الطاقة الشمسية

هي الضوء والحرارة الصادرة عن الشمس، والتي تستغل باستخدام مجموعة من التكنولوجيات مثل التسخين الشمسي، الألواح الضوئية الشمسية، الكهرباء الحرارية الشمسية، العمارة الشمسية والتمثيل الضوئي الاصطناعي.
تتميز التكنولوجيات الشمسية إلى إيجابية للطاقة الشمسية وسلبية للطاقة الشمسية تبعأً للطريقة التي تحتجز، تحول وتوزع فيها الطاقة الشمسية. التنقيات الشمسية النشطة تشمل استخدام الألواح الضوئية وجامعات الحرارة الشمسية لاستخدام الطاقة. التقنيات الشمسية الإيجابية تشمل توجيه المبنى للشمس، اختيار المواد ذات الكتلة الحرارية المناسبة أو الخصائص المشتتة للضواء، وتصميم مساحات يتجدد فيها الهواء طبيعياً.

في 2011، صرحت الوكالة الدولية للطاقة أن “تطوير تكنولوجيات الطاقة الشمسية ذات الأسعار المعقولة، الدائمة، والنظيفة سيأتي بفوائد ضخمة على المدى الطويل. سيزيد من تأمين الطاقة للبلدان بالإعتنماد على مصدر محلي، لا ينضب، ولا يستورد، يعزز الاستدامة، يقلل التلوث، يخفض من تكاليف التخفيف من التغير المناخي، ويحافظ على انخفاض أسعار الوقود الأحفوري أقل مما هي عليه. هذه المزايا عالمية. من ثم فالتكاليف الإضافية of the incentives for early deployment should be considered learning investments; جب أن تنفق بحكمة وتحتاج إلى أن يكون انفاق مشترك على نطاق واسع.

تتلقى الأرض 174 پـِتاواط (PW) من إشعاعات الشمس القادمة (تشميس) في الغلاف الجوي العلوي. حوالي 30% منها ينعكس مرة أخرى للفضاء بينما البقية تمتصها السحب، المحيطات والكتل الأرضية. طيف ضوء الشمس على سطح الأرض ينتشر معظمه عبر نطاقات مرئية وقريبة-من تحت الحمراء وجزء صغير في بالقرب من الفوق بنفسجية.
سطح الأرض البري، المحيطات والغلاف الجوي يمتص الإشعاع الشمسي، ويتسبب هذا في رفع درجة حرارتهم. الهواء الدافئ يحتوي على مياه متبخرة من المحيطات، مما يتسبب في دورة الغلاف الجوي أو الحمل. عندما يصل الهواء إلى إرتفاع عالي، حيث تنخفض درجة الحرارة، يحمل بخار الماء في السحب، حيث يتساقط على صورة أمطار على سطح الأرض، لتكتمل دورة الماء. الحرارة الكامنة للمياه المتكثفة تزيد من التحميل، مما ينتج ظواهر جوية مثل الرياح، الأعصاير والأعاصير المضادة. ضوء الشمس تمتصه المحيطات والكتل الأرضية مما يحافظ على درجة حرارة السطح عند 14 °C. عن طريق التمثيل الضوئي تحول النباتات الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية، والتي تنتج الغذاء، الخشب والكتلة الحيوية التي يأتي منها الوقود الأحفوري.

إجمالي الطاقة الشمسية الممتصة من الغلاف الجوي للأرض، المحيطات والكتل الأرضية هي حوالي 3.850.000 exajoules (EJ) سنوياً. عام 2002، كان هناك المزيد من الطاقة في الساعة الواحدة أكثر من الاستخدام العالمي في سنة واحدة.

يحتجز التمثيل الضوئي حوالي 3.000 EJ سنوياً في الكتلة الحيوية. الإمكانيات التقنية المتاحة من الكتلة الحيوية تتراوح من 100–300 EJ/سنوياً. كمية الطاقة الشمسية الواصلة إلى سطح الكوكب كبيرة جداً حتى أنه كميتها في عام واحد تساوي مرتين الطاقة التي يمكن الحصول عليها من الموارد الغير متجددة على الأرض مثل الفحم، النفط، الغاز الطبيعي واليورانيوم، مجتمعين.

يمكن استغلال الطاقة الشمسية على مستويات مختلفة حول العالم، معظمها يعتمد بعد الموقع عن خط الإستواء.

تطبيقات التكنولجيا الشمسية

الطاقة الشمسية تشير بصورة رئيسية إلى استخدام الإشعاع الشمسي لأغراض عملية. ومع ذلك، فجميع أنواع الطاقة المتجددة، عدا الأرضية الحرارية والمد والجزر، تشتق طاقتها من الشمس.

التقنيات الشمسية تتمايز بشكل كبير إلى إيجابية وسلبية حسب طريقة إلتقاطعها، تحويلها وتوزيعها لضوء الشمس. التقنيات الشمسية النشطة تستخدم الألواح الشمسية، المضخات، المراوح لتحويل ضوء الشمس إلى مخرجات مفيدة. التقنيات الشمسية الإيجابية تشمل اختيار المواد ذات الخصائص الحرارية لاملائمة، تصميم المساحات التي تتمع بتجدد طبيعي للهواء، وتحديد موقع للمبنى ملائم لاتجاه الشمس. التقنيات الشمسية النشطة تزيد من إمدادات الطاقة تقنيات تهتم بجانب العرض، بينما التقنيات الشمسية السلبية تقلل من الحاجة لموارد بديلة وهي بصفة عامة تقنيات تهتم بجانب الطلب.