توليد الطاقة الشمسية والإشعاع الشمسي

قدرية الجفري
الطاقة المتجددة هي التي يحصل عليها الإنسان من خلال تيارات الطاقة التي يتكرر وجودها في الطبيعة على نحو تلقائي ودوري وهي عكس الطاقات غير المتجددة الموجودة غالباً في مخزون جامد في الأرض لا يمكن الاستفادة منه إلا بعد تدخل الإنسان لإخراجها منه.
فالطاقات المتجددة موجودة في الطاقة الشمسية التي خلقها الله هي والقمر كآيات دالات على كمال قدرته وعظيم سلطانه حيث جعل الله من شعاع الشمس مصدراً للضياء على الأرض، حيث إن جميع مصادر الطاقة الموجودة على الأرض قد نشأ من الطاقة الشمسية والتي بدورها هي طاقة الاندماج النووي للمواد المكونة لجرم الشمس نفسه وقديما استخدم الطاقة الحرارية للشمس منذ آلاف السنين في المناطق الحارة، إذ استخدمت الطاقة الشمسية في تسخين المياه وفي تجفيف بعض المحاصيل لحفظها من التلف.
أما في عصرنا الحالي فإن الأبحاث والتجارب تقوم على محاولة استقلال طاقة الشمس في إنتاج طاقة كهربائية وفي تدفئة المنازل وإنارتها وتكييف الهواء وصهر المعادن وغيرها من التطبيقات الضرورية.
كما أن طاقة الرياح قد استخدمت منذ أقدم العصور في دفع السفن الشراعية وفي إدارة طواحين الهواء (السواقي) التي استعملت في البلدان لرفع منسوب المياه من الآبار وفي طحن الغلال والحبوب ولعدم ثبات سرعة الرياح وعدم استمرارها فقد تأخر استخدامها كوسيلة رئيسية من وسائل توليد الطاقة الكهربائية.
وتنتج طاقة الرياح بسبب اختلاف درجات تسخين الشمس للجو الناتج عن عدم استواء الأرض إضافة إلى ذلك فإن مورد طاقة الرياح متغير كثيرا سواء من حيث الزمان أو من حيث الموقع.
كما أن الطاقة المائية تعتبر من المحطات المائية لإنتاج الكهرباء التي تساهم في قدر لا بأس به من سد حاجة المواطن إلى الطاقة.
ولقد ازداد الاهتمام الدولي بالمحطات المائية لما لها من أهمية في إنتاج الكهرباء التي أصبحت ركناً أساسياً من حياة الناس، كما أن طاقة الكتلة الإحيائية التي هي من المخلفات العضوية والحيوانية والنباتية والآدمية سواء كانت صلبة أو سائلة فبالإمكان معالجتها باستخدام التخمير البكتيري أو بالاحتراق الحراري أو تحلل الكائنات الحية المجهرية حيث يعطي كل أسلوب منتوجاته الخاصة به مثل الميثان والكحول والبخار والأسمدة الكيميائية السائلة حيث يعد إلا يتانول واحداً من أفضل أنواع الوقوع المستخلصة من الكتلة الحية وتجري التجارب باستمرار لإيجاد وسائل اقتصادية لاستخدام الكتلة الحية في توليد الكهرباء كما تجري تجارب أخرى لاستخدام الخشب في صناعة توليد الكهرباء.
حيث تعتبر الطاقة الشمسية مصدراً لجميع أنواع الطاقة الموجودة على سطح الأرض وحيث تنشأ الطاقة الخارجة من الشمس عن اتحاد كيميائي بين ذرات الهيدروجين مكونة ذرات هليوم والفارق من كتلة ذرات الهيدروجين التي تحدت تتحول إلى طاقة تنتقل في الفراغ حتى تصل إلى الأرض والتي تبعد فيها الأرض عن الشمس بمقدار 890 ، 597 ، 149 كيلو متراً حيث تزيد وتنقص بمقدار 500 كيلو متر بحسب التغيرات أثناء السنة أي أثناء دوران الأرض حول الشمس كما أن درجة حرارة الشمس تتراوح بين أربعة ملايين درجة كلفن في مركز الشمس إلى درجة حرارة ستة آلاف كلفن في الخارجي ونظراً لاختلاف درجة حرارة الشمس من القلب حتى السطح الخارجي فإن الاشعاع الخارجي يختلف في طوله الموجي فيزداد الطول الموجي للإشعاع المنبعث كلما قلت درجة الحرارة ولذلك تمتد ترددات الاشعاع المنبعث من الشمس من الترددات العالية للأشعة السينية وأشعة جاما حتى تصل إلى الترددات المنخفضة ذات الأطوال الكبيرة.
فالثابت الشمسي عندما اجريت القياسات لكمية الطاقة الساقطة خارج الغلاف الجوي في مطلع الثمانينيات حيث وجد أن كمية الطاقة الساقطة 1367 واط/ متر2 على سطح موضوع بشكل متعامد مع خط الاشعاع الشمسي أي يعادل 5 ميجا جول متر2 في الساعة وتمثل هذه القيمة ما يسمى بالثابت الشمسي “” وهذه الكمية في الطاقة يحصل لها امتصاص جزئي حتى تصل إلى سطح الأرض ويعتمد هذا الامتصاص على معامل الشفافية للغلاف الجوي والذي يعتمد بدوره على عوامل كمية بخار الماء الموجود في الهواء ونسبة الغازات في الهواء مثل ثاني أكسيد الكربون والأوزون وأيضا سمك الغلاف الجوي والذي بدوره يعتمد على طبيعة التضاريس أي ارتفاع المنطقة.
كما أن الظروف المناخية والتي تتغير من منطقة إلى أخرى في العالم والتي أيضا تتغير بتغير فصول السنة وأيضا ذرات الغبار والأتربة العالقة في الجو، حيث تتوزع قيمة الثابت الشمسي على الترددات المختلفة من الموجات القصيرة للأشعة فوق البنفسجية مروراً بالأشعة المرئية وانتهاء بالأشعة فوق الحمراء والتي تشكل معظم طاقة الاشعاع حيث، يعمل غاز الأوزون على امتصاص معظم الأشعة ذات الترددات العالية فوق البنفسجية والتي تضر بحياة الكائنات التي تمتص الغازات الأخرى من طاقة الإشعاع الشمسي حيث تصل كمية الطاقة الواصلة عند الظروف المناخية الجيدة إلى ما يقارب 1000 واط متر2 عموديا على السطح الساقطة عليه أي بمعامل شفافية حوالي 72%.
توزيع الطاقة الشمسية في اليمن.. لقد أنعم الله على بلادنا بكمية كبيرة من الطاقة الشمسية حيث تتعدى كمية الطاقة الساقطة على المتر المربع 5  كيلو وات ساعة في اليوم على جميع مناطق اليمن.
وتتغير كمية الطاقة الشمسية الساقطة على المناطق اليمنية وفقاً لعامل التضاريس والمناخي حيث يؤثر الأول على كمية الطاقة الساقطة حيث تكون في المناطق المرتفعة أعلى منها في المناطق المنخفضة لصغر شمالة الغلاف الجوي في المناطق المرتفعة وبالتالي قلة امتصاص الأشعة الشمسية أي أن ارتفاع درجة الحرارة في المناطق الساحلية والصحراوية لا يعني أن كمية الطاقة الساقطة عليها أعلى منها في المناطق الجبلية للهضاب فدرجة الحرارة تتأثر بعوامل أخرى منها كمية البخار في الهواء وخاصة في المناطق الساحلية والانعكاس المنتظم للاشعاع المتاح.
وهناك مجالات عديدة يمكن استغلال الطاقة الشمسية في اليمن منها توليد الكهرباء والتي يمكن استغلالها في امدادات التجمعات السكانية الصغيرة المتفرقة في المناطق الجبلية والنائية وأنظمة الاتصالات في المحطات الجبلية والنائية وضخ المياه وخاصة الآبار ذات الأعماق التي تتراوح حول 50متراً وتكون الطاقة الشمسية مجدية كلما كانت أعماق الآبار صغيرة وتدفق الماء عالياً في الآبار كما يمكن ضخ المياه من أعماق أكبر ولكن بكميات قليلة حتى يكون النظام الشمسي ذا جدوى اقتصادية.
ولتحسين أداء النظم الشمسية الكهربائية يلزم توجيه اللوح الشمسي التوجيه المناسب وتميله ووضعه المثلى والتي تختلف بحسب اليوم من السنة وكذلك خط عرض المنطقة وإلى معادلات تحديد ميلان محور الأرض في وجه الشمس.