
 
جمع و ترتيب : م.محمد البيلى

ــية
لمحـة عـن الطاقــــة الشمســـ :
الشمس هي مصدر الحياة ومصدر الطاقات على الأرض ، فالطاقة الشمسية الواصلة إلى سطح
يسيين
الأرض تتحول إلى شكلين رئ : طاقة كيميائية وطاقة حرارية ، وكل منها يتجلـى بعـدة
مظاهر تؤدي لنشوء عدد من الطاقات .
ئيـة
ميا
فعند سقوط أشعة الشمس على أوراق النباتات تدخر في النبات على شكل طاقـة كي
عضوية وتشكل هيكلاً للنباتات ومصدراً لغذائه ولغذاء الكائنات الحية بشكل عام .
إن تراكم الكميات الكبيرة من هذه الطاقة أما الأثر الحراري للطاقة الشمسية فيتجلى ظـاهراً
عند سقوط الأشعة الشمسية على الغلاف الجوي فيؤدي لتسخينه تسخيناً متفاوتـاً وبالتـالي
لحدوث التيارات الهوائية وبالتالي ظهور طاقة الرياح ، وعندما تتبخر الكميات الهائلة من ميـاه
البحار والمحيطات فهي تشكل مصدر للطاقة المائية على الأرض والتسخين المباشر لسطح البحار
والمحيطات يؤدي لارتفاع درجة حرارة السطح مع المحافظة على درجة الحـرارة منخفـضة في
القاع .
فالطاقة الناتجة من هذه الظاهرة تعرف بالطاقة الحرارية في البحار والمحيطات ، وطاقة المد والجزر
ترتبط مباشرة مع الشمس ولو بشكل ضئيل أي بمدى قرا أو بعدها عن الأرض ، ويعتقـد أن
الطاقة الكامنة الجوفية في سطح الأرض هي طاقة مستمدة من الشمس لأن معظـم النظريـات
مس
الحديثة تؤكد أن الأرض تعود في منشئها إلى الشمس فهي انفصلت عن الش ) الكوكـب
الأم ( وبردت قشرا الخارجية أما أعماقها فما زالت ملتهبة تشع الحرارة إلى كافة الجهات .
شمسية
وسندرس فيما يلي توليد الطاقة باستخدام الخلايا ال :

بدأت صناعة هذه الخلايا في الخمسينات وقد صنعت الخلية الشمسية الأولى مـن الـسليكون
لك
ـذ
ومنذ ذلك الوقت وحتى الآن أدخلت تعديلات عديدة في كيفية صناعة هذه الخلايا وك
توسيع قاعدة المواد التي تصلح لهذه الخلايا .
لية
ولا زالت الأبحاث جارية في هذا المضمار وذلك لتخفيض تكلفة هذه الخلايا التي لا زالت عا
حتى الآن ، ويتم حالياً البحث عن نماذج خلاف الخلايـا الـسيليكونية مثـل : - كـادميوم
سيلينيوم - كبريتيد النحاس - كبريتيد كادميوم
ميز
فهذه الطاقة تت بمواصفات تجعلها الأفضل بدون منازع لجميع أنواع الطاقات الأخرى ، فهي
 -1طاقة هائلة يمكن استغلالها في أي مكان
 -2تشكل مصدراً مجانياً للوقود الذي لا ينضب .
 -3طاقة نظيفة لا تنتج أي نوع من أنواع التلوث البيئي .
 -4محدودية مصادر الطاقة التقليدية .
وربما كان لهدوء الشمس الزائد دور كبير في إهمال الناس لها ونسياا ، إلا أن أزمـة الطاقـة
الحالية والتهديدات المطروحة أمام الحضارة الحديثة في حال نضوب الوقود الأحفـوري أعـاد
الأذهان للتفكير باستغلال الطاقة الشمسية ، حيث نرى أن الأبحاث اليوم جادة لتطـوير هـذا
المصدر الطاقي ووضعه قيد الاستثمار الفعلي على نطاق واسع ، إذ أن العالم الآن بـدأ يـدرك
أهمية هذه الطاقة وإمكاناا الكبيرة في حل أزمة الطاقة المقبلة .
وبما أن الشمس تسطع في سوريا بمعدل  300يوم في السنة فإن معدل الإشعاع الشمسي يقـع
.  ( سنوياK watt ( 700m-2000 بحدود
لما
وطا أننا بصدد دراسة طاقة مصدرها الشمس فلا بد أن نتعرف على اموعة الشمسية الـتي
تتكون من الشمس وتسعة كواكب ومن هؤلاء التسعة كوكبنا الأرض والكواكب لا تـصدر
ضوء بذاا ولكنه انعكاس لما يصلها من أشعة الشمس .
وتدور الكواكب حول الشمس في مدارات مختلفة وبسرعة مختلفة كما تـدور الالكترونـات
فة
حول النواة في مدارات مختل .
يبين الشكل التالي محطة كهروضوئية مؤلفة من عدة خلايا شمسية :
يــة
الـدارة المكافئــة للخليــة الكهروضوئ :
صلة
تعتبر الخلية الكهروضوئية بنيوياً كو  p – nمن السيليكون النصف ناقل . يتوضع سطح
مسية
هذه الوصلة بشكل متعامد مع اتجاه الأشعة الش . يؤدي امتصاص هذه الأشعة إلى ظهـور
أو توليد حوامل حرة داخل نصف الناقل ) إلكترونات وثقوب ( ، تنفصل هذه الحوامل فراغياً
صلة
تحت تأثير الحقل الكهربائي لو . p – n
طقة
الإلكترونات تتجمع في من  nوالثقوب في المنطقة  ، pونتيجة لذلك تظهر بين المنطقتين p
و  nقوة محركة كهروضوئية تستمر طالما تحدث عملية توليد الحوامل الحرة أي طالمـا تتلقـى
عة
الخلية الكهروضوئية الضوء ، وهي تعمل كمولد للطاقة الكهربائية عنـد تعرضـها للأشـ
مسية
الش .
ية
تجميع الخلايا الكهروضوئ :
من أجل الحصول على أنظمة عملية للطاقة الكهروضوئية لا بد من تجميع عدد معين من الخلايا
بغية الحصول على توتر عالي وتيار كهربائي معين يمكن من خلالهما الحصول علـى اسـتطاعة
كهربائية لحمل معين .
مسية
تطبيقات الخلايا الش :
 -1تأمين الطاقة الكهربائية لقوارب الملاحة واليخوت البحرية .  -2تغذي بعض الاحتياجات
المترلية كمضخة الماء والنيون والتلفزيون ....  -3الإمداد بالقدرة لإنارة المنازل .  -4إضـاءة
بحر
الأرصفة على سواحل الميناء والمنشآت البحرية على الشاطىء وداخل ال .  -5في عمليـة
ـها
التكييف والتدفئة باستخدام مباشر لهذه الخلايا من الطاقة الحرارية المطـرودة من .  -6في
الاتصالات ) الراديو ومستقبلات الراديو ( .  -7تشغيل طلمبات الري وماء الـشرب . -8
علامات الطرق السريعة والسكك الحديدية في الطرق الصحراوية ، وغيرها من الاستخدامات
الأخرى . وفيما يلي صور توضح مسطحات الخلايا الشمسية :

وقد تم مؤخراً صنع خلايا شمسية بقاعدة متحركة تدعى التابعات الشمسية ، حيث أنه خـلال
فترة النهار تمر الشمس عبر الخلايا الشمسية في مسار شبه دائري متجهة من الشرق إلى الغرب
عبر الأفق ، لذلك فإن الزاوية بين الشمس والخلايا تختلف بشكل كبير علماً أن أفضل زاويـة
موجودة هي عندما تسقط أشعة الشمس عمودية على الخلايا .
وبناءً على ذلك فإن أفضل النتائج هي حين تكون الأشعة الشمسية عمودية على سطح الخلايا
طيلة اليوم .
مس
تابعات الش :
تتبع الشمس طول فترة النهار لضمان زاوية عمودية بين أشعة الشمس والخلايا الفوتونية. تبدأ
التابعات بالعمل مع شروق الشمس وتدور باتجاه الشمس وتلحق ا مع تأخير زمني محدد ، أما
يد
في الليل فإا تتوقف عن الحركة بانتظار شروق الشمس من جد .

استخدام الخلايا الشمسية في مجال الفضاء :
استخدمت الخلايا الكهروضوئية في مجال الفضاء منذ فترة طويلة وذلك في )  ( 17آذار عـام
 1958حين أطلق ) القمر الصناعي  ( van gard 1وكان علـى سـطحه )  ( 6خلايـا
كهروضوئية ، ولقد أثبتت الخلايا فعاليتها في هذا اال فهي ما زالت تعمـل علـى إرسـال
الإشارات دون توقف في حين أن البطاريات الأخرى توقفت عن العمل بعد فترة وجيزة مـن
انطلاق السفينة ، ومنذ ذلك الحين والخلايا الكهروضوئية ) الشمسية ( تستعمل علـى نطـاق
واسع في مجال الفضاء حيث ساعد استعمالها على زيادة طول الرحلات الفضائية ، فلقد أثبتت
يـة
قدرا على تأمين التغذية الكهربائية بشكل مستمر ودائم لرحلات السفن الفضائية وبوثوق
عالية ومردود عالٍ نسبياً .
استخدام المنظومات الكهروضوئية للربط مع الشبكات الكهربائية :
تم تشييد عدد من المنظومات الكبيرة السعة في عدد من دول العالم .
نجد في أوربا إحدى أكبر المحطات التي نصبت ، وكان ذلك في عام  1988من قبل أكبر شركة
توزيع كهربائية ألمانية ) (RWFبالقرب من مدينة كويلتر على إحدى التلال القريبة من ـر
طة
موسيلي ، وبلغت سعة المح  340كيلو واط وبطاقة سنوية مقدارها  250000كيلو واط /
ساعة ، وخضعت المحطة لمراقبة مستمرة وتم تقييم أدائها ، وعلى ضوء ذلك تم تصميم الجـزء
لــغ
با
الثاني من المشروع ال  300كيلــو واط علــى ضفــاف بحيــرة تيـورات
وبدأ في العمل عام . 1991
كة
كما شاركت شر ) (RWFأيضاً في تشييد محطة بقدرة  1ميغاوات بالقرب من طليطلة في
إسبانيا . وفـي سويســرا تــم إنشـاء محطة بقدرة  500كيلوواط ربطت بالشبكة.

طة
وبلغت تكاليف المح  3.8مليون جنيه ، وتتكون من  110مجموعات من الألواح الشمـسية
ها
الأحادية البلورية ، سعة كل من  5كيلو واط وبمساحة  4574متراً مربعاً من الخلايـا لكـل
محطة
مجموعة، وتبلغ الطاقة السنوية لل  700ميغاوات / ساعة ومن البلـدان الأخـرى الـتي
ـد
اهتمت باستغلال الخلايا الكهروفولطائية في إنتاج الكهرباء إيطاليا ، فقد تم نصب محطة بق رة
 300كيلوواط بالقرب من مدينة فوجيا في جنوب إيطاليا ، وقد تم توسـيع المحطـة إلى 600
كيلوواط عام . 1991
عة
كما تم بناء محطة أخرى أكبر بس  3.3ميغاواط بالقرب من مدينة نابولي الإيطالية أيضاً .
ـه
وفي الولايات المتحدة تم نصب عدد كبير من المحطات ذات السعة العاليـة من ا منظومتـان
رائدتان نصبتا في كاليفورنيا في بداية الثمانينات سعة الأولى  1ميغاواط والثانية  6.5ميغاواط ،
وقد استخدمت كلا المحطتين منظومة تعقيب على محورين لتركيز الطاقة على الخلايـا يعـادل
ضعف شدة الإشعاع ، ونتيجة لدرجة الحرارة العالية على الخلايا فقد تناقصت كفـاءة قـسم
ية
منها ، وقد تم تفكيك المحطتين وبيعت أجزاؤها للاستخدام في منظومات صغيرة لمناطق نائ .
سعة
وهنالك بعض المحطات الكبيرة الأخرى التي تم نصبها في مناطق متعددة منها محطـة بـ 1
ميغاواط . ونصبت أيضاً محطات عديدة في أنحاء مختلفة من الولايات المتحدة بسعات تتـراوح
بين  200إلى  400كيلوواط كل منها يستخدم تقنية مختلفة من تقنيات الخلايا الكهروضـوئية
. وقد تم تقديم مقترح لبناء محطة بسعة  100ميغاواط تنصب في صحراء نيفـادا وتـستخدم
ئي
المحطة خلايا شمسية من نوع السليكون العشوا .
وقد تم تقدير كلفة المحطة بـ  150مليون دولار ، ويمكنها أن تنتج طاقة كهربائية بكلفة 5.5
سنت لكل كيلووات / ساعة .