تطبيقات التحويل المباشر للطاقة

الطاقة الكهربائية هي أكثر أنواع الطاقة مرونة اذ يمكن تحويلها الى الأنواع الأخرى من الطاقة بسهولة كما يمكن استخدامها في تلبية معظم احتياجات البشر من الطاقة، فالطاقة الكهربائية تتحول الى ضوء وحرارة في المصابيح الكهربائية، وتتحول الى طاقة حرارية في السخانات الكهربائية، والى طاقة حركية في الموتورات الكهربائية، كذلك فان نقل الطاقة الكهربائية لا يحتاج الا الى اسلاك يمكن بواسطتها ايصال التيار الكهربائي الى أية نقطة كانت، بل إنها في بعض الحالات، لا تحتاج حتى للأسلاك اذ يمكن نقلها في الفضاء بواسطة أجهزة الميكرويف.

وتعتمد الاستعمالات الشائعة للطاقة الكهربائية على التيار المباشر (الطردي) أو التيار المتردد، وتقوم الخلايا الشمسية بتوليد التيار المباشر، غير أن ذلك لا يشكل أية عقبة تذكر ذلك أن بالإمكان تحويل التيار المباشر الى تيار متردد باستعمال أجهزة التحويل الملائمة والمتوفرة تجاريا.

لكن نظرا لخصائص الاشعاع الشمسي المتمثلة في توفره خلال ساعات محددة أثناء النهار، ونظرا لتغير شدة الاشعاع الشمسي أثناء ساعات النهار فان استعمال الخلايا الشمسية لتزويد الأجهزة بمتطلباتها من الطاقة يقتضي استعمال وسائل خزن ملائمة لتخزين كمية الطاقة الزائدة عن الحاجة أثناء توفر الاشعاع الشمسي واستعمالها من بعد في الأوقات التي لا يتوفر فيها الاشعاع، لذلك فان أنظمة الطاقة التي تعتمد على الخلايا الشمسية تضم الى جانب الخلايا نفسها أجهزة لتخزين الطاقة.

وتختلف أجهزة تخزين الطاقة حسب طبيعة الاستعمال المطلوب والخمائص الفيزيقية لمنطقة الاستعمال، ففي التطبيقات التي تحتاج الى مقدار قليل من الطاقة كتلك المستعملة لتشغيل أجهزة الاتصال وأنوار الارشاد والتحذير كما في المطارات والموانئ أو محطات ضخ المياه الصغيرة الحجم نسبيا فان استعمال البطاريات هو الأمر الشائع ويفي بالغرض المطلوب، أما إذا كانت مساحة الخلايا الشمسية كبيرة جدا فان خزن الطاقة الزائدة في بطاريات يصبح مكلفا وغير عملي ويجب في هذه الحالة اللجوء الى أنظمة تحرين أخرى، ومن بين أجهزة التخزين المقترحة ضخ المياه الى خزانات عالية لاستعمال المياه بعد ذلك في تشغيل توربينات لإنتاج الكهرباء كما في محطات التوليد الكهرومائية التي تقام عند السدود على الأنهار، واذا تعذر مثل هذا الأمر فبالإمكان استخدام الطاقة الكهربائية من الخلايا في عمليات التحليل الكهربائي لفصل الماء الى أوكسجين وهيدروجين لاستخدام الهيدروجين بعد ذلك لتوليد الطاقة الكهربائية، كذلك بالإمكان تشغيل ضاغطات المواء وخزن الهواء في خزانات كبيرة فوق الأرض أو تحتها واستعمال المواء المضغوط بعد ذلك في تشغيل أحد التوربينات لإنتاج الطاقة الكهربائية أو حتى استعماله مباشرة لتشغيل بعض الأجهزة والآلات.

نقدم في الشكل رقم (16) مخططا هيكليا لنظام طاقة يستخدم البطاريات لخزن الطاقة الكهربائية، وفي مثل هذه الأنظمة تبرز الحاجة الى استعمال أجهزة تحويل التيار المباشر الى تيار متردد اذا كان الاستعمال المطلوب يحتاج الى تيار متردد، وتتم عملية تحويل التيار باستعمال المحولات أو القالبات ( Inverters)، وفي العادة تحتوي أنظمة الطاقة على مصدر اضافي للطاقة الكهربائية لضمان تزويد الطاقة المطلوبة في حالة عجز الخلايا الشمسية وأجهزة الحزن عن تلبية المتطلبات لسبب أو لآخر.