذه العملية الكترونات حرةمن هنا الخلية هذه وتزداد هذه الحركة بزيادة كثافة الضوء الساقط على الخلية أطراف

واالستفادة من حركة االلكترونات الخلية هذه أطراف يمكننا توصيل حمل كهربائي على

.ء الشمس علي الخليةالناتجة من تسليط ضو

:تأثير درجة الحرارة على منحنيات خواص الجهد و التيار للخلية

آخرعادة عكسيا بدرجة حرارة التشغيل بمعني الكهروضوئية الخلية تتفاوت كفاءة أداء

الطاقة أن بارتفاع درجة حرارة الجو المحيط للخلية ، هذا يعني الخلية أداءينخفض

بارتفاع درجة الحرارة. تنخفض الخلية ة منالكهربائية الناتج

التيار وكيف يكون يوضح تأثير درجة الحرارة على منحني خواص الجهد و الشكل

المتولدة.لدرجة الحرارة التأثير المباشر في الطاقة الكهربائية

.في كمية الطاقة الكهربائية المتولدة التأثيريعزز هذا 6الشكل و

33

تلعب دور أخرىرارة من العوامل المؤثرة في الخرج و هناك عوامل عموما درجة الحكثافة الضوء الغبار وو من هذه العوامل سرعة الهواء الخلية هذه أداءانخفاض في

.الخلية الساقط علىولكن الغبار أو كثافة الضوء أوليس كبير مثل درجة الحرارة فتأثيرها سرعة الهواء أما

كثافة تأثيريوضح حيث 7في الحسبان الشكل يؤخذولدة رياضيا في حساب الطاقة المت

.المتولدة في الطاقة الخلية ىالضوء الساقط عل

حسب نوع مواد % 14 إلى %41الكهروضوئية تتراوح من االخالي أداء كفاءة إنسبيل المثال ارتفاع في على نأخذالمؤثرات الخارجية وبإضافةالمصنعة منها الخلية

34

التكلفة الكلية في ثر ذلك فييؤوسوف أكثر الكفاءةلحرارة سوف تنخفض هذه درجة ا مشروع إنشاء

الخلية الشمسية األولية المثالية : -

آليات أولية :

(يجب أن تمتص الفوتونات من قبل مكونات الجهاز وبطريقة االمتصاص البصرية هذه 1

تنتقل طاقة الفوتون إلى المكونات

فمن التحتم إذن أن 1ه الطاقة إلى طاقة كهربائية ال طاقة حرارية فقط ( يجب تحويل هذ2

بالتحويل الكمي ) ىتنتقل طاقة الفوتون إلى إلكترون بشكل طاقة كامنة ، وهذا ما يسم

ألن المستويات اإللكترونية للطلقة في األجسام الصلبة هي بشكل عام مكممة (

مهيجة بتفاعلها مع الفوتونات إلى ( ومن الضروري أن ال تسقط اإللكترونات ال3

مستواها األصلي وذلك مهما كانت طريقة االسترخاء ، ولكن يجب أن تجمع في اتجاه

مساري خروج الخلية الشمسية قبل وقوع هذا االتحاد ولذلك يجب أن تكون بنية هذا

التجمع بنية ناجعة

: المكونات الفولطاضوئة-

ويجب أن يكون للمكونات 1اصة ومن بنية للتجميع تتركب الخلية الشمسية من مكونات م

وأبسط البنيات 1الماصة مستويان للطاقة و أن تكون ناقلة بما يسمح للتيار بالسيالن

) [E = -grad v]للتجميع هي بالطبع المجال الكهربائي ويقترن دائما بحائل كمون

([E = dv/dx]الذي يصبح في نموذج بعد واحد :

وهكذا يتم اختيار مكونات 1كمون هذا بالفارق بين مستويات بين منطقتين ويرتبط حائل ال

تسمح بنقل التيار الكهربائي الفولطاضوئية وال يمكن استعمال العوازل ألنها ال

المعادن ، وتوضح تجربة المزدوجة الحرارية بأن الفرق بين المستويات يكون والستعمال

بالدرجة الواحدة . فولت يكرواالمطي إال بعض ضئيال حيث أن المزدوجة الحرارية ال تع

وبهذا يتم اختيار المكونات الفولطاضوئية ضمن شبه النواقل و ستكون بنية التجميع

. [Schottky]أو وصلة غير متجانسة أو حائل شوتكي (p-n)وصلة

للطاقة:محول ذو مستويين -

. E2وE1طاقتهما 2و0إن أبسط مكونات شبه ناقل يتركب من منظومة ذات مستويين

ولبناء نموذج مثال لخلية شمسية يجب اعتبار االفتراضات اآلتية :

35

.E2أوE1و أنما تساوي E2وE1ال يمكن أن توجد اإللكترونات بين -

[Eg=E2-E1]ال يمكن امتصاص فوتون وارد طاقته أدنا من -

ون طاقة يحدث في الحالة التي يملك فيها هذا الفوت لفوتونلإن االمتصاص الكلي -

0وينتقل اإللكترون الذي يمتص هذه الطاقة من مستوى Egتساوي أو تفوق الطاقة

0وراءه فجوة في المستوى كارتا 2إلى مستوى

بطيئة بحيث يقع جميع 0تعتبر آليات استرخاء اإللكترون إلى المستوى -

لالستعمال.يار القابل اإللكترونات المهيج حتى يساهم في نقل الت

: شحنة اإللكترون(q) [ Eg/q ]يساوي جهد الخرج لهذه الخلية المثالية -

مردود التحويل للخلية الشمسية األولية المثالية : -

القدرة الواردة من الشمس M اعتبرناوإذا [IEg/q]القدرة القصوى التي تنتجها الخلية

يعطى المردود بالعالقة:

µ=IEg/qM

[0.9ev-1.5]بمجال %46كما يقدر المردود بـ

الضياع: -

تتكون أهم عناصر الضياع من:

غير كامل للفوتونات امتصاصأ(

ب(الطاقة الفائضة : حيث يشكل مع المعامل األول مصدر التوافق بين الجهد والتيار

األخرى بينما تضيع االلكترونات Egحيث تمتص فقط االلكترونات التي تفوق طاقتها

[%23,5] للسيليكونحيث تبلغ بالنسب

تمتص المكونات جزءا فقط من التدفق الوارد بينما ينعكس السطح:جـ( انعكاس على

تقليل أهميته بعالج مالئم للسطحالجزء األخر على السطح ويمكن

E 2-E1 =Eg

E2

E1

H

36

)طبقة ضد االنعكاس (

وبشكل خاص صااالمتصد( مردود التجميع: يتوقف على البنية المستعملة و معامل

الكهربائية ( صالعيوب، الخصائ )النقاوة,على صفة المكن

هـ( معامل التوتر

FFو(معامل المنحني أو معامل الشكل

ز(مقاومة التوالي جوانب تقانية و اقتصادية

: الطاقة الشمسية الضوئية)الفوتوفلطية(

،وتقوم الخاليا P-N Junctionسالبة –الخاليا الشمسية عبارة عن وصلة كهربية موجبة

ذات تيار مستمر، و تعتبر الخلية كهربيةطاقة إليبتحويل الطاقة الشمسية مباشرة وات عند جهد 1في النظام الفوتوفلطي وتنتج الخلية حوالي األساسيةالوحدة هيالشمسية

فولت, ويتم تجميع عدد من هذه الخاليا للحصول علي النموذج المتكرر أو .0أو تأثيرات وتستخدم الخاليا الشمسية بدون أي انبعاثات ضارة Moduleالموديول

خطيرة علي البيئة ، وقد شهد العالم اهتماما متناميا في استخدام الخاليا الشمسية في العديد

النائية البعيدة عن الشبكة باألماكنمن التطبيقات التي ثبتت جدواها الفنية واالقتصادية الكهربية العامة. وذلك لعدة عوامل منها:

قرب نضوب مصادر الطاقة التقليدية - حماية البيئة من التلوث نتيجة استخدام الطاقة التقليدية -

لمية في معدالت استهالك الطاقة الزيادة العا -وتتمتع مصر بمصادر هائلة من الطاقة الشمسية من حيث شدة اإلشعاع الشمسي وساعات

السطوع السنوية لوقوعها داخل الحزام الشمسي للكرة األرضية، األمر الذي يجعل مات تكنولوجيا الخاليا الشمسية هو البديل المناسب في العديد من الظروف لتنمية استخدا

وتطوير المناطق النائية ذات األحمال الكهربية الصغيرة البعيدة عن الشبكة. .3 – 3يصل إجمالي حجم استخدامات الخاليا الشمسية حاليا في مصر حوالي من

ضخ المياه وتشغيل وحدات االتصاالت ميجاوات موزعة ألغراض اإلنارة بأنواعها و

الالسلكية والتبريد وغيرها من االستخدامات الصغيرة ويعتبر هذا الحجم تقديري، نظرا ألن هناك بعض الجهات العسكرية والتي قطعت شوطا كبيرا في استخدام نظم الخاليا

الفوتوفلطية ، هذا ولم يتطور السوق المحلي أكثر من ذلك لألسباب التالية :

37

ارتفاع التكلفة األولية ألنظمة الخاليا الشمسية. - عدم توافر قطع الغيار -

عدم معاملة أنظمة الخاليا الشمسية بنفس سياسة الدعم المطبق علي المصادر التقليدية. -

ارتفاع الضرائب والرسوم الجمركية علي المهمات المستوردة -

تم تركيبها على مستوى جمهورية مصر يالتالخاليا الشمسية حجميوضح التاليوالشكل لتطبيقاتها المختلفةالعربية وكذا النسب

38

الشمسية:تعريف الخاليا

تقوم بتحويل ضوء الشمس ضوئيةوفولتإن الخاليا الشمسية هي عبارة عن محوالت

المباشر إلي كهرباء ، وهي نبائظ شبه موصلة وحساسة ضوئيا ومحاطة بغالف أمامي وخلفي موصل للكهرباء .

متسلسلة من المعالجات ليات لقد تم إنماء تقنيات كثيرة إلنتاج الخاليـا الشمسية عبر عم

م ربائية على شكل متكاثف ذاتي اآللية أو عالي اآللية ، كما تالكيميائية والفيزيائية والكها الشمسية على هيئة عناصر نماء مواد مختلفة من أشباه الموصالت لتصنيع الخاليإ

كعنصر السيليكون أو على هيئة مركبات كمركب الجاليوم زرنيخ وكربيد الكادميوم

وسفيد األنديوم وكبريتيد النحاس وغيرها من المواد الواعدة لصناعة الفولتضوئيات .وف

الشمسية:ميكانيكية تيار الخاليا

الخلية الشمسية للتطبيقات األرضية هي رقاقة رفيعة من السيليكون مشابة بمقادير صغيرة كونة ثنائيا من الشوائب إلعطاء جانب واحد شحنة موجبة والجانب اآلخر شحنة سالبة م

ذا مساحة كبيرة .

تولد الخاليا الشمسية قدرة كهربائية عندما تتعرض لضوء الشمس حيث الضوئيات

) الفوتونات ( والتي يحمل كل منها كما طاقويا محددا يكسب اإللكترونات الحرة طاقة

حرير تجعلها تهتز حراريا وتكسر الرابط الذري بالشبكة بالمادة الشبه موصلة ويتم تالشحنات وإنتاج أزواج من اإللكترون في الفراغ . تنطلق بعد ذلك حامالت الشحنة هذه

متجهة نحو وصلة الثنائي متنقلة بين نطاقي التوصيل والتكافؤ عبر الفجوة الطاقوية

وتتجمع عند السطح األمامي والخلفي للخلية محدثة سريان تيار كهربي مستمر عند ي وتبلغ القدرة الكهربية المنتجة للخلية الشمسية عادة واحد توصيل الخلية بمحمل كهرب

وات.

أنواع الخاليا الشمسية التجارية :

تم تصنيع خاليا شمسية من مواد مختلفة إال أن أغلب هذه المواد نادرة الوجود بالطبيعة

أولها خواص سامة ملوثة للبيئة أو معقدة التصنيع وباهظة التكاليف وبعضها ال يزال حت الدراسة والبحث وعليه فقد تركز االهتمام على تصنيع الخاليا الشمسية السيليكونية ت

وذلك لتوفير عنصر السيليكون في الطبيعة عالوة على أن العلماء والباحثين تمكنوا من دراسة هذا العنصر دراسة مستفيضة وتعرفوا على خواصه المختلفة ومالءمته لصناعة

. رالتبلوومتصدعة ةرالمتبلوالخاليا الشمسية

: ةالمتبلورالخاليا الشمسية السيليكونية -1

رالتبلوتصنع هذه الخاليا من السيليكون عبر إنماء قضبان من السيليكون أحادي أو عديد

ثم يؤرب إلي رقائق و تعالج كيميائيا وفيزيائيا عبر مراحل مختلفة لتصل إلي خاليا شمسية .

39

رالتبلووالخاليا السيليكونية أحادية % 12 – 2تتراوح بين كفاءة هذه الخاليا عالية

رالتبلوغالية الثمن حيث صعوبة التقنية واستهالك الطاقة بينما الخاليا السيليكونية عديدة رالتبلوتعتبر أقل تكلفة من أحادية وأقل كفاءة أيضا

( : رالتبلوالخاليا الشمسية السيليكونية األمورفية ) متصدعة -2

مادة هذه الخاليا ذات شكل سيليكوني حيث التكوين البلوري متصدع لوجود عنصر ية مميزة وخاليا ائالهيدروجين أو عناصر أخرى أدخلت قصدا لتكسبها خواص كهرب

السيليكون األمورفي زهيدة التكلفة عن خاليا السيليكون البلوري حيث ترسب طبقة مواد الخام المستخدمة في عمليات قليلة شريطية رقيقة باستعمال كميات صغيرة من ال

مقارنة بعمليات التصنيع البلوري . ويعتبر تصنيع خاليا السيليكون االمورفي أكثر للتصنيع المستمر ذاتي اآللية . ومالئمةتطويعا

بالنسبة للمساحة السطحية الكبيرة وتزيد % 2 – تتراوح كفاءة خاليا هذه المادة ما بين

النسبة للمساحة السطحية الصغيرة وإن كان يتأثر استقرارها باإلشعاع عن ذلك بقليل ب

أ( يوضح نسبة إنتاجية العالم من المسطحات ذات الخاليا الشمسية -1الشمسي .والشكل )ب( يوضح نماذج من الخاليا الشمسية -7والشكل ) التبلور.عديد التبلور،أحادية

والمنتجات الملحقة بها .

أ ( – 1الشكل ) ب ( -1الشكل )

:طرق تحسين كفاءة الخلية الشمسيةنتعلم كيف اآلنسية ... لقياس كفاءة الخلية الشم األولىالتجربة أجراءتعلمنا أنبعد

نحسن كفاءة هذه الخلية ؟

زيادة كفاءة تحويل الخلية الشمسية ) أي مقدار إلىاغلب بحوث الطاقة الشمسية تهدف أن كهربائية ( وهذا يتم بعدة طرق هي إلىيتحول من طاقة شمسية ما

إثناء( الخلية الشمسية parametersتحسين معلمات ) ةمحاول و : تغييرأوال

تصنيعها )معنى المعلمات هي مقدار كل من القدرة العظمى وفولطية الدائرة المفتوحة

يتم بعدة طرق : أيضاوتيار الدائرة القصيرة .. (الخ .. وهذا

:لورة الملونةباستخدام الصفائح المت -0

لورة ذات كفاءة كمية مقاربة للواحد كطالء وقاية للخلية الشمسية بفعند استخدام صبغات م

40

عند %02.22عند التلوين باللون األخضر و %2.2فأن الكفاءة سوف تزداد بمقدار

إلى %01الطالء يقلل االنعكاسية من أنالطالء باللون الوردي وهذه الزيادة تعود إلى

واأللوان المفضلة هي الذهبي األخضر، البني والرصاصي 21%

تناسبا مع الطيف الشمسي من األنظمة استخدام األنظمة المتعددة الفجوات لكونها أكثر -2

[.00ذات الفجوة المفردة وبالتالي تكون الكفاءة أعلى ]

III-V Compound Solar Cellsتقنية الخاليا المركبة -3

( لتصنيع نبطية بلورية ذات III-V alloy) III-Vحيث يتم اختبار سبيكة مناسبة من

معينة حيث ترسب أوال ذات ( ترسب على أرضيةlattice-matchمتصلة ) شبكة

فجوة الطاقة الصغيرة تتبع بمفرق نفقي ثم الخلية ذات فجوة الطاقة األعلى وتطورت

عام %31إلى 0891عام %21كفاءة هذه الخلية ذات المفرق الواحد البسيط من

0881

Buried Contact Solar Cellsخلية االتصال المدفون -0

داء بأقل كلفة ممكنة حيث تصلب ) تمعدن ( هي محاولة لتطوير كفاءة األ

Mettallised ( بواسطة الترسيب الالكهربائيelectroless deposition )

.%01-09وأعلى كفاءة تم الحصول عليها من هذا النوع Ni/Cu/Agلطبقات

Printed- Screen Solar Cellsخاليا الشبكة المطبوعـة - 5

( CZن المطعم بالبورون وتصنع بطريقة قوالب )تستخدم عادة فيها طبقات من السليكو

%03إلى %01وهي ذات كفاءة بين

: Using Solar Concentrators: استخدام المركزات الشمسية ثانيـا

وعلى الرغم من إحراز تقدم كبير في مجال تحسين كفاءة أداء الخاليا الشمسية خالل

ال عائقا أمام انتشار استخدامها وما تزال العشرين سنة الماضية إال أن ارتفاع الكلفة ماز .البحوث مستمرة في هذا المجال

تخفض كلفة إنتاجية الكهرباء باستخدام مواد أنإن بحوث الفوتوفلطائيات تطمح دوما رخيصة لتجميع أشعة الشمس الساقطة وتوجيهها إلى الخلية الشمسية ومنها استخدام

العدسات وتقنيات أخرى بصرية خلية الكزات هي أجزاء بصرية تزيد من كمية اإلشعاع الساقط على سطح ما كفالمر

شمسية أو ماص حراري وتعد المرايا وعدسات فرنيل أهم ما يستخدم لهذا الغرض إذ تستخدم العدسات لزيادة التركيز وليس للحصول على صورة معينة أو تستخدم المرايا

لهذا الغرض أو كالهما معا

nonimagingأو imagingـ opticsعاع الضوئي يتحقق أما بـ إن تركيـز اإلش

- optics حيث ينقل النوع األول الضوء إلى نقطة واحدة كالبؤرة مثال عند استخدام

منطقة معينة إلى أخرى وينقل كال العدسات أما النوع الثاني فينقل السيل اإلشعاعي من

يعرف بأنه مركبة الفيض الواصلة الذي direct irradiationمن اإلشعاع المباشر

diffusedإلى المركز بدون أي تداخل مع الجسيمات المحيطة واإلشعاع المنتشر )

radiation الذي يعرف بأنه مركبة الفيض الشمسي المتشتتة بسبب العوالق( )

.الجوية( أنوهناك مقاييس الختيار المركز المطلوب منها درجة التركيز والحرارة الناتجة حيث

تركيز القدرة في نقطة يولد حرارة بين عالية إلى عالية جدا أما عند تركيزها في خط فان الحرارة المتولدة من معتدلة إلى عالية.

41

وألجل معرفة أي المركزات أفضل للتطبيقات فيجب المقارنة فيما بينها من حيث نسبة نعكاسات التركيز، زوايا السقوط ، مساحة السطح العاكس ومعدل عدد اال

تكون ثابتة ال تحتاج إلى معقبات ألثر الشمس بحيث تكون ذات أنالمركزات أما أن

زوايا استقبال واسعة ولها القابلية على جمع وتركيز األشعة المباشرة والمنتشرة والخاليا المناسبة في هذه األنظمة هي خاليا السليكون التقليدية أو تكون معقبة وذات نسبة تركيز

ن الثابتة وذات كفاءة أفضل أعلى م لو اعرف بعض المصطلحات أودالمركزات الشمسية أنواعنستعرض أنقبل

Concentration Ratio Cنسبة التركيز

التي من الممكن تعريفها Cإن أهم المعايير لتقييم عمل المركزات هي نسبة التركيز

بطريقتين :

نسبة التركيز الهندسي -0

Geometrical Concentration Ratio

( A1 =Area of entrance Apertureهي النسبة بين مساحة فتحة الدخول

( A2 =Area of exit Apertureإلى مساحة الماص أو فتحة الخروج

Cg = A1/ A2

Flux Concentration Ratio F.C.Rنسبة تركيز الفيض -2

( absorberى الماص )( الساقط علGlobalويمكن حسابها أيضا من نسبة اإلشعاع )

إلى نسبة اإلشعاع على فتحة الدخول

C=G2/G1

بـدون تركيز Iscعند التركيز إلى Iscويمكن حساب قيمة نسبة التركيز بقسمة

هو تيار الدائرة القصيرة الذي تم شرحه في الدرس السابق Isc أنحيث

Concentrator typesأنواع المركزات الشمسية

مسية بعدة طرق منها: تصـنف المركزات الش

Focus Concentrator Point andمركزات البؤرة الخطية والنقطية

linear : Point Focus Concentratorمركزات البؤرة النقطية -1

وتستخدم عموما عندما يشترط وجود تركيز عال 3Dهي المركزات الثالثية األبعاد (C=500-1000 وتستخدم في األفران الشمسية ) ومستقبالت القدرة المركزية

(central receivers التي ظهرت ألول مرة بواسطة علماء سوفييت عام )1661 في 11MWذو اإلنتاجية الكهربائية المقدرة بـ Solar 2ومن أحدث برامجه هو

وكذلك تعد المركزات المخروطية وعدسات 2111صحراء كاليفورنيا وقد شغل عام

ن هذا النوع الثالثي األبعاد فرنيل النقطية البؤرة م

Focus concentrator Linearمركزات البؤرة الخطية -7

مثل عدسات فرنيل ذات البؤرة الخطية 7D-concentratorهي المركزات الثنائية األبعاد

42

يتم ويتم اختيارها عندما V-troughوأحواض CPCوأحواض القطع الناقص المركب

اختيار تركيز متوسط أو صغ

بنية األلواح :

يمكن الحصول على األلواح بطرق عديدة فيزيائية منها وكيميائية ويمكن تنويعها حسب

فيتكون من مركبات مثل ثالثي كلور السيالن أو رباعي كلور للسيلكونالمكونات فبالنسبة

ند درجات حرارة السيالن فينتج خلية شمسية وحيدة البلورات ثم تختزل الهيدروجين ع

درجة وبهذا نحصل على مكون نقي متعدد البلورات 1000تصل إلى

وفيما يلي سوف نشرح تركيب األلواح عن طريق مراحل تصنيعها:

حيث يمثل الشكل التالي مراحل تصنيع الضوئية األحادية والمتعددة:

سحب سبيكة أحادية

البلورات

قطع أقراص/صقل

ميكانيكي

للقرص تنظيف كيميائي

انتشار

تنظيف كيمائي لسطح الخلفي

تفليز

طبقة مانع لالنعكاس

لحام أسالك الربط

تركيب اللوحات

الفولطاضوئية

سيلكون متعدد

البلورات نوعية إلكترونية

43

50gمن الرمل نحصل على 1kgمستعملة فعند أستعمل حيث يكون الرمل المادة األولية ال

من اللوحات األحادية البلورات

عداد السيليكون وذلك باختزاله من الرمل والفحم في إاألولى يتم ةففي العملي (1

%2تفوق نقاوتها فرن كهربائي وهنا تنتج وحدة وحيدة البلورات والتي ال

لك بزيادة في تنقيتها وذلك عن يتم استخالص السيلكون المتعدد البلورات وذ (7

درجة ويكون المحصل آن 1000طريق اختزال الهيدروجين في درجة حرارة

لية ويمكن عدم تنفيذ هذه المرحة في حالة الحصول اذاك ذا جودة الكترونية ع

على مكون وحيد البلورة

قطع السبيكة إلى أقراص باإلضافة إلى الصقل الميكانيكي للقرص (3

الشوائب عن الطبقة زالةإلللوجه األمامي للقرص وذلك تنظيف كيميائي (

األمامية للقرص

التالية.وتتمثل بإعادة تعديل وضع الخاليا ألجل االستعداد للمرحلة االنتشار: (

تنظيف الجزء الخلفي للخلية (6

التفليز : بواسطة هذه العملية يتم وضع مالمس على طرفي الخلية لربط الخلية (2

بالدارة الكهربائية

طبقة المانعة لالنعكاس : إن انعكاس اإلضاءة الموجهة للوح يودي إلى (

وإذا تم وضع هذه الطبقة تنخفض هذه القيمة %ضياعات تصل إلى

%10الى

لحام أسالك التوصيل : وهي المرحلة األساسية قبل التشغيل والتي يتم فيها (2

طريقة لحام األسالك التعامل مباشرة مع الخلية لذا يجب االنتباه إلى الخلي والى

اآلن طريقة اللحام الخاطئة تودي إلى نشوء مقاومة على الموصالت أو إلى

تلف الموصالت

تركيب اللوحات الفولطاضوئية :حيث يتم فيها التثبيت على اللوح العازل (10

وذلك بعد توصيلها بإحدى طرق التوصيل المتبعة

السيلكون المتعدد البلورات :

البلورات تفصل بين البلورات ذات االتجاه واألبعاد المتغيرة مناطق في المكون المتعدد

تعمل كشراك للحامالت ذات األقلية وكحوائل كمون الحبات.مطربة تسمى فاصالت

بالنسبة للحامالت ذات األغلبية .وهذا ما يشكل أسوا التالفات ألن فاصالت الحبات تضعف

قاومة تسريب . يبدو وكأن المكونات المتعددة هكذا شدة التيار الكهربائي أضفة إلى وجود م

البلورات ال استعمالها في التحويل الفولطاضوئي لكن ليس األمر كذلك في الواقع إذ أن

وعمق الوصلة و طول اتجاههاهذا التحويل مرتبط بعدة عوامل مثل حجم الحبات و

دة النشيطة هي االنتشار وإذا كانت الحبات متجهة بصفة عشوائية فإن الحبات الوحي

الموجودة على السطح . وتضطر حامال الشحنة إلى اجتياز العديد من الفاصالت مما يودي

إلى تدهور النتائج القياسية . وإذا كانت الحبات متجهة حسب تركيب عمودي فإن جميع

44

ر أن الجهاز مركب من خاليا شمسية سلكية الشكل منضدة بالحبات نشيطة ويمكن أن نعت

الوحيد مع المكون الوحيد البلورة في وجود االختالفى التوازي . ويتمثل ومجمعة عل

تكون الخلية الشمسية جيدة ، ولهذا ينبغي أن ونأملسطوح أضافية لالتحاد على الحافات .

توفر الشروط التالية:

أن يساوي علو حبة سماكة الشريط -

االنتشارأن تساوي األبعاد الجانبية على األقل طول -

وجد عالج مالئم من االتحاد على حافة الحباتأن ي -

البلورات:لوحات أحادية

يكون الرمل المادة األولية الموجودة بكثرة وبثمن بخس . فباستعمال الكيلو غرام الواحد

من اللوحات ويتم في العملية األولى إعداد 50gمن المادة الخام ال نحصل إال على

يط من الرمل والفحم في فرن كهربائي طبقا للمعادالت السيليكون المعدني باختزال خل

الكيميائية :

Si +2CO SiO2 +2C

SiO2 + 3C SiC + 2CO

SiO2 + 2sic 3Si + 2CO

وللزيادة في تنقيتها نستعمل ثالث كلور [%98]وال تفوق نقاوة المكون الحاصلة درجة

درجة مئوية و 251السيالن وذلك بتفاعل مع كلور الهيدروجين في درجة حرارة

بالهيدروجين في حوالي اختزالنرجع إلى السيليكون في شكله متعدد البلورات بواسطة

ثل ويكون المحصول إذاك ذا جودة إلكترونية والشكل التالي يمدرجة مئوية 0111

مراحل صناعة الخلية من سيليكون أحادي البلورة

الخاليا:تجميع تجميع الخاليا على التسلسل: .1

نظرا على أن الجهد الذي تولده الخلية صغيرا فانه في أغلب األحيان يتم جمع الخاليا

المستعملة.على التسلسل للحصول على جهد يتناسب مع جهد الحمولة

45

التسلسل فإن تيار الحمولة المار في خلية واحدة هو مار وبما أن الخاليا موصولة على

فكافة الخاليا الموصولة معها

وبما أنها موصولة على التسلسل فإن التوتر الكلي على طرفي الفرع يساوي إلى

مجموع توترات الخاليا كافة

يعطى التوتر والتيار بالعالقات التالية :

V=V1+V2+……Vn I= I1 = I2 =……In

من العالقات السابق نستنتج أنه عند وصل مجموعة من الخاليا على التفرع يجب أن

يكون تيار كل منها متساوي لذلك يجب عدم ربط الخاليا المختلفة في النوع أو التوتر

أو االستطاعة وذلك للحفاظ على سالمة اللوح الشمسي

تجميع الخاليا على التفرع : .2

ية الضوئية المنفرد صغير جدا وقد ال يتناسب هذا التيار مع األحمال إن تيار الخل

الموجودة وللحصول على تيار كبير عن طريق تركيب عدد من الخاليا على التوازي

في هذه الحالة نالحظ أن الجهد المولد هو نفسه وهو نفسه المطبق على الحمولة

المجموعة أما التيار فهو يساوي إلى مجموع تيارات الخاليا

: ةويعطى التيار والتوتر بالعالقات التالي

I =I1 +I2 +…… In

V=V1=V2=……Vn

V1

V2

Vn

I1

I2

In

I

V

I1 I

46

عدم ربط أي خليتن أو أكثر على التفرع إذا لم يكن توتر كل السابق يجبمن العالقات

منها متساوي والتيار متساوي أو كانت من غير نوع الخاليا

التسلسل ]المشترك [ : –تجميع الخاليا على التفرع .3

وهي التي توفرها الوحدة عندما تكون موصولة بالواتيعبر عن قدرة الوحدة الضوئية

على الحمولة االسمية تحت شدة إضاءة ثابت في درجة حرارة متوسطة وتكون استطاعة

الخلية عدة أحاد إلى عدة عشرات في الذروة .

على التفرع وعلى التسلسل في وقت واحد. وللحصول على قدرة أكبر يتم تجميع الخاليا

فعند ربط الخاليا بهذه الطريقة نحصل ميزات الوصل التفرعي والوصل التسلسل في نفس

الوقت فبذلك نحصل على توتر مرتفع نسبيا وتيار كبير نسبيا وهذه الطريقة هي األكثر

استعماال و يكون التوصيل كما في الشكل التالي :

مجموعة من الخاليا على التفرع ثم توصل هذه المجموعة على التسلسل حيث توصل كل

مع مجموعة أخرى من الخاليا و بدوره توصل مع مجموعة أخرى و يوصل الطرفين

الحمل إلىالنهائيين

توصل المجموعات على التفرع التسلسل ثمأو بطريقة أخرى توصل كل مجموعة على

مع بعضها

I2 In V

47

جب أن تكون الخاليا من نفس النوع و متساوية في شدة التيار و في كال حالتي التوصيل ي

واالستطاعةوالتوتر

:الدائرة الكهربائية للخلية الشمسية اختبار يةكيف

الطائلة التي تصرف على البحوث األموال أنحيث . كفاءتها.لغرض معرفة يتحول من الطاقة .. أي مقدار ماالفوتوفولطائية هي من اجل زيادة كفاءة الخلية الشمسية .

طاقة كهربائية ( و نتعلم كيف نجري القياسات داخل المختبر )ومن ثم إلىالشمسية

تطبيقه خارج المختبر ( الدائرة من تتألف

خلية شمسية - (riostatمقاومة متغيرة )ريوستات -

.درجة ( 73يفضل لو تكون مصدر ضوئي محاكي لضوء الشمس ) ذو زاوية سقوط-

:س وتشملالقيا أجهزة

Voltemeter and Ameterمتر واميتر فولت -

( لقياس التيار الخارج من الخلية digital multimeterاستخدم مقياس متعدد رقمي ) الفولطية -وآخر لقيـاس الفولطيـة الخارجة ومـن ثـم دراسة خصائـص التيار

(I-Vللخلية الشمسية وحساب القدرة الناتجة وكفاءة أداء هذه الخ )لية

محرار رقمي

( لقياس درجة حرارة الخلية.Digital Thermometerاستخدم محرار رقمي )

مقياس شدة الفيض الشمسي

لقياس شدة الفيض الشمسي الســـاقط علــــى الخليـــة بوحدة Solarmeterاستخدم جهاز

W/m2 له رجال امن الجامعة شك رأى.) هذا الجهاز عملي مشكلة بعد الحرب .. فعندما وسين وجيم وهللا ستر( األلغام.. تخيلوه جهاز تحكم بتفجير

: منظومة التبريد

الساقط ودرجة اإلشعاعوهي ضرورية في التجارب التي نستخدم فيها مركزات تزيد شدة حرارة الخلية الن درجة الحرارة العالية في الخلية الشمسية تفقدها كفاءتها

لسنا بحاجة لها ( اآلن) يعني

البيانات ورسم منحني خواص هذه الخلية إلدخالالكرافر أو اإلكسيلامج برن .الربط أسالك وأكيد

:التجربة والقياس أجراءطريقة

تربط كل من الخلية والريوستات واالميتر على التوالي وتربط الخلية من جديد على متر التوازي بين طرفي الفولط

اآلتي: بأجراءثم قم ) على الخلية الشمسية 100W/ مm2( مقدارهاIntensityة )سلط ضوء ذي شد

بصورة عمودية (( ومن ثم نجد Riostatوحساب قيم التيار والفولطية بتغيير قيــــم المقاومة المتغيرة )

48

)التيار =صفر( ( أي عندما نفتح ربط االميتر Vocمقدار فولطية الدائرة المفتوحة )

ثم نرسم منحـــــني (عندما تكون الفولطية صفر Iscقصيرة )ونحسب تيار الدائرة ال( بواسطة Pmaxالفولطية ونحسب القيمة العظمى للقدرة الناتجة ) –خواص التيار

القانون Pmax =Voc x Isc

.ηومن ثم حساب كفاءة أداء الخلية الشمسية η= القدرة العظمى / شدة الضوء الساقط مضروبا في مساحة الخلية الشمسية

η الخلية الشمسية أداء: كفاءة

Pmax القدرة العظمى الخارجة من الخلية : P in الساقط اإلشعاع: شدة

a )مساحة الخلية الشمسية ) نضرب نصف قطرها في مربع النسبة الثابتة :

هذه التجربة ومن ثم تكرارها تحت ضوء الشمس مباشرة أجراءوقتا ممتعا في التجربة أثناءكامل من الخاليا الشمسية ويمكن استخدام لوح

49

بعض أنواع ألواح الخلية الشمسية و مزاياها -6

167 كي سي

(واتطاقة قصوى ) قصوى )فولت( فولطية

التيار )أمبير( األبعاد )مم(

الوزن )كغم(

167

23.2

7.20

1290x990x56

16.0

125 كي سي

(واتطاقة قصوى )

قصوى )فولت( فولطية التيار )أمبير(

األبعاد )مم( الوزن )كغم(

125

17.4

7.20

1425x652x56

12.2

80 سي كي

(واتطاقة قصوى )

قصوى )فولت( فولطية التيار )أمبير(

م(األبعاد )م الوزن )كغم(

80

16.9

4.73

1007x652x56

8.3

158 كي سي

(واتطاقة قصوى )

قصوى )فولت( فولطية

التيار )أمبير(

األبعاد )مم(

الوزن )كغم(

158

23.2

6.82

1290x990x56

16.0

120 سي كي

(واتطاقة قصوى )

قصوى )فولت( فولطية

التيار )أمبير(

األبعاد )مم(

الوزن )كغم(

120

16.9

7.10

1425x652x56

11.9

70 سي كي

(واتطاقة قصوى )

قصوى )فولت( فولطية

التيار )أمبير(

األبعاد )مم(

الوزن )كغم(

70

16.9

4.14

865x652x56

7.0

50

60 سي كي

(واتطاقة قصوى )

قصوى )فولت( فولطية التيار )أمبير( األبعاد )مم(

الوزن )كغم(

60

20.2

3.00

772x652x54

6.2

53سي كي

(واتطاقة قصوى )

قصوى )فولت( فولطية

التيار )أمبير(

األبعاد )مم(

الوزن )كغم(

50

16.7

3.00

639x652x54

5.0

40 سي كي

(واتطاقة قصوى ) قصوى )فولت( فولطية

التيار )أمبير(

األبعاد )مم( الوزن )كغم(

40

16.9

2.34

526x652x54

4.5

51

وفيما يلي بعض المشاريع الممكن استخدام الطاقة الشمسية فيها :

محطة تحليه المياه تعمل على الطاقة الشمسية:

التصميم المقترح:

الشكل المتكاملة بالشبكة الكهربائية يتضمن التصميم المقترح لمحطة التحلية الشمسية

هربائية. وبذلك يتم في التصميم المدروس منظومة شمسية مباشرة إلنتاج الطاقة الك التالي

الطاقة الكهربائية المنتجة لمصفوفة األلواح خالل فترة وجود اإلشعاع الشمسي تجهيز

ن يتم تغير نوعية هذه الطاقة أالكهربائية. وذلك بعد الثانوية للطاقة الشمسية إلى المحطة

خالل هذه الفترة بشكل الكهربائي. وتعمل المحطة الثانوية عن طريق محوالت التيار

األول بينما يتم وبشكل كامل خالل المدروس مشابه لعملها في التصميم

و في فترة غياب اإلشعاع الشمسي عن طريق هذه المحطة تجهيز الطاقة أفترة الليل

التحلية من الشبكة الكهربائية. وبهذه الطريقة يتم في وحدات الكهربائية الالزمة لعمل

52

استغالل الفائض في الطاقة الكهربائية المنتجة للمنظومة الشمسية التصميم المقترح

المباشرة خالل ساعات النهار في تغطية جزء من حمل استهالك الطاقة الكهربائية للشبكة .

ما خالل فترة الليل فيتم رفع حمل استهالك الطاقة الكهربائية في الشبكة عن طريق الطاقة أ

المقترح التصميم يمكن أن يتضمنبالذكر لتحلية. ومن الجدير ا لوحداتالكهربائية المجهزة

العذبة لضخ المياه الجوفية حقل

ن يتكون أبدال من وحدات التحلية. وكذلك فان تصميم المنظومة الشمسية المباشرة يمكن

من

نحو مصفوفة ألواح شمسية مثبته عند زاوية ميل محددة بالنسبة للمستوي األفقي وموجه

نظمة التحكم لتوجيه بأأو مصفوفات لأللواح الشمسية المجهزة (( a – 4)) الشكلالجنوب

. ومن المعروف أن هنالك نوعين [ 7 ] هذه المصفوفات ومتابعة الحركة الظاهرية للشمس

الشمسية. نظام األلواح نظمة التحكم المستخدمة بشكل عملي في توجيه مصفوفات أمن

الطولي لمصفوفة األلواح يكون فيه المحور(( b – 4))الشكل التحكم من النوع األول

الشمسية عبارة عن خط

( طرق التحكم المستخدمة في توجيه مصفوفات األلواح الشمسية لمتابعة 4الشكل )

الحركة الظاهرية للشمس.

ممدود من الشمال إلى الجنوب ويميل بزاوية بالنسبة للمستوي األفقي تساوي زاوية خط

ذلك فان مصفوفة األلواح الشمسية سوف تدور حول محور يوازي محور العرض. وب

( ولكن في االتجاه deg./hr 15األرض وبسرعة تساوي سرعة دوران األرض )

(( فان مصفوفة c - 4المعاكس. أما في حالة نظام التحكم من النوع الثاني ) الشكل )

طولي ، الذي هو عبارة خط ممدود األلواح الشمسية تدور كحركة انتقالية حول المحور ال

من الشمال إلى الجنوب ويميل بزاوية بالنسبة للمستوي األفقي ، وتدور كحركة نسبية حول

. محور عمودي على المحور الطولي بالمستوي األفقي

بنفسه:وغاز لطبخ -الماء –منزل يعتمد على نفسه وينتج الكهرباء

المنزلية.واألدوات اإلضاءة، ،الهواءتكييف الشمسية تقويالطاقة

المطر، الندى ، تكاثف األبخرة من نظام التدفئة تنتج الماء الكافي للعائلة

أشخاص ، والماء المعاد تدويره يروي ) يسقي ( الحديقة، المؤلفة من

الكــهرباء الفائضة ) الزائد من الكهرباء ( تباع لشركة الطاقة أو تستخدم

كيلو متر ( في اليوم . 0ميال) 30 لقيادة سيارة لمسافة

في تايالند هذا الحلم أصبح حقيقة . فريق البحث من جامعة في بانكوك بنوا

53

منظر جانيب للمنزل ذو الطاقة الشمسية أول مدينة فيها منازل تعمل على الطاقة الشمسية ، ومن الــنظرة األوىل

( سونتورن) صمم وجهز من قبل بني املنازل األخرى يف اجملموعة فان املنزل يربز ) يصمد ( بــــصعوبة

بانكوك ةبروفسور يف اهلندسة املعمارية يف جامع السكنية. مع تنسيق احلديقة بشكل ملونة،جدران معلقة،املنزل ميتلك سطح مائل ثقيل مع أفاريز

وهي يف ذلك تتشابه مع منازل اجلوار . املنزل ذو الطاقة الشمسية هو ذو تقنية ممتع. . ) آلة للحياة (جيدة منطقية ملا يطلق عليه لوكور بوزييه ترمجة عالية وهو

مطمور يف احلديقة نظام كهربائي ضوئي ، وحـــدة غاز بيولوجي ، ، وحدة جتميع لألخبرة املتكاثفة ، معدات تـدوير املياه ،مكيف هواء شئ يف هذا املنزل ذو النظام وحدات فلرتة ، وخزانات للتخزين . ال البيئي يكون ضائعا ) يذهب سدى ( ، جزازات احلـــــديقة

) جزازات األعشاب واألوراق ( وخملفات املــطبخ الرطبة ختصب

مسقط املنزل ذو الطاقة الشمسية

املسقط املفتوح للطابق األرضي تعطي للمنزل املتضام شعور بالرحابة احلديقة الصغرية العضوية ذات اخلضراوات.

معلقة فوق حوض السباحة الغرفة اخلضراء إن وحدة الغاز البيولوجي تنتج غاز الطبخ من ضياعات ولقد تكيف مع هذا فريق البحث يف (،األدوات املنزلية ) استعماالت أهل البيت

مع تايالند.وزارة الطـــاقة يف البديلة يفاجلـــامعة وشعبة )دائرة( تطوير وفعالية الطاقة وجي مل حتسب بعد ولكن ميكن أن بقائها يف طور االمتحان فان فعالية وحدة الغاز البيول

تعدل يف املستــــقبل الضرورة.عـند

احمللية:املنافع ( ليرت من املاء كل 133 – 83( جالون أو ) 25 - 23املنزل يستهلك مبعدل )

يوم .ليرت( من تكاثف املاء يوميا . الندى 33جالونات ) 8وان وحدة تكييف اهلواء تنتج

واملطـــر املاء التـــوازن.ذان خيتلفان حسب الفصول ( جيمعان من السطح ليحدث ) الل

ليرت ( ، واملاء الــضائعة 3633جالون = 953تفلرت)تصفى( وختزن يف خزانات سعة ) وغسيل اآلالت تفلرت) تصفى( ويعاد اســتعماهلا للري . –احلمامات –من املطبخ

54

ــطح ذو ال ــــ مرت مربع ( 183= قدم مربع 1933) ـ على السـ مرت مربع ( 62قدم مربع = 673) ـ و ثالث غـــرف نوم يف املنزل ذوي ال ، هذا واتكـيلو 22من اخلــــاليا الشمسية القادرة على توليد ــــارنة أيــام.النظام ميكنه أن خيزن الطاقة لثالثة ـ وعند املقـ

يف الساعة كيلووات 22اخلاليا الشمسية تولد

أيام 3وتستطيع أن ختزن طاقة ملدة فان املنزل التقليدي ) العادي ( سوف يتطلب مساحة الطاقة الفائضة ميكن أن تباع لشركة الطاقة مرة . 15من اخلاليا الشمسية أكثر ب

تستخدم لقيادة سيارة كهربائية أو ــييف اهلواء لديها قدرة تس ـــ ـ ـ )وحدة( 9333اوي وحدة تكـ

واتكيلو 6،45ويف ذروة املقدرة فهي تبدد الساعة.وتستطيع أن تعمل على مدار بالساعة كل يوم . واتكيلو 15وكمعدل فان النظام ينتج فائضا هو

املضخات حلوض السباحة ذي الشكل البيضوي ،وان الكمبيوتر الشخصي اس تتحكم بالنظام ،املعدل مرتابط مع اثين عشر من أجهزة إحس

وحدة الغاز البيولوجي هذا الكــمبيوتر يوضع عند بسطة الدرج بني الطابق العــــلوي تنتج غاز الطبخ من

ضياعات

ـــبط املعدات ــ ـ ـ أجهزة املنزل .الوحدة والسفلي وميكن املستخدمني من مراقبة وضـ الدائرية هي

خزان الغاز احليوي

الوعاء املستطيل هو خزان املياه املتدفقةوهم يتمكنـون من التحكم بدرجة احلرارة والرطـوبة (،) التجهيزات

صب احلديقة العضوية ذات املخلفات خت يف مجيع الغرف وقراءة سرعة الرياح يف اخلارج . اخلضروات والعشب

النظام يري إذا أي من النوافذ املنزلقة كانت مفتوحة وكم تبعد مسافتها .

الشخصية: احلملة يف بروفسـور نياتيكارم(وهون املصمم واملستخدم يف هذا املنزل املتكل على الطاقة الشمـسية هو) سونتور

اهلندسة املعمارية. مليون دوالر ومجـــع 2،5من سنتني مضت حصل على ميزانية حوايل

فريق انضباطي للتـطوير من الطالب يف كلية العمـارة ومهندســـني ماء،) سونتورن ( له باع طويل يف االهتمام بالعـــمارة البيئـــيةوعل

املنطقية املسؤولة ، ولكن ظروف شخصــية زودته بدوافع إضـــافية معامل هذا النظامياه يعاد تدويرها لسقي احلديقة امل

55

السيارةار لليمني( املاء الناجتة عن غسل )من اليس هلذا املشروع فان زوجته تعاين من مشاكل رئوية وحتتاج إىل العزلة

املنزلية ةخزان وحدات مضخات األجهز ) االبتعاد ( عن هواء بانكوك املشهور بالتلوث ، واحلل كان عمليا أنبوب لتوصيل املاء للحديقة، مياه من آلة الغسيل ) فعليا ( مبنزل حمكم السـد للهواء امللوث حيث اهلواء فيه يصفى

فتصبح احلديقة مروية باستمرار. ل هو العوامل االقتصادية ، فالتفكري مقدما بتقاعده مع الدخل وسبب آخر لتطوير املنز

القليل جعل ) سونتورن ( مهتما بالفواتري العالية اليت كان يدفعها ، ولقد حسب توظيف أكثر من املـنزل %43املال اإلضايف الذي حيتاجه للمنزل ذو الطاقة الشمسية فكان

فكرة عـدم دفع أي نقادمة، إسنوات 7دة التقليدي وهو ما يعادل ما سوف يدفعه مل إغراء.فاتورة مرتفعة كانت السبب األكثر

إن تطوير املنزل ذو الطاقة الشمسية كان مشـــروع انضباطي جالون8هلواء يزود ب التكاثف من نظام تكييف اهلندسـة –علوم املواد ويستلــزم احتاد )تركيب( جمموعة من

من املاء يف اليوم الواحد . . وعلم التقنيات البيولوجية –املدنية ليسار هي خزانالوحدة على ا

الوحدة على الشرب.مياه باملنزل صناعية مهتمةولتقليل احتياجات الطاقة فان مؤسسة اليمني وحدة تطهري املياه

ذي الطاقة الشمسية وفريق البحث صرفوا ) بذلوا ( ساعات طويلة يف امتـحان املواد والزجاج ملعرفة مقدرهتم ) استيعاهبم ( لتخـفيض محل -السطح –األرضيات -للجدران

) عبء ( التدفئة .ة قد صنع من األساس )أي الطبقة السفلية من السطح( الذي ميتص معظم احلرار

–سم ( يوضع جمرى) أنبوب 33بني السطح واملادة العازلة السميكة) مسكها املعـــدن،احلديقة السطح.قناة ( للهــواء الذي يسمح للرياح بأن تقوم بتهوية احلرارة املمتصة من

املنزل.يثبت هبا أجهزة اصــطناعية متنوعة صممت لكي توجه الرياح باجتاه له نوافذ من اجلهات األربع فان األفاريز وتراجعات النوافذ متنع الشمس وبينما املنزل

من اإلشعاع مباشرة إىل داخل املنزل . ال يوجد أي وقت يف هذا املنزل تكون فيه الشمس مشعة بشـكل مباشر إىل داخل املنزل ، ولتعزيز نقصان الربح احلراري فان كل

صد احلرارة .األبواب والنوافذ هلا زجاج مسطح ثالثي ل

56

خلضراء تضيف عنصرا مذهال للمنزل الغرفة ا حوض من الغرفة املمتد فوق ء، اجلز لقطة داخل الغرفة اخلضراء

يف الليل عندما تضاء الغرفة تبدو السباحة هو من الزجاج حوض السباحة وكأهنا تطفو فوق

( الغرفة اخلضــــراء إن الغرفة الوحيدة اليت تستقبل ضوء الشمس املباشر هي ما أمساه ) سونتورن ، وهي فراغ مربع على شكل صندوق من الزجــاج وهذه الغرفة معلقة فوق حوض السباحة ،

اجلــزء املمتد من األرضية مصنوع من الزجــاج مؤمنا بذلك منظرا غري حمجوب للمـاء يف احلوض ، ويف الليل عندما هذه الغرفة مضاءة تبدو وكأهنا تطفو فوق احلوض .

النموذج األويل) الذي تصنع بقية النماذج على أساسه ( للدولة : مرة من املنزل التقليــــدي 14) سونتورن ( يقدر بان املنزل هو ذو كفاءة يف الطاقة أكثر ب

ـاد، وأكثر من ذلك فهو يقول : املنزل جيسد )فلسفة احلياة احلديثة ( اليت تعتمد على االقتصالتكنولوجيا،احلفاظ على البيئة ، وقيم اجتماعية بدون التضحية بالراحة ، هذه الراحة اليت متتد

وعلم الصوت لتشمل: نوعية اهلواء ، التدفئة ، اإلضاءة ، إن بناء منزل حمكم السد للهواء بشكل فعلي ) عملي ( يتطلب جمموعة عمال كبرية وهو الشئ

الند ، يقول ) سونتورن ( مازحا : انه من األسهل أن تبين منزال بعمال الغري متاح بسهولة يف تاي أملانيني .

ألف دوالر ، هذه الــكلفة غري 75إن كلفة بناء منزل يعمل على الطاقة الشمسية تصل حىت متضمنة كلفة الصفائح الشمسية املستوردة وضرائبها االقتصادية املنافسة ، فهي تعرقـل من قبل

رياد املرتفعة الثمن ، ) سونتورن ( يأمل من احلكومة أن ختفض قريبا هذه الشـروط .شروط االست ومع ذلك فهو مقتنع بأن تايالند تستطيع أن تستفيد بشكل ضخم إذا طبقــــت التكنولوجيـــا

على نطاق واسع . ديدة بدون حوض السباحة فإن منزله سيكون من ضمن املنازل العادية من سلسلة املنازل اجل

ألف من هذه املنازل ) ذات االعتمــاد 333اليوم. ويقدر ) سونتورن ( بأنه لو بنت تايالند على الطاقة الشمسية ( فإن املدينة لن حتتاج إىل أية حمطات إضافية للطاقة ، ولكنه غري متفائل

57

د أو يف بشأن الدعم من احلكومة واخلطط اليت تعزز التكنولوجيا مع املطورين سواء يف تايالن بلدان أخرى .

: شاحن للهواتف النقالة

يعتبر هذا الشاحن من أفضل األجهزة من حيث الوزن والحجم، ويعمل

13الطاقة حسب المواصفات العالمية، وتصل قوته علي نظام تزويد

الشاحنة التي تعمل بالطاقة فولت، ويعتبر أفضل أنواع األجهزة

المحمولة التي د جميع األجهزةالشمسية، ويمكن لهذا الجهاز أن يم

.تحتاج لطاقة عالية

شاحن الطاقة الشمسية المخصص للهواتف النقالة، مصمم من مادة

السليكون، حسب المواصفات العالمية، ومحاط األلمنيوم وحبيبات

الطاقة الشمسية المخصص بنظام حماية خاصة متكامل، وأبعاد شاحن

، ووزن بالمليمترألبعاد ا 9m X 270mX 300m للهواتف النقالة،

الشمسية المخصص للهواتف جرام، وشاحن الطاقة 753الشاحن

نقله وسهول لحفظهالنقالة، له حقيبة يد خاصة به

نفس وصلة خيط الكهرباء المستخدم في شحن استعماليمكن

بكل يسر استخدامهاالنقالة، من والعة السيارة، حيث يمكن الهواتف

.نالشاح وسهولة مع هذا

يتوفر منها كذلك حقيبة تحمل علي الظهر، وبها شريحة شاحنة للطاقة

في األماكن استخدامهاالهاتف المحمول بالطاقة، ويمكن الشمسية تمد

أو نظام الهواتف االعتيادية النائية سواء للهواتف المحمولة

األماكن التي ال ، وكذلك فياالستكشافيةالفضائية، وكذلك في الرحالت

لتشغيله فيها مصادر لمد الهاتف المحمول بالطاقة الالزمةتتوفر

: شاحن الحاسب المحمول

الحاسوب المحمول تم تصميم لوحين شمسيين كي يمكن وضعهما لنشغل

الحاسوب الذي يحتاج لتشغيله إلي طاقة كافية، ويمكن بواسطة في حقيبة

،وات 73طاقة بقوة اللوحين الشمسيين توليد

مد الحاسوب عليقادر بواسطة هذا النظام الذي يعمل بالطاقة الشمسية

لتشغيله، كما يمكن نقل الحاسوب مع اللوحين بكل يسر مبالتيار الالز

الحاسوب في أي مكان استخداموسهولة بواسطة حقيبة السفر، وكذلك

الحاسوب في المناطق النائية أو في استخداموكذلك أثناء رحالت التنزه،

.أي بقعة من العالم

58

: للحدائق المصباح الشمسي

في الحدائق العامة أو استخدامهالمصباح الشمسي المخصص

األشعة استقطابالخاصة مجهز بثالث شرائح شمسية قادرة علي

طاقة كهربائية، تم تقوم بتحويلها إلي اتجاهاتالشمسية من ثالث

ويعمل بطريقة ذاتية ساعات 13وهذا المصباح قادرة علي العمل لمدة

ويغلقها أي يفصل الدائرة الكهربائية أثناء النهار فترة تجميع الطاقة

.الطاقة كي يضئ المصباح استخدامأثناء الليل فترة

:خصائص فنية 3عدد الخاليا الشمسية المستخدمة في المصباح

وات 4,8 القوة

مبكرون في الساعة 1333القدرة

ساعات 13 ءةاإلضا مده

سنتيمتر .19.19.19 بعاد المصباحأ

إشارات المرور للشوارع :

الشمسية في األماكن العامة، مثل تشغيل إشارات المرور الضوئية ت استخدام الطاقةنسوق هنا مثال علي مجاال

داخل المدن الكهربائية الالزمة، كما يمكن استخدامها في مجال إنارة الشوارع والطرقات العامة وإمدادها بالطاقة

ستشعارية للضوء، عندما يظهر خلية ا وخارجها، حيث يعتمد كل عامود إنارة علي لوح الخاليا المثبت فوقه، وهناك

ومن جديد عندما يحل الظالم، تقوم الخلية بطريقة ذاتية، ضوء النهار تقوم بفصل التيار عن مصباح اإلنارة

الكهرباء الدائرة الكهربائية ذاتيا، ويستمد عامود اإلنارة الطاقة من البطارية التي تم تخزين االستشعارية للضوء بغلق

الكهرباء محليا وباقي األجزاء، وتقوم الشركة ليل التكلفة يمكن للشركات المحلية تصنيع عامود، ولتقخالل النهار

فولت إلي 12، وبطارية تخزين الطاقة، مع محول الطاقة من االستشعاريةالخلية اإليطالية بتوريد الخاليا الشمسية مع

بسعر األنواع ستالية وتعتبر من أجوديسية الكرمع المصباح الفسفوري، باإلضافة إلي لوح الخاليا الشم فولت 223

محليا، وتنفيذ تركيب هذه الخاليا مع يورو، وهناك تخفيض للكميات الكبيرة، يمكن عمل عامود الكهرباء 1533

تخزين البطارية والمحول عند قاعدة العمود حسب المواصفات التي شركات المقاوالت العربية، وذلك بإعداد مكان

تركيب اإلنارة الشمسية وطرق صيانتها، علما بأن الضمان التي تعطيها ىتدريب طواقم عل ركة، ويمكنتوردها الش

سنة بدون أي صيانة، 30 سنة، واللوح الشمسي قادر علي العمل لمدة 25الشركة اإليطالية علي جميع المعدات هي

.أي إنارة دائمة ليال وتخزين كامل صباحا

59

الكراجات : أسطح

هذه المساحة استغاللكبيرة في حالة المساحة التي يشغلها موقف السيارات، يمكن توليد طاقة ستغاللال

13مصدر للطاقة النظيفة والدائمة، علما بأن كل بطريقة جيدة، بحيث تكون غطاء وظل للسيارات وكذلك

فة المساحة اإلجمالية سنة، يجب معر 25الخاليا عليها ضمان لمدة كيلووات، 1متر مربع يمكن توليد

. مفتاح باليد لعمل مشروع متكامل

60