7- طاقة نظيفة وبأسعار معقولة

ناقشت الجلسات العلمية للمؤتمر الدولي «آفاق الطاقة الشمسية في المملكة العربية السعودية: التطبيقات والتحديات» الذي تنظمه الجامعة، ممثلة في كلية الهندسة، في يومه الأول أمس الأربعاء 24/4/1442هـ، عددًا من المحاور والأبحاث والدراسات العلمية بمشاركة العديد من الأكاديميين والباحثين في تطبيقات الطاقة الشمسية وخبراء الصناعة في المملكة العربية السعودية والعالم عن بُعد.

وأقيمت أولى الجلسات العلمية للمؤتمر تحت عنوان “توليد الطاقة الكهربية من الطاقة الشمسية”، حيث قدم الدكتور عماد شمس ورقة بحثية بعنوان “تحديد مشكلة تتبع الطاقة الشمسية القصوى باستخدام خوارزميات مستوحاة من حيوية الأسراب”، تناول خلالها طرق تتبع نقطة الحد الأقصى للطاقة الشمسية لجعل النظام الكهروضوئي في التشغيل الأمثل، مع الأخذ بعين الاعتبار التكاليف، ثم تحدث الدكتور أحمد عيد عن ورقته بعنوان “تأثير توليد الطاقة الشمسية الموزعة على فقد الطاقة واستقرار الجهد لشبكات التوزيع”، وناقش خلالها دمج المولدات الموزّعة بالطاقة الشمسية مع شبكات التوزيع للحد من فقدان الطاقة النشطة وتعزيز استقرار الجهد.

بعد ذلك، قدم الدكتور حميد محمد ورقة بعنوان “تقييم ظروف تشغيل الوحدة الكهروضوئية السليكونية البلورية لتوزيع الترددات لمدينة الرياض”، أكد خلالها على أن أداء الوحدة الكهروضوئية يختلف في ظل ظروف المجال الخارجي ويمكن تحليلها بشكل أفضل باستخدام توزيع التردد في ظل ظروف تشغيل مختلفة، حيث كان الغرض من هذه الدراسة هو العثور على ظروف التشغيل الأكثر شيوعًا للوحدات الكهروضوئية التي يمكن استخدامها لتخطيط وتصميم وتحجيم محطات الطاقة الكهروضوئية، كما تحدث الدكتور روبماتي مينا عن ورقته بعنوان “تدهور الوحدات الكهروضوئية السليكونية البلورية في ظل ظروف المناخ الحار”، كشف من خلالها أن الوحدات الكهروضوئية للسيليكون البلورية عرضة للعيوب والتدهور في ظل الظروف المناخية الحارة كما هو الحال في المناطق الصحراوية التي تعاني من ضغوط بيئية متعددة، وارتفاع درجة الحرارة، والأشعة فوق البنفسجية، إلى جانب تغير درجة الحرارة والرطوبة مع دخول الغازات، حيث يمكن أن تؤدي عوامل الإجهاد هذه إلى تغييرات هيكلية وميكانيكية حرارية وكيميائية داخل الوحدة الكهروضوئية التي تؤثر على أدائها الكهربائي.

ومن ثم تحدثت الدكتورة مناهل محمد بورقة بعنوان “الطاقة الشمسية كبديل للطاقة الكهربائية في رؤية المملكة العربية السعودية 2030″، تناولت خلالها معرفة رأي الشعب السعودي في استخدام الطاقة الشمسية كبديل للطاقة الكهربائية في المنازل، حيث قام الباحثون بتطبيق استبيان يحتوي على 216 عينة من شرائح مختلفة من المجتمع، ويحتوي الاستبيان على أربعة أجزاء، وعندما سئلت العينة عن ضرورة استخدام مصادر الطاقة المتجددة لتوليد الكهرباء بدلاً من التوليد من المشتقات النفطية، وافق 88.8٪ من العينة، وعند سؤالهم عن أنسب مصدر لمصادر الطاقة المتجددة للاستثمار في المملكة العربية السعودية، أوصى 93٪ بالطاقة الشمسية، وأن 19٪ من العينة يستخدمون الطاقة الشمسية في المنزل، و88.9٪ يتفقون بشدة على أن مساهمة الحكومة في دعم تكاليف تقنيات الطاقة الشمسية ستشجع المواطنين على استخدام الطاقة الشمسية.

وفي ختام الجلسة تحدث الدكتور هشام عثمان عن ورقته بعنوان “الخصائص الحرارية لمجمع حوض ذو قطع مكافئ (دراسة مقارنة)”، أكد خلالها على أنه ثبت تجاريا أن أحواض المكافئ هي الأكثر تطورا من تقنيات الطاقة الشمسية المركزة، حيث يمكن تحقيق درجات حرارة التشغيل في حدود 350 – 550 درجة مئوية في أحواض المكافئ، كما يمكن أن تنتج محطات الطاقة الشمسية باستخدام الحوض المكافئ من 5 إلى 280 ميجاوات.

وتواصلت جلسات المؤتمر العلمية من خلال جلسة بعنوان “تحلية المياه باستخدام الطاقة الشمسية”، حيث تحدث الدكتور قاضي باري، عن بحثه بعنوان “وحدة تحلية المياه بالطاقة الشمسية من نوع العمود المسامي”، تناول فيها مصادر المياه الصالحة للشرب عالية الجودة التي تقلصت بشكل سريع في العديد من المناطق الحضرية والريفية من العالم وخاصة في الشرق الأوسط وأفريقيا وآسيا لأسباب عديدة، ولا تزال إزالة الملوحة والشوائب الموجودة في المياه الخام بأي طريقة تقليدية مكلفة، حيث حاول الباحث وأصحاب القرار في جميع البدائل الممكنة ذات التكلفة الفعالة، وإحدى الطرق منخفضة التكلفة لإنتاج نواتج التقطير (الماء المقطر) هي تحلية المياه بالطاقة الشمسية، بعد ذلك قدم الدكتور لطفي كمال عزاز، لورقته البحثية بعنوان “استخدام تقنيات نظم المعلومات الجغرافية والتحليل متعدد المعايير لتحديد المواقع المناسبة لمحطات تحلية المياه بالطاقة الشمسية، دراسة حالة من مصر”، نوه خلالها إلى أن المياه تعد أحد أهم عناصر التنمية الاقتصادية والتنمية المستدامة، ويعد نقص المياه من أهم القضايا العالمية الحالية والمستقبلية، وفي مصر يؤدي النمو السكاني السريع والتنمية الاقتصادية إلى زيادة الطلب على المياه، بالإضافة إلى ذلك هناك بعض التحديات الأخرى مثل التغير المناخي وبناء السد الإثيوبي، وتعتبر تحلية المياه باستخدام الخلايا الشمسية أحد البدائل المتاحة لإمدادات المياه في مصر خاصة بسبب موقعها الجغرافي ضمن النطاق المناخي الجاف غالبا مع وجود أعلى معدلات ساعات من الاشعاع الشمسي على مدار السنة تقريبًا في العالم.

ومن ثم، تحدث الدكتور زكريا عمارة عن دراسته بعنوان “التقطير الشمسي ذات العجلة الدوارة لتحلية المياه: دراسة مقارنة”، أوضح خلالها أن الجدار الخلفي للمقطر غير مستغل ومن خلاله يحدث فقد حراري كبير، لذلك تم تثبيت قرص معدني على عمود أفقي يدور بواسطة موتور كهربي، ويقع القرص الدوار في منتصف الجدار الخلفي ويعمل ذلك على زيادة مساحة التبخير ومساحة التعرض للإشعاع الشمسي، فعندما يدور القرص يبتل بطبقة رقيقة من الماء مما يساعد على سرعه التبخير، ثم تحدث الدكتور عبد الله نجيب عن بحثه بعنوان “تحلية المياه بالطاقة الشمسية باستخدام التقطير بالغشاء متعدد التأثير: نتائج مختبرية” حيث تناول هذا العمل أداء نظام تحلية المياه بالطاقة الشمسية باستخدام عملية التقطير الغشائي، ويتكون هذا النظام من الألواح الضوئية الشمسية ومجمعات الطاقة الشمسية الحرارية ووحدة تقطير الأغشية، ويعتمد هذا الأخير على التقطير الغشائي ذو التأثيرات المتعدد والذي يتم فيه إعادة تدوير الطاقة الحرارية وإعادة استخدامها في النظام عند تشغيل التبريد في المكثف.

وبدوره، قدم الدكتور عبد القادر عبد الله بحثًا بعنوان “تأثير إضافة الصواني على أداء التقطير الشمسي، نهج تجريبي”، إن إنتاجية وحدات تحلية المياه بالطاقة الشمسية تتناسب مع عمق الماء ومساحة السطح المبللة داخل الوحدة، يمكن زيادة إنتاجية الوحدة عن طريق زيادة المساحة السطحية للحوض، للحفاظ على أقل عمق ممكن للماء داخل الوحدة قمنا باستخدام الأرفف، وتم تصميم وتصنيع وحدتان للتحلية، الوحدة الأولى من النوع التقليدي والثانية معدلة ذات أرفف، وتم تصميم وتصنيع وعمل التجارب البحثية لوحدة التحلية المعدلة بغرض تحسين الإنتاجية. بالإضافة إلى ذلك، تم تصميمه وفقًا لمعايير السلامة، والهدف من هذا العمل هو زيادة إنتاجية المياه العذبة عن طريق بعض التغيرات في تصميم الوحدة، حيث حصلنا على زيادة في إنتاجية وحدة التحلية ذات الأرفف بنسبة تقارب 45٪ مقارنة بالوحدة التقليدية، وكانت الكفاءة اليومية 47٪ و34٪ لوحدة التحلية ذات الأرفف والوحدة التقليدية على التوالي.

واختتمت أعمل اليوم الأول من المؤتمر بجلسة علمية بعنوان “المواد المستخدمة في تطبيقات الطاقة الشمسية”، شهدت مشاركة الدكتور نازك العتاب بورقة بعنوان “خلايا شمسية من السيليكون فائقة المرونة وقابلة للتمدد وخفيفة الوزن وعالية الكفاءة لاستخدام المركبات الجوية غير المأهولة”، حيث أكدت الدراسة على تزايد الطلب على المركبات الجوية غير المأهولة بشكل كبير بسبب نطاقها الواسع من التطبيقات بما في ذلك، على سبيل المثال لا الحصر، التفتيش الزراعي، مكافحة الحرائق وأمن الحدود، وكذلك الطائرات بدون طيار الحالية التي تعمل بالكهرباء، ولكن إن تم تزويدها بتكنولوجيا الطاقة الشمسية فقد يُمكِّنها هذا من القيام برحلات أطول ونقل حمولات أثقل، ومع ذلك فإن معظم الخلايا الشمسية المتوفرة حاليا هي إما ثقيلة للغاية أو صلبة للغاية أو مكلفة للغاية أو غير فعالة لمنصات الطائرات بدون طيار، مما يستوجب تطوير خلايا شمسية خفيفة الوزن، فائقة المرونة وقابلة للتمدد مع كفاءة عالية والتي يمكن أن تتوافق تمامًا مع الأسطح المنحنية والقابلة للطي على الطائرات بدون طيار دون التأثير على الديناميكا الهوائية للرحلة.

وقال الدكتور روبماتي مينا في تقديمه لورقته بعنوان “فحص أنواع مختلفة من العيوب في الوحدات الكهروضوئية للسيليكون البلورية المصنعة حديثًا”، أن الخلايا الكهروضوئية الشمسية أصبحت في الفترة الأخيرة تقنية واعدة للطاقة المتجددة، ويستفاد من الطاقة الشمسية في جميع أنحاء العالم ، ومع ذلك تواجه الخلايا الكهروضوئية العديد من عيوب مرحلة التصنيع حتى قبل الاستخدام الفعلي، ولا تؤثر هذه العيوب على أداء الخلايا فحسب، بل من المُحتمل أن تتسبب في تدهور شديد بأدائها في غضون سنوات قليلة من التشغيل الميداني، وبعد ذلك تحدث الدكتور صادق عن ورقة بحثية بعنوان “تصميم وتصنيع واختبار مجمعات الألواح المسطحة منخفضة التكلفة في ظل مناخ وسط القصيم”، أكد خلالها أن الطاقة هي الأساس الرئيسي للتنمية الاقتصادية والتقنية والاجتماعية، ومع زيادة الوعي العالمي بتحديات الطاقة تم إيلاء الطاقة الشمسية اهتمام كبير باعتبارها حل واعد لمشاكل الطاقة، وتم في هذا البحث تصميم وتصنيع مجمع شمسي صغير الحجم ذو تدوير طبيعي ومنخفض التكلفة  بفتحة استقبال شمسي مساحتها 0.75 متر مربع في كلية الهندسة بعنيزة في جامعة القصيم، وتم اختبار المجمع لتسخين 20 لترا من الماء خلال اليوم في مدينة عنيزة في الفترة من 18 أكتوبر إلى 4 نوفمبر.

وفي ختام الجلسة، قدم الدكتور محمد موسى مشاركته بعنوان “بيروفسكايت هاليد المعدني غير العضوي AMX3 كمواد مرشحة واعدة لتقنيات الخلايا الشمسية الكهروضوئية المستقبلية”، أكد خلالها أنه منذ أول ظهور للخلايا الشمسية الكهروضوئية في عام 1976م، وجه العديد من العلماء جهودًا هائلة لتحسين أداء الخلايا الشمسية الكهروضوئية التقليدية وزيادة كفاءتها، واستُخدمت مجموعة من أشباه الموصلات غير العضوية لتصنيع الخلايا الشمسية الكهروضوئية، مثل السيليكون غير المتبلور والسيليكون أحادي ومتعدد البلورات، والأغشية الرقيقة الكريستالية، ومن جانبه، تحدث الدكتور محمد بن رباحه عن ورقته بعنوان “أسلاك السيليكون النانوية للتطبيقات الكهروضوئية”، مشيرًا إلى أن النقش الكيميائي القائم على جزيئات متناهية الصغر من الفضة يمثل طريقة حديثة ومتطورة جدا تستخدم لتشكيل الأسلاك النانوية (متناهية الصغر) على سطح رقائق السيليكون أحادي البلورة.