الطاقة الشمسية واستخدمها في تحلية المياة

تسربات المياه

نقص المياه مشكلة تؤرق العالم والبديل سيكون تحلية المياه بطاقة الشمسية الطاقة الشمسية هي الضوء والحرارة المنبعثان من الشمس اللذان قام الإنسان بتسخيرهما لمصلحته منذ العصور القديمة باستخدام مجموعة من وسائل التكنولوجيا التي تتطور باستمرار. وتضم تقنيات تسخير الطاقة الشمسية استخدام الطاقة الحرارية للشمس سواء للتسخين المباشر أو ضمن عملية تحويل ميكانيكي لحركة أو لطاقة كهربائية، أو لتوليد الكهرباء عبر الظواهر الكهروضوئية باستخدام ألواح الخلايا الضوئية الجهدية بالإضافة إلى التصميمات المعمارية التي تعتمد على استغلال الطاقة الشمسية، وهي تقنيات تستطيع المساهمة بشكل بارز في حل بعض من أكثر مشاكل العالم إلحاحا اليوم.

تُعزى معظم مصادر الطاقة المتجددة المتوافرة على سطح الأرض إلى الإشعاعات الشمسية بالإضافة إلى مصادر الطاقة الثانوية، مثل طاقة الرياح وطاقة الأمواج والطاقة الكهرومائية والكتلة الحيوية.. من الأهمية هنا أن نذكر أنه لم يتم استخدام سوى جزء صغير من الطاقة الشمسية المتوافرة في حياتنا. يتم توليد طاقة كهربية من الطاقة الشمسية بواسطة محركات حرارية أو محولات فولتوضوئية.وبمجرد أن يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربية، فإن براعة الإنسان هي فقط التي تقوم بالتحكم في استخداماتها.ومن التطبيقات التي تتم باستخدام الطاقة الشمسية نظم التسخين والتبريد خلال التصميمات المعمارية التي تعتمد على استغلال الطاقة الشمسية، والماء الصالح للشرب خلال التقطير والتطهير، واستغلال ضوء النهار، الماء الساخن، الطهو بالطاقة الشمسية، ودرجات الحرارة المرتفعة في أغراض صناعية.

معالجة الماءالتقطير باستخدام الطاقة الشمسية:تعتمد هذه الطريقة على الاستفادة من الطاقة الشمسية في تسخين المياه المالحة حتى درجة التبخر ثم يتم تكثيفها على أسطح باردة وتجمع في مواسير.

تطبيق تكنولوجيا تطهير الماء بالطاقة الشمسية ,يُستخدم التقطير الشمسي لجعل الماء المالح والماء متوسط الملوحة صالحًا للشرب. وأول من استخدم هذا الأسلوب علماء الكيمياء العرب في القرن السادس عشر هذا وقد تم تأسيس أول مشروع تقطير شمسي ضخم في عام 1872 في مدينة “لاس ساليناس” التشيلية المتخصصة في التعدين. ويستطيع المصنع، الذي تبلغ مساحة منطقة تجميع الطاقة الشمسية الموجودة به 4.700 متر مربع، إنتاج ما يصل إلى 22.700 ليتر من الماء النقي يوميًا لمدة 40 عامًا. ومن أنواع التصميمات الفردية لأجهزة التقطير الشمسي الأجهزة ذات السطح المنحدر المفرد والمزدوج (التي تشبه الصوبة الزجاجية) والأجهزة الرأسية والمخروطية وذات الألواح الماصة العكسية ومتعددة التأثير. ومن الممكن أن تعمل هذه الأجهزة في وضع نشط أوغير نشط أو مختلط. وتُعد أجهزة التقطير ذات السطح المنحدر المزدوج الأقل تكلفة ويمكن استخدامها في الأغراض المنزلية، بينما تُستخدم الأجهزة متعددة التأثير في التطبيقات واسعة النطاق.

تعتمد عملية تطهير الماء باستخدام الطاقة الشمسية على تعريض زجاجات بلاستيكية من تيرفثالات البولي إيثيلين مملوءة بالماء الجاري تطهيره لضوء الشمس لعدة ساعات. وتختلف مدة تعريضها للشمس حسب حالة الجو، وتتراوح من 6 ساعات كحد أدنى إلى يومين في أسوأ الظروف الجوية.وتنصح منظمة الصحة العالمية بالقيام بعملية تطهير الماء باستخدام الطاقة الشمسية كأسلوب بسيط لمعالجة الماء في المنازل والتخزين الآمن لها. ومن الجدير بالذكر أن أكثر من مليوني شخص في البلاد النامية يستخدمون عملية تطهير الماء باستخدام الطاقة الشمسية لمعالجة ماء الشرب العادية المستخدمة يوميًا.

يمكن استخدام الطاقة الشمسية والاستفادة منها في العديد من المجالات، حيث إن استخدامها والاستفادة منها بالطرق المثلى والوسائل المناسبة قد انتشر كثيرًا في عالم اليوم، فالكثير من الدول – وبخاصة الدول المتقدمة – قد بدأت ومنذ سنوات عديدة في استخدام الطاقة الشمسية وتوظيفها في العديد من المجالات. ولكن ما زال الاهتمام بالطاقة الشمسية واستغلالها دون المستوى المطلوب في الكثير من الدول في العالم، وبخاصة الدول النامية.
والأسباب التي دفعت العالم اليوم إلى الاهتمام بالطاقة الشمسية كثيرة ومنها:

الخوف والقلق من نضوب المصادر التقليدية للطاقة، مثل: النفط، فالنفط هو أهم مصدر من مصادر الطاقة غير المتجددة، وهناك الكثير من الدراسات والأبحاث التي تؤكد على أن النفط سينضب في يومٍ من الأيام.
الطاقة الشمسية نظيفة وصديقة للبيئة، فاستغلالها لا يسبب تلوثًا في البيئة، على عكس المصادر الأخرى للطاقة غير متجددة.
تكاليف استغلال الطاقة الشمسية أقل بكثير من تكاليف استغلال المصادر التقليدية.

ومن أشهر استخدامات الطاقة الشمسية:

استخدامها في تسخين المياه. فقد انتشرت في زماننا هذا الشركات التي تصنع أنظمة تسخين المياه بواسطة الطاقة الشمسية، حيث يتكون السخان الشمسي من عدة ألواح شمسية تقوم بامتصاص الطاقة الشمسية، كما يتكون من خزان وأنابيب وقنوات وعوازل حرارية.
استخدامها في توليد الطاقة الكهربائية. فقد تم الاستفادة من الطاقة الشمسية في توليد الطاقة الكهربائية، حيث تم إنشاء محطات متخصصة في هذا الغرض، وهي منتشرة في الدول المتقدمة.
استخدامها في معالجة المياه وتنقيتها وتحليتها.
استخدامها في التدفئة والتبريد.

طريقة صنع ألواح الطّاقة الشّمسية
ماذا نحتاج لصنع ألواح الطّاقة الشّمسية ؟

هناك بعض المواد التي يجب توفيرها للمباشرة بصنع ألواح الطّاقة الشّمسية ، ألواح سيليكون ذات سطع بلوري كالزجاج و إطار من الألمنيوم و أسلاك توصيل و بطارية سائلة و فولتوميتر ، هذه مواد هي لتحويل الطّاقة الشّمسية إلى طاقة كهربائية و ليس لتسخين الماء .
صناعة ألواح الطّاقة الشّمسية

بداية يتم إحضار ألواح السيليكون ذات اللون الأزرق البلوري حيث تحتوي الواح السيلكون على بلورات مو حبيبات زجاجية من مادة رمل السيليكا و مادة رمل السيلكا رخيصة جدا لكن طريقة تحويلها إلى ألواح سيلكون هي طريقة تحتاج إلى خبرة هندسية و إلكترونية في تحويل الرمل و بلورات السيلكا إلى الواح كيمايئية ، و نذكر إن مبدأ ألواح السيليكا كالفرن أي تحمل على تخزين الطّاقة الشّمسية و يتم تحويلها إلى حرارة و من ثم إلى طاقة كهربائية بعد وضع ألواح السيليكون في إطار الألمنيوم يتم وصل نهايات الخلية بأسلاك نحاسية لأنها توصل الكهرباء المتأينة أو الكهرباء حرة الحركة و بواسطة أسلاك النحاس تجذب الكهرباء المتأينة لأطراف أسلاك النحاس و من ثم تجري الكهرباء بسهولة في سلك النحاس يتم وصل سلكي النحاس بأداة و جهاز الفولتوميتر حيث يقيس التيار الكهربائي المار في الأسلاك و فرق الجهد الكهربائي ما بين أقطاب خلية السيلكون و عند قياس فرق الجهد الكهربائي يتم وصل أسلاك النحاس بالبطارية السائلة حي يعمل على تخزين الطّاقة الكهربائية فيها و بعد ذلك يتم إستخدام الطّاقة الكهربائية حيث نريد أو ربط أسلاك النحاس بالمولد لكهربائي مباشرة حيث يتم توزيع الكهربائي بشكل آلي لتسغيل الماكنة الأداة التي نريدها . نذكر إن ألواح السيلكون تم تركيبها مؤخراً على أعمدة الإنارة حيث تعمل على تخزين الطّاقة الشّمسية و من ثم تحول لطاقة كهربائية تستخدم في إنارة مصباح عامود الطريق .

وقد استخدمت أساليب التقطير الشمسي من قبل البشر منذ آلاف السنين. من البحارة اليونانيين في وقت مبكر لالكيميائيون الفارسي، وقد استخدمت هذه التكنولوجيا الأساسية لإنتاج المياه العذبة والمياه المقطرة الطبية. وكانت اللقطات الشمسية في الواقع الأسلوب الأول يستخدم على نطاق واسع لمعالجة المياه الملوثة وتحويلها إلى شكل الصالحة للشرب. في عام 1870 تم منح أول براءة اختراع أمريكية لجهاز التقطير الشمسي لنورمان يلر والتون ايفانز. وبعد ذلك بعامين في لاس ساليناس، وشيلي، وكارلوس ويلسون، وهو مهندس السويدية، بدأ بناء الطريقة المباشرة الشمسية مصنع التقطير بالطاقة لتزويد المياه العذبة للعاملين في نترات الفضة والألغام. انها تعمل بشكل مستمر لمدة 40 عاما وأنتج ما معدله 22.7 M3 من الماء المقطر يوميا باستخدام النفايات السائلة من عمليات التعدين وتغذية المياه لها

أنواع تحلية المياه بالطاقة الشمسية :

هناك نوعان من الوسائل الأساسية لتحقيق تحلية المياه باستخدام الطاقة الشمسية، من خلال مرحلة تغيير من قبل إدخال الحرارية، أو في مرحلة واحدة خلال الفصل الميكانيكي. مرحلة تغيير (أو متعددة المراحل) ويمكن تحقيق ذلك إما عن طريق التقطير الشمسي المباشر أو غير المباشر. ويتم إنجاز مرحلة واحدة في الغالب عن طريق استخدام الخلايا الضوئية لإنتاج الكهرباء لدفع مضخات بالرغم من أن هناك طرق تجريبية قيد البحث باستخدام جمع الحرارية الشمسية لتوفير هذه الطاقة الميكانيكية

المشاكل :

هناك نوعان من المشاكل المتأصلة التي تواجه تصميم أي مشروع تحلية المياه بالطاقة الشمسية. أولا، يخضع كفاءة النظام بفعل الحرارة العالية ويفضل نقل الجماعي خلال التبخر والتكاثف. السطوح يجب أن تكون مصممة بشكل صحيح ضمن أهداف متناقضة من كفاءة نقل الحرارة والاقتصاد والموثوقية.

ثانيا، حرارة التكثيف هو قيمة لأنها تأخذ كميات كبيرة من الطاقة الشمسية لتتبخر المياه وتوليد المشبعة، الهواء الساخن بخار لادن. هو، بحكم التعريف، ونقل هذه الطاقة إلى سطح مكثف خلال التكثيف. مع معظم أشكال اللقطات الشمسية، يتم إخراج هذه الحرارة من التكثيف من نظام شكل حرارة النفايات. التحدي التي لا تزال قائمة في مجال اليوم، هو تحقيق الفرق في درجة الحرارة المثلى بين بخار لتوليد الطاقة الشمسية ومكثف مياه البحر المبردة وإعادة الاستخدام القصوى من الطاقة من التكثيف، والتقليل من الاستثمار فى الاصول.

حلول : حل واحد لحاجز قدمها مستوى عال من الطاقة الشمسية المطلوبة في جهود تحلية المياه بالطاقة الشمسية هو تقليل الضغط داخل الخزان. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام مضخة فراغ، ويقلل بشكل ملحوظ من كمية الطاقة المطلوبة للتحلية. على سبيل المثال، الماء عند ضغط 0.1 ضغط جوي يغلي عند 50 درجة مئوية بدلا من 100 درجة مئوية