الموقف اليسارى: الطاقة الشمسية

الطاقة الشمسية

كل صور الطاقة التي نعرفها لها مصدر واحد و هو شمسنا . فرغم روعة الكوكب الأرضي إلا أنه خامل بينما الشمس علي العكس متفجرة بالحيوية و لولاها لما كانت هناك حياة علي الأرض. الشمس كتله هائلة من الغازات تعمل كمفاعل نووي اندماجي رهيب و تخسر من كتلتها ملايين الأطنان يوميا كي ترسل لنا هبة الطاقة و الحياة فالشمس هي المضحي الأعظم.

و كمية الطاقة التي تقدمها لنا الشمس كمية هائلة تعادل 23000تيرا وات سنويا . كي تدرك حجم هذه الطاقة فأن كل إنتاج العالم من الطاقة يعادل فقط 16تيرا وات في السنة. و لو جمعنا كل الفحم و البترول و الغاز و اليورانيوم المتوفرين في الأرض و حرقناهم دفعه واحدة فسوف نحصل علي طاقة تعادل الطاقة التي تقدمها لنا الشمس بسخاء في 20يوما فقط .و لكي تتصور الأمر أكثر نسأل ما هي الطاقة التي تحرك مليارات الأطنان من الماء في المحيطات ؟ و أخري في الهواء و تنبت الغابات الشاسعة هذا بعض من أفعال تلك الطاقة الجبارة التي نتلقاها من الشمس

لكننا حينما نتحدث عن الطاقة الشمسية نتحدث عن توظيف هذه الطاقة أو تحويلها لصور يمكننا استخدامها و خاصة الكهرباء.و تحويل طاقة الشمس إلي طاقة كهربائية عملية معقدة . لنري أولا كيف تنتج الكهرباء

كيفية أنتاج الكهرباء

تنتج معظم الكهرباء بطريقة واحدة عن طريق المولد الكهربائي و هو عبارة عن جزأين يدور الجزء الأول داخل الثاني فتتحول هذه الحركة الميكانيكية لكهرباء حسب علاقة مكتشفه من أواسط القرن 19 تقريبا إذا قطع موصل خطوط القوي المغناطيسية تولدت فيه طاقة كهربائية عمودية علي هذه الخطوط . و سواء لديك محطة نووية أو سد مائي ينتج الكهرباء أو محطة تعمل بالغاز أو غيره فكلهم يشتركون في اعتمادهم علي المولد . و في السد العالي مثلا تهبط المياه مندفعه بقوة فتحرك توربينات ضخمة تدير المولدات . و في المحطات النووية يستخدم الانشطار النووي ليسخن المياه التي تتحول لبخار يدير المولدات أيضا. و بينما إنتاج الكهرباء سهل جدا و المولد كفأته عالية للغاية و كذلك نقل الكهرباء فأن تخزين الكهرباء صعب جدا و البطاريات ليست عملية إلا في كميات محدودة و اليوم يعتبر تطوير البطاريات أحد الأسرار الصناعية المهمة

و الطريقة الثانية التي تستعمل في إنتاج الكهرباء هي التحويل الفوتوني . فبعض المواد تتميز بخاصية أنه حينما يسقط عليها الضوء تطلق إلكترونات . و هذه الإلكترونات هي الكهرباء. فحينما يسقط الضوء علي هذه المواد يشحن الإلكترونات الخارجية فيها فتنطلق خارج مجالها الأصلي.و أهم هذه المواد هي السيليكا . اى الرمال التي تملأ بلدنا في كل مكان من الغريب أن الرمل و العلم هم صناع حضارة المعرفة الحديثة من رقائق الكومبيوتر لأجهزة الاتصالات لألواح الطاقة الشمسية . و نحن لدينا رمال بلا حد لكن علم قليل.

و الطاقة الشمسية يمكن استخدامها بالطريقتين الطريقة الحرارية المعتمدة علي المولد و الطريقة الفوتونية

الطاقة الشمسية الحرارية

استخدام الطاقة الشمسية حراريا يعتمد علي تركيز ضوء الشمس باستخدام مرايا كثيرة و كبيرة المساحة تعكس كلها ضوء الشمس الساقط عليها لنقطة واحدة فترتفع الحرارة جدا في هذه النقطة و قد تصل إلي 1000درجة مئوية حسب مساحة هذه المرايا. و تقوم أجهزة كومبيوتر بتحريك المرايا بصفة دائمة لضمان أستمرار تركيز الضوء الشمسي في النقطة المطلوبة مع تغيير وضع الشمس في الأفق.

وفي حالة إنتاج الكهرباء يتم تركيز الضوء علي غلاية للماء حتي يتحول الماء لبخار يقوم بتشغيل التوربينات و من ثم مولد الكهرباء . و المحطة الوحيدة في مصر من هذا النوع هي محطة الكريمات التي تنتج بشكل مزدوج من الشمس و من الغاز . و قدرتها 140ميجا وات لكن 20منهم فقط يأتي من الشمس . و بالمقارنة فأن المغرب تقوم بإنشاء محطة من هذا النوع قدرتها 500ميجا وات. و تعتبر أسبانيا من الدول الرائدة في هذا المجال و في سنة 2010كان لديها قدرة مجمعة قدرها 3000ميجاوات

و للطاقة الشمسية الحرارية طرقا عديدة للاستفادة منها بما فيها سخانات الماء الشمسية التي انتشرت لحد ما في الثمانينات قبل أن تختفي في ظروف غامضة. و هي سهلة التصنيع مجرد لوح أسود يجري عليه الماء و لان من خواص اللوح الأسود امتصاص حرارة الشمس فتسخن المياه . لكن منذ الثمانينات تم اختراع مكيفات و أجهزة تبريد تعمل بنفس الطريقة . و من أهم التطبيقات تحلية ماء البحر و فيه يتم تركيز ضوء الشمس علي ماء البحر في غلاية فيتحول لبخار هذا البخار يتم تكثيفه ليصبح ماء عذبا . و أهمية هذه الطريقة أننا في أشد الحاجة لها في السواحل البعيدة . و ثمة عديد من التطبيقات المشابهة مثلا الطبخ بالشمس

الطاقة الشمسية الفوتونية

و هي ما يتبادر للأذهان غالبا عند التحدث عن الطاقة الشمسية . و هي عبارة عن ألواح من الخلايا الشمسية التي تقوم بتحويل الطاقة الشمسية لطاقة كهربائية مباشرة. فضوء الشمس يحفز أشباه الموصلات (التي يكون علي غلافها الخارجي الإلكتروني الخارجي 4إلكترونات ) – السيكيا – علي إطلاق إلكترونات تتجمع كي تصبح سيال كهربائي من نوع DCو يمكن بها شحن البطارية و تحويلها لنوع ACو هو الذي نستخدمه في المنزل و قد حدث تطور هائل في هذه الألواح منذ السبعينات فذادت كفاءتها علي تحويل الضوء من 5%إلي 20%و انخفضت تكلفتها كثيرا جدا . و أصبحت تنتج علي نطاق واسع جدا و ظهرت منها أنواع مثل القماش يمكن مدها علي أي سطح .كما ظهرت أنواع متعددة من الخلايا الشمسية منها ما يعتمد علي مواد عضوية تماثل ما تقوم به مادة الكلوروفيل في ورقة الشجر . و الصين تنتج وحدها نصف أنتاح العالم من هذه الألواح و هي تقدر ب 3600ميجا وات (أي كمية الكهرباء التي تنتجها) .و تصدر الصين كل هذا الإنتاج تقريبا . كما تنتج ألمانيا و أسبانيا أيضا هذه الألواح .

أما عن أقتصاديات الألواح الشمسية فهي متباينة طبعا . اللوح الشمسي الذي ينتج 250وات يتكلف 300دولار أي تتكلف الألواح القادرة علي إنتاج كيلو من الكهرباء 1200دولار (و هذه أسعار تقديرية تماما حسب السوق بالطبع) لذلك يمكن تقدير أن منزل عصري احتياجاته 5كيلو وات يتكلف 5الأف – 6الأف دولار أو 40ألف - 50ألف جنية و هذا رقم كبير فلا يمكن أنتشار هذه الألواح دون تمويل بنكي و دون أن يتم السماح بتصدير الطاقة الناتجة التي لا يستخدمها المنزل للشبكة العامة . لكن يلاحظ أن أسعار الألواح الشمسية تنخفض بسرعة كبيرة جدا و هي الآن عشر ما كانت عليه في أول القرن. و بعد إنتاج الكهرباء من الألواح يتم تخزينها في بطاريات و تحويلها إلي تيار متردد ACللاستعمال المنزلي.

تبقي المشكلة الكبري و هي أن الشمس لا تسطع إلا ساعات محدودة في اليوم . لذا فأن المنزل المعتمد علي الألواح الشمسية يجب أن يكون متصلا بالشبكة العامة كي ينقل أليها في النهار ما ينتجه – مما يلبي احتياجات المصانع و غيرها – بينما يسحب من الشبكة ليلا حينما تغيب الشمس .

هل الطاقة الشمسية اقتصادية؟

التهمة الأولي التي توجه للطاقة الشمسية هي أرتفاع أسعار الكهرباء الناتحة عنها . لكن هذه التهمه ملفقة في كثير من الأحيان . فسعر الطاقة مرتبط بشدة بالسوق و توافر المواد الخام و عوامل أخري . كما أن هناك عناصر لا تدخل في الحسبان و هي تؤثر بشدة . مثلا تكاليف علاج المرضي نتيجة التلوث الذي ينتجه الفحم و مثلا تكاليف صيانة البنية التحتية الضرورية لنقل الوقود و تخزينه و التكاليف السياسية لاستيراد الوقود و مزايا تعرض أعداد كبيرة من الناس للتعامل مع التكنولوجيا الخ. مثل هذه العناصر لا تدخل في الحسبان لسبب بسيط هو أن حسابها عسير جدا . لكن حسب الإحصائيات المتوفرة – و بها القصور الفادح الذي أشرت إليه- فأن سعر كيلو الكهرباء الناتج من الطاقة الشمسية بالألواح يعادل ضعف سعر الكيلو الناتج من الفحم في الولايات المتحدة تقريبا. لكن من ناحية أخري فأن الطاقة الشمسية لا تنتج أي تلوث كما أنها يمكن أن تكون مصدرا مستقلا للكهرباء و تحلية ماء البحر في المناطق البعيدة بالإضافة لأن سعرها ينخفض سنة بعد أخري . لذا فأن أنتاج الكهرباء يحتاج لعدد من المصادر و أحجام متنوعة و ليس لطريقة واحدة . و حاليا تدعم ألمانيا و أسبانيا أنتاج الكهرباء منزليا من الألواح الشمسية و بلاد أخري كذلك . و هم لا يفعلون ذلك لان لديهم مال لا يعرفون أين ينفقونه لكن لأسباب متنوعة أهمها أنها مصدر نظيف للطاقة و أنها لا تحتاج لاستيراد الوقود من الخارج . لنفس هذه الأسباب نحن في حاجة لنشر استخدام الطاقة الشمسية بصورها المختلفة في مصر.و مصر حاليا تنفق ربع ميزانيتها علي دعم الطاقة فلو أنفق جزء بسيط من هذا المبلغ (110مليار جنية) علي دعم أستخدام الألواح الشمسية لتخلصنا من الاعتماد علي استيراد الطاقة و ساهمنا في الحفاظ علي البيئة و كذلك تخلصنا و لو جزئيا من الاعتماد علي الخارج في بناء مصانع توليد الطاقة.

أهمية الدخول للعصر الشمسي

منذ قرن تقريبا و مصر تستورد محطات توليد الكهرباء و حتي اليوم ما زالت تستوردها من الخارج . و كان من المأمول أن تقوم شركة المراجل البخارية بكسر هذا الاحتكار الأجنبي علي صناعة توليد الكهرباء لكنهم باعوها و خربوها . و اليوم علينا أن ندخل حقل إنتاج الألواح الشمسية – مثلا بخبرة صينية – حتي يمكننا في المستقبل أن نكون مستعدين لتوفير احتياجاتنا من الطاقة . خاصة و أن المادة الخام متوافرة جدا (الرمال) و سطوع الشمس و المساحات الشاسعة من الفراغ التام بل أن حتي المعادن النادرة المطلوبة لصناعة هذه الألواح بكميات قليلة متوافرة في الرمال السوداء عند رشيد. و لا يخفي أن هذه الصناعة عالية التكنولوجيا ستأخذ سنوات كي تنتج و هي بالطبع تحتاج لخبراء . لكن متي تم إنتاج الألواح سيفتح مجال واسع للعمالة من مستويات مختلفة في تركيبها و تركيب المعدات الكهربائية و صيانتها.

أما صناعة توليد الكهرباء من الشمس بالطريق الحراري . فهي تعتمد علي إنتاج المرايا عالية الجودة و غلاية للبخار . و أن كان هناك مسئولين جادين عليهم أن ينقلوا المحطة الموجودة في الكريمات reverse engineeringو لدينا صناعة زجاج يمكن تطويرها للمستوي المطلوب أهم شيء هنا هو حاجتنا – و هي حاجة مزمنه – لما يسمي architecture engineeringو المقصود بها شركة تقوم ببناء المصانع المختلفة باستخدام الخبرات المتوفرة في الصناعة و تقوم بحل المشاكل الفنية بالاستعانة بالجامعات و مراكز الأبحاث . و جزء مهم من تكلفه أي صناعة يذهب لمثل هذه الشركات التي يمكن تسميتها شركات المشروعات الهندسية. و كي تتم الدورة فيجب أيضا أن ندخل صناعة خلايا الهيدروجين أو خلايا الوقود و هي وسيلة مناسبة لتخزين الطاقة بكميات متوسطة و سنتناولها في مقال مستقل.

مقارنة مصادر الطاقة المختلفة