الطاقة الشمسية مستقبل الطيران

كتبت: ندي عماد

يبدو الحديث عن فكرة تسيير الطائرات اعتمادا على الطاقة الشمسية مجرد خيال علمي ولحظه تفاؤل تجاه مستقبل الطاقة البديلة، حيث تحتاج الطائرة الواحدة إلى ألواح طاقة بمساحة عدة ملاعب كرة قدم، ولكن هناك إنجازات غاية فى الأهمية قد توصل إليها العلماء أخيراً على صعيد تحويل أشعة الشمس إلى وقود سائل عن طريق عملية التوليد الضوئي الاصطناعي و ربما تفتح الباب لجعل هذا الأمر ممكناً بالفعل في يوم من الأيام و في هذا المقال، نستعرض سويًا تاريخ طائرات الطاقة الشمسية أو الطائرات الكهربائية منذ أول محاولة ناجحة في هذا المضمار وحتى يومنا هذا بالإضافة إلى مزايا وعيوب طائرات الطاقة الشمسية.

اولا: الطاقة الشمسية وأهميتها :

الطاقة الشمسية هي الطاقة التي تأتي من الشمس ويستخدمها البشر لفترة طويلة لأشياء مثل التدفئة وطهي الطعام وإزالة الملح من مياه البحر والكثير من الأشياء أخرى، وهي الضوء والحرارة المنبعثان من الشمس.

ولهذه الطاقة أهمية كبيرة حيث تكمن فى ان جميع الكائنات الحية في الأرض تعتمد على طاقة الشمس، فهي بمثابة مصدر أساسي لعملية البناء الضوئي عند النباتات كما تقوم بتوفير الدفء للكائنات الحية جميعها للبقاء على قيد الحياة، كما تساعد حرارة الشمس بتبخر الماء الموجود على سطح الأرض وتشكيل السُحُب التي توفر في النهاية مياه الأمطار العذبة.

وتنتج الطاقة الشمسية عن طريق تفاعلات الاندماج الحراري النووي في أعماق الشمس فَتُصدِر هذه التفاعلات قدرًا كبيرًا من الطاقة بحيث تحافظ على حرارة سطح الشمس، وبالرغم من أن الطاقه الشمسية هي أكبر مصدر للطاقة التي تتلقاها الأرض إلا أن شدتها على سطح الأرض منخفضة جدًا وذلك بسبب المسافة الكبيرة بين الأرض والشمس والغلاف الجوي للأرض الذي يمتص وينثر الإشعاع فالطاقة التي تصل إلى سطح الأرض عبر الغلاف الجوي في يوم صافٍ تكون فيه الشمس فوق الأرض مباشرة لا تتعدى نسبة 30٪ تقريبًا وعندما تكون الشمس قريبة من الأفق والسماء ملبدة بالغيوم فإن الطاقه الشمسية على مستوى الأرض تكون ضئيلة للغاية، كما وتختلف كَمّيَّة الأشعة على سطح الأرض من نقطة إلى أخرى.

ثانيا: الكمية الإجمالية للطاقة الشمسية:

إن الكَمّيَّة الإجمالية للطاقة الشمسية التي تتلقاها الأرض تتجاوز بشكل كبير الكَمّيَّة المستخدمة في العالم، لكن إن إذا تم تسخيرها بشكل مناسب فإن هذا المصدر عالي الانتشار لديه القدرة على تلبية جميع احتياجات الطاقة المستقبلية، ففي القرن الحادي والعشرين من المتوقع أن تتزايد استخدامات الطاقه الشمسية بشكل أكبر لاعتبارها طاقة مستمرة ومتجددة ولا تسبب التلوث، وبالمقابل ستتناقص استخدامات الوقود الأحفوري المحدود والذي يسبب التلوث، كالفحم والبترول والغاز الطبيعي.

ثالثا: جمع الطاقة الشمسية وتحويلها:

الطاقة التي توفرها الشمس للأرض لمدة ساعة واحدة يمكن أن تلبي احتياجات الطاقة العالمية لمدة عام واحد ، فتعد الشمس من مصادر الطاقة القوية لكوكب الأرض ، وعلى الرغم من أننا لا نستطيع سوى جمع جزء صغير من هذه الطاقة عن طريق تركيب الألواح الشمسية ، إلا أنه يمكن أن تحدث فرقا كبيرا لكوكب الأرض.

وقد تم تطوير عدد من الأجهزة لتجميع الطاقه الشمسية وتحويلها إلى طاقة قابلة للاستخدام، ونظرًا لأن شدة إشعاع الشمس على سطح الأرض منخفض جدًا يجب أن تكون المجمعات المصممة لالتقاط الطاقة الشمسية كبيرة في المنطقة، على سبيل المثال في الأجزاء المشمسة من المناطق المعتدلة في العالم يجب أن تبلغ مساحة الألواح حوالي 40 مترًا مربعًا لجمع طاقة كافية لتلبية احتياجات الطاقة لبيت واحد.

رابعا: قدرات الطاقة الشمسية:

إن إمكانات الطاقه الشمسية هائلة حيث تتلقى الأرض كل يوم طاقة شمسية حوالي 200000 ضعف إجمالي قدرة توليد الكهرباء في العالم.

وعلى الرغم من أنها طاقة مجانية إلا أن التكلفة العالية لجمعها وتحويلها وتخزينها حدت من استغلال هذه الطاقة، ومع ذلك يقوم الباحثون بتجارب الطاقه الشمسية للكثير من المشاريع للاستفادة من هذه الطاقة، وأحد المشاريع التي تم اقتراحها للمستقبل هو استخدام محطات الطاقة الشمسية عبر الأقمار الصناعية لتزويد الأرض بالطاقة وفي هذا المشروع يقوم القمر الصناعي المجهز بألواح شمسية كبيرة بجمع الطاقه الشمسية باستمرار دون التأثر بالغلاف الجوي وبعد ذلك يتم تحويل الكهرباء إلى أفران ميكروويف ثم يتم بثها إلى الأرض حيث يتم تحويل طاقة الميكروويف مرة أخرى إلى كهرباء للتوزيع.

خامسا: تاريخ إستخدام طائرات الطاقة الشمسية :

مما لا شك فيه أن الإهتمام بإستخدام الوقود النظيف والطاقة الشمسية بشكل أكثر تحديدًا في صناعة الطيران العالمية قد تضاعف مع إكتمال بناء طائرتي سولار إمبلس 1 و2 التي تم ابتكارها على يد مشروع الطيران الكهربائي الذي يحمل نفس الإسم.

ومع ذلك، فإن تاريخ إستخدام طائرات الطاقه الشمسية يعود إلى قبل ذلك بكثير.

ولا ينفي هذا بالطبع الدور الكبير الذي لعبه الإتجاه العالمي المتزايد نحو مصادر الطاقة المتجددة والنظيفة في تسريع التطور في هذا المجال، لكن الواقع هو أن أول رحلة جوية ناجحة قامت بها طائرة كهربائية قد تمت من أكثر من أربعة عقود، ونحن نستعمل كلمة “ناجحة” هنا لأن هناك روايات عن أن أولى المحاولات التي لم تكلل بالنجاح في إستخدام الكهرباء في الطيران تعود إلى نهايات القرن التاسع عشر.

والجدير بالذكر ان طائرة “سولار إمبلس 2” التي تعمل بالطاقه الشمسية بالكامل قد اختتمت رحلتها التاريخية حول العالم بنجاح. لتصبح أول طائرة تقوم بالتحليق حول العالم من دون قطرة وقود.

وحظيت الطائرة باستقبال حافل لدى هبوطها والذي كان فى يوم ثلاثاء، في مطار البطين بالعاصمة الاماراتية أبوظبي، بعد 16 شهرا على انطلاقتها الاولى منه في مارس 2015.

ومن الجدير بالذكر ان هذا المشروع قد حظي بمتابعةٍ ودعمٍ وتشجيعِ كبير من ولي عهد ابوظبي الشيخ محمد بن زايد آل نهيان، مما ساهم في اختيار أبوظبي لتكون نقطة انطلاق وختام هذه الرحلة التي سجلت علامة فارقة في تاريخ الطيران، فضلاً عن ترسيخ مكانة أبوظبي كمركز عالمي للطاقة المتجددة والتكنولوجيا النظيفة والاستدامة.

وتمكنت الطائرة في رحلتها من تحقيق 19 رقماً قياسيا عالميا منها أطول رحلة طيران في العالم بالاعتماد على الطاقة الشمسية من ناحية الزمن (117 ساعة و52 دقيقة) ومن ناحية المسافة (8,924 كيلومتر).

كما أكملت الطائرة أكثر من 500 ساعة طيران محلقة على ارتفاع وصل إلى 9 آلاف متر وبسرعة وسطية تراوحت بين 45 – 90 كيلومتراً في الساعة.

سادسا: تخزين الطاقة الشمسية:

يتغير مستوى جمع الطاقه الشمسية حَسَبَ المناخ لذلك من الصعب توفير احتياجات الطاقة بشكل دائم، وبالتالي من الضروري وجود شكل من أشكال تخزين الطاقة لتوفيرها للاستخدام في الأوقات التي يكون فيها ضوء الشمس قليلًا أو منعدمًا.

فيمكن تخزين الطاقة الكهربائية من الخلايا الكهروضوئية في بطاريات تخزين كهربائية، وفي الأنظمة التي تستخدم الطاقة المجمعة لتسخين السوائل يمكن تخزين السوائل مباشرة في خزانات معزولة أو يمكن نقل الطاقة إلى وَسَط تخزين آخر مثل طبقة من الصخور.

سابعا: إيجابيات وسلبيات الطاقة الشمسية

يبدو أن التوازن بين مزايا وعيوب الطاقة الشمسية لا يزال عاملاً بالغ الأهمية يجب موازنته قبل ، وعلى الرغم من المزايا المتعددة للطاقه الشمسية ، إلا أنه يتم انتقادها على نطاق واسع لكونها مكلفة أو غير فعالة ، ولكن قد أثبتت الطاقه الشمسية الآن أنها مفيدة وفعاله للغاية ، ليس فقط بالنسبة للبيئة ولكن أيضًا للاقتصاد الخاص.

إرسال الطاقة الشمسية من الفضاء للأرض

(١)- إيجابيات الطاقة الشمسية:

١- الطاقه الشمسية خالية من التلوث ولا تسبب انبعاث غازات الدفيئة بعد التركيب .

٢- تقليل الاعتماد على النفط والوقود الأحفوري

٣- الطاقة النظيفة المتجددة المتوفرة كل يوم من أيام السنة ، حتى الأيام الممطرة تنتج بعض الطاقة .

٤- عائد الاستثمار على عكس دفع فواتير الخدمات.

٥- عمليًا لا صيانة لأن الألواح الشمسية تستمر لأكثر من 30 عاما.

٦- يخلق وظائف من خلال توظيف مصنعي الألواح الشمسية ، ومثبتات الطاقه الشمسية ، وما إلى ذلك ، وبالتالي يساعد الاقتصاد .

(٢)- سلبيات الطاقة الشمسية:

١- ارتفاع التكاليف الأولية للمواد والتركيب وعائد الاستثمار الطويل .

٢- تحتاج إلى مساحة كبيرة لأن الكفاءة ليست 100٪ بعد .

٣-لا يوجد طاقه شمسية في الليل لذلك هناك حاجة لبنك بطارية كبير .

٤- اعتمادًا على الموقع الجغرافي ، يختلف حجم الألواح الشمسية لتوليد الطاقة نفسه .

٥- الأيام الغائمة لا تنتج الكثير من الطاقة .