البرك الشمسية مصدر للطاقة المتجددة
- إن الطاقة الشمسية هى الضوء والحرارة المنبعثان من الشمس فعن طريق استخدام مجموعة من وسائل التكنولوجيا المتطورة باستمرار وتضم تكنولوجيات تسخير الطاقة الشمسية استخدام الطاقة الحرارية للشمس سواء للتسخين المباشر أو ضمن عملية تحويل ميكانيكى لحركة أو لطاقة كهربائية أو لتوليد الكهرباء عبر الظواهر الكهروضوئية باستخدام ألواح الخلايا الضوئية الجهدية ( الخلايا الشمسية / Solar cells ) حيث يستقبل كوكب الأرض ( Earth ) ( 174 بيتا واط = 10 واط ) من الإشعاعات الشمسية القادمة للأرض بالإشعاع الشمسى عند طبقة الغلاف الجىوى وينعكس عندها ما يقرب من
( 30 % ) من الإشعاعات عائدة للفضاء بينما يتم امتصاص
النسبة الباقية بواسطة السحب والمحيطات والكتل الأرضية ( القارات ) وينتشر معظم
طيف الضوء الشمسى الموجود على سطح الأرض عبر المدى المرئى وبالقرب من مدى الأشعة
تحت الحمراء وإلى انتشار جزء صغير منه بالقرب من مدى الأشعة فوق البنفسجية وتمتص
مسطحات اليابسة والمحيطات والغلاف الجوى الإشعاعات الشمسية مما يؤدى لارتفاع درجة
حرارتها .
إن الطاقة الضوئية من ضوء الشمس التى يتلقاها سطح الأرض
سنويا تعادل ( 10 أمثال )
الطاقة الكامنة فى كل المخزون على الأرض من الفحم
والبترول والغاز الطبيعى واليورانيوم كما تعادل الطاقة ( 15000 مرة ) الطاقة المستهلكة
من قبل الناس سنويا فى العالم وإن الناس ما زالوا يحرقون الحطب والأشكال الأخرى من
الكتلة الحيوية ويعد إحدى طرق الاستغلال غير المباشر للطاقة الشمسية فإن الشمس تمد
الأرض بالطاقة الكهرومائية وطاقة الرياح والوقود الاحفورى فالشمس تمد الأرض بجميع
أشكال الطاقة ما عدا الطاقة النووية وطاقة الحرارة الجوفية من باطن الأرض فى
البحار والمحيطات ويعتمد النمو الاقتصادى للدول على استخدام الطاقة ومن المتوقع
زيادة الطلب العالمى على الوقود بنسبة ( 30 % ) وعلى الكهرباء بنسبة
( 265 % ) بحلول عام ( 2025 ) فلا بد من توفير مصادر
جديدة للطاقة حتى مع ازدياد الكفاءة فى الاستخدام والصيانة فيمكن للطاقة الشمسية
توفير نحو ( 60 % ) من الطاقة الكهربية وبما يصل فى قيمته ( 40 % ) من مصادر
الوقود الأخرى .
والبركة الشمسية يعمل سطحها على امتصاص طاقة حرارة الشمس
الساقطة عليها وتخزينها كطاقة حرارية بنظام معين ويوجد نوعان من البرك الشمسية :
1 ) يعتمد على تركيز الأملاح بالبركة ويختزن الطاقة
الحرارية عن طريق إعاقة تيارات الحمل
وينقسم لنوعين :
1 ) البرك المتدرجة الملوحة ( تدرج درجة تركيز الأملاح )
.
2 ) البرك الغشائية حيث يوضع عدد من الأغشية الرقيقة
بمواصفات معينة على أعماق مختلفة بالبركة لمنع تيارات الحمل من توزيع الحرارة بكل
المكون المائى للبركة لإعاقة فقد الحرارة بعد اكتسابها من طاقة الشمس الحرارية .
2 ) يختزن الطاقة الحرارية عن طريق عملية البخر .
إن البركة الشمسية المتدرجة الملوحة تم اكتشافه كظاهرة
طبيعية ثم تمت محاكاته وتصميمه صناعيا للاستفادة من الحرارة المختزنة فى توليد
الكهرباء خاصة فى الصناعات الغذائية أو فى تحلية مياه البحر وقد تم اكتشاف وجود
بركة ملحية عمقها ( 16 قدم ) ( 409 م ) شرق شبه جزيرة سيناء قرب شاطىء خليج العقبة
وقد تكونت مياهها بالتسرب من خلال حاجز حصوى حجرى طبيعى يفصلها عن مياه خليج
العقبة حيث تركزت الأملاح فيها بالبخر حيث يفوق معدل البخر معدل التسرب بقليل
لوجود البركة فى مناخ شبه قارى تسطع الشمس فيه معظم أيام السنة وأن درجة حرارة
الماء بسطح البركة ( 20 درجة مئوية ) وأن درجة تركيز الأملاح بمياه السطح ( 80 جزء
فى المليون ) = ضعف درجة تركيز الأملاح فى المحيطات وأن منطقة الطبقة السطحية التى
يصل عمقها إلى ( 1 م ) من سطح البركة تفقد حرارتها تدريجيا مساء وغروب الشمس إلى
أن تتساوى حرارتها مع درجة حرارة الصحراء البارد المحيط بالبركة ليلا والمنطقة
التى نقلت حرارة الشمس نهارا للمنطقة التى تحتها فى قاع البحيرة لا تنتقل إليها
حرارة الطبقة التى فوقها حتى مع انخفاض حرارة الجو ليلا بسبب تركيز الأملاح العالى
بها والذى يؤدى لزيادة كثافتها يجعلها تختزن الحرارة المكتسبة ولا تفقدها سواء عن
طريق التوصيل أو بتيارات الحمل للطبقة السطحية العلوية وأن درجة حرارة الطبقة
السفلية التى تبدأ من قاع البركة
( 60 درجة مئوية ) نهارا وليلا ودرجة تركيز الأملاح (
180 جزء فى المليون ) والطبقة السفلية لها القدرة على تخزين الحرارة والاحتفاظ بها
ليلا ونهارا وصيفا وشتاء وأن الطبقة العلوية تعمل كموصل لحرارة الشمس نهارا وكعازل
ليلا كما تعمل على تغذيتها بالأملاح الهابطة منها بفعل الجاذبية وخاصة مع زيادة
تركيز الأملاح بها بالبخر .
إن الفكرة الأساسية للبركة الشمسية تعتمد على أنها بركة
مبطنة الجوانب والقاع بمادة قاتمة اللون تتميز بالقدرة على امتصاص أكبر قدر من
حرارة الشمس فهى تعمل على عزل ماء البركة لمنع تسربه للمياه الجوفية ثم يتم ملؤها
بمحلول ملحى تقل درجة تركيز أملاحه تدريجيا من قاع البركة لسطحها بحيث يمكن تقسيم
الجسم المائى بالبركة بسبب تدرج درجة تركيز الأملاح إلى
( 3 طبقات ) فتكون منطقة الطبقة السطحية الأقل سمكا
والأقل ملوحة وتعمل بكفاءة على امتصاص حرارة الشمس ونقلها لمنطقة الطبقة الوسطى
الأكبر سمكا من الطبقة العلوية والسفلية وتخلو من تيارات الحمل وتزداد فيها درجة
تركيز الأملاح ودرجة الحرارة مع زيادة العمق وتعمل على نقل معظم حرارة الشمس
للطبقة السفلية بالتوصيل الحرارى حتى تصل درجة الحرارة إلى ( 95 درجة مئوية )
فتحتفظ بها لكثافتها العالية والطبقة السفلية الأكثر تركيزا فى الأملاح والأعلى
كثافة ولتحويل الطاقة الحرارية لطاقة كهربية يتم سحب المحلول الساخن منها وضخه
لمبادل حرارى موضوع داخل غلاية البخار ويوجد بها سائل عضوى سريع الغليان والبخر
عند درجة ( 50 : 60 درجة مئوية ) فيتحول السائل للحالة الغازية منتجا ضغطا عاليا
داخل الغلاية يعمل على إدارة توربينية متصلة بالمولد الذى يولد القدرة الكهربية
ويتم سحب المياه الباردة من سطح البركة فى دورة مغلقة مع مكثف ليعمل على تكثيف
بخار السائل العضوى فى دورة مغلقة مع غلاية البخار كما أن المحلول الملحى الساخن
المسحوب من الطبقة السفلية بالبركة يتم ضخه فى المبادل الحرارى حيث يعود فى دورة
مغلقة إلى نفس الطبقة بالبركة أى أنه لا يحدث أى فقد لأى مادة مستعملة بنظام
البركة الشمسية التى تستخدم طاقتها الحرارية فى توليد الكهرباء وإن دورة توليد
الكهرباء فى النظام بدورة ( رانكين العضوية ) تمييزا لها عن دورة ( رانكين
التقليدية ) بمحطات توليد الكهرباء البخارية والمستخدم فيها طاقة الوقود الحفرى
الحرارية لتحويل الماء لبخار بضغط عال لإدارة التوربينات المتصلة بمولدات الكهرباء
ويمكن عمليا بالتكنولوجيا الحديثة تنفيذ محطات لتوليد الكهرباء بحرارة البرك
الشمسية بقدرة تصل حتى ( 10 ميجاواط ) بدورة ( رانكين العضوية ) وتتميز البرك
الشمسية كمصدر للطاقة المتجددة عن باقى تكنولوجيات الطاقة الشمسية بقدرتها الذاتية
الطبيعية على تخزين الطاقة الحرارية ليلا ونهارا وصيفا وشتاء لكنها تحتاج لإنشائها
لعدد من الأسابيع يتوقف على مساحة وطبيعة موقعها الجغرافى لكى تصل درجة الحرارة فى
منطقة الطبقة السفلية القريبة من القاع لحالة الاتزان والثبات الحرارى ولكى تستمر
البركة الشمسية فى العمل بأعلى كفاءة على مدار السنة ليلا ونهارا يجب ألا يتعدى متوسط
سحب المحلول الملحى المركز الساخن منها قدرا معينا يكفى لتوليد قدرة كهربية حتى (
570 ك واط ) ولا يعنى ذلك صعوبة إمكان إنتاج قدرات كهربية أعلى ولكن سوف يتم
التشغيل فى هذه الحالة ساعات قليلة يوميا لكى تعطى وقتا كافيا فى ساعات النهار لكى
تتمكن الطبقة السفلية بالبركة الشمسية من استرجاع ما فقدته من حرارة وتستعيد
اتزانها الحرارى .
ويمكن للبرك الشمسية أن تحلى مياه البحر بتكنولوجيا (
التناضح العكسى ) وأن قدرة المحطة التى تعمل بطاقة البركة الحرارية ( 24 ك واط )
وإن البرك الشمسية كمصدر من مصادر الطاقة أقل فى التكلفة الاستثمارية من باقى
تكنولوجيات الطاقة الشمسية سواء كانت حرارية أو كهروضوئية حيث تتراوح التكلفة
الاستثمارية ل ( 1 ك واط ) المنتج بتكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية مبلغ ضخم من
الدولارات وأن البرك الشمسية تتميز بأنها تعمل فى غياب الشمس ليلا وتعمل صيفا
وشتاء بكفاءة منتظمة وإن غطى سطحها طبقة رقيقة من الجليد حيث يمتلك نظام البركة
الشمسية قدرة ذاتية على الاحتفاظ بكمية الحرارة المختزنة ثابتة ولفترات طويلة بالمقارنة
بطاقة الرياح وإن الكهرباء المولدة بنظام البرك الشمسية تتميز باستقرار الجهد
والتردد على عكس الكهرباء المتولدة بنظام تكنولوجيا طاقة الرياح والتى يعيبها عدم
استقرار الجهد والتردد ولعلاج المشكلة يلزم وجود عدد كبير من البطاريات أو من
المكثفات فائقة السعة لتخزين طاقة كهربية مناسبة لتغذية شبكة الجهد فى حالة سكون
الرياح أو انخفاض سرعتها أو تغيير اتجاهها مما يؤدى لخفض درجة الاعتماد على طاقة
الرياح ويرفع من درجة الاعتماد على نظام البرك الشمسية كمصدر من مصادر الطاقة وإن
استخدام نظام البرك الشمسية كمصدر من مصادر الطاقة فإذا تم ربط القدرة الكهربية
المنتجة فى نظام متكامل مع وحدة لتحلية مياه البحر لكى يتم الاستفادة من الأملاح
الناتجة كنفايات من وحدة التحلية لتغذية البرك الشمسية ويمكن أن تعطى البرك
الشمسية طاقة كهربية وحرارية يمكن استخدامها فى الملاحات الشمسية فى معالجة ملح
كلورويد الصوديوم وتجفيفه كما يمكن ربط القدرة الكهربية المولدة بنظام البرك
الشمسية بشبكة الجهد القومية . د / محمد
عبد الرحمن سلامة تنقيح / أسامة ممدوح
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق