تحت اشراف رئيس قسم البناء والانشاءات م.د. رياض عبد العباس علي قام ا.م.د. عبد الهادي متعب حسن مع طلبة المرحله الرابعه بعمل نشاط الطاقة الشمسية هي الضوء والحرارة المنبعثان من الشمس ولهذه الطاقة أهمية كبيرة في الكرة الأرضية فجميع الكائنات الحية في الأرض تعتمد على طاقة الشمس، فهي 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.<br /><br />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 عند درجة 10300 فهرنهايت (5700 درجة مئوية)، وبالرغم من أن الطاقة 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 الطاقة الشمسية على مستوى الأرض تكون ضئيلة للغاية، كما وتختلف كَمّيَّة الأشعة على سطح الأرض من نقطة إلى أخرى.<br /><br />إن الكَمّيَّة الإجمالية للطاقة الشمسية التي تتلقاها الأرض تتجاوز بشكل كبير الكَمّيَّة المستخدمة في العالم، لكن إن 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 الطاقة الشمسية بشكل أكبر لاعتبارها طاقة مستمرة ومتجددة ولا تسبب التلوث، وبالمقابل ستتناقص استخدامات الوقود الأحفوري المحدود والذي يسبب التلوث، كالفحم والبترول والغاز الطبيعي.<br />جمع الطاقة الشمسية وتحويلها<br />تم تطوير عدد من الأجهزة لتجميع الطاقة 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.<br /><br /><br />مجمعات الألواح المسطحة<br />تُعدُّ ألواح الطاقة الشمسية الأكثر شيوعًا بين أدوات تحويل الطاقة لجمع الطاقة، وتتكون هذه الألواح من صفيحة معدنية داكنة مغطاة بورقة أو لوحتين من الزجاج تمتص الحرارة، وتنتقل الحرارة إلى الهواء أو الماء وتسمى السوائل الحاملة والتي تتدفق عبر الجزء الخلفي من اللوحة فيمكن استخدام هذه الحرارة مباشرة أو يمكن نقلها إلى وَسَط آخر وتُستخدم مجمعات الألواح المسطحة لتسخين المنازل والماء، حيث تتراوح درجات حرارة هذه المجمعات من 150 درجة إلى 200 درجة فهرنهايت (66 درجة إلى 93 درجة مئوية) وكفاءة أدائها تصل إلى 80%.<br /><br /><br />الطاقة الشمسية المُركّزة<br />عند الحاجة إلى درجات حرارة أعلى يتم استخدام مُجمِّع ذو تركيز أكبر، حيث تركز هذه الأجهزة أشعة الشمس المتلقاة من منطقة واسعة على مُستقبل أسود صغير وبالتالي تزداد شدة الأشعة بشكل كبير من أجل إنتاج درجات حرارة عالية، ويمكن لمصفوفات المرايا أو الألواح المصفوفة بشكل مدروس والمستخدمة في ما يسمى بالأفران الشمسية أن تبلغ درجة تسخينها للسوائل إلى 3600 درجة فهرنهايت (2000 درجة مئوية) أو أكثر، كما يمكن استخدام هذه الحرارة لدراسة خصائص المواد في درجات حرارة عالية أو يمكن استخدامها لتشغيل الغلايات والتي بدورها تولّد البخار لمحطة توليد الطاقة البخارية التوربينية الكهربائية. وقد أصبح الفرن الشمسي أداة مهمة في أبحاث درجات الحرارة العالية ولإنتاج البخار حيث يتم ترتيب المرايا المتحركة بحيث تركز كميات كبيرة من الإشعاع الشمسي على أنابيب سوداء يتم من خلالها تدوير المياه وبالتالي تسخينها.<br /><br />وتستخدم أبراج الطاقة الشمسية شفرات عاكسة، وهي مرايا مسطحة تدور لتتبع حركة الشمس في السماء. ويتم ترتيب المرايا حول "برج جامع" مركزي ، وتعكس ضوء الشمس إلى شعاع ضوئي مركّز يضيء على نقطة محورية على البرج. كانت التصاميم السابقة لأبراج الطاقة الشمسية تقوم. على تسخين أشعة الشمس المركزة لخزان من الماء، مما ينتج بخارًا يعمل على تشغيل التوربينات. ولكن تم مؤخرًا استخدام الصوديوم السائل في بعض أبراج الطاقة الشمسية، حيث يتمتع بسعة حرارية أعلى ويحتفظ بالحرارة لفترة أطول من الوقت. هذا يعني أن السائل لا يصل فقط إلى درجات حرارة من 773 إلى 1،273 كلفن (500 إلى 1000 درجة مئوية أو 932 إلى 1،832 درجة فهرنهايت)، ولكن يمكنه الاستمرار في غلي الماء وتوليد الطاقة حتى عندما لا تكون الشمس مشرقة.<br /><br />تم تطوير محطات الطاقة الشمسية المركزة لأول مرة في الثمانينيات. وتُعدُّ أكبر منشأة في العالم سلسلة من المصانع في صحراء موهافي بكاليفورنيا. ويولد نظام توليد الطاقة الشمسية (SEGS) أكثر من 650 غيغا واط في ساعة من الكهرباء كل عام. تم تطوير مصانع أخرى كبيرة وفعالة في دول أخرى مثل إسبانيا والهند.<br /><br />يمكن أيضًا استخدام الطاقة الشمسية المركزة على نطاق أصغر. فمثلًا يمكن أن يتم توليد الحرارة للأفران الشمسية. يستخدم الناس في القرى في جميع أنحاء العالم المواقد التي تعمل بالطاقة الشمسية لغلي الماء من أجل الصرف الصحي ولطهي الطعام.<br /><br />توفر المواقد التي تعمل بالطاقة الشمسية العديد من المزايا على مواقد حرق الأخشاب: فهي لا تشكل خطر الحرائق ولا تنتج دخانًا ولا تتطلب وقودًا ولا تتسبب في القضاء على بسبب قطع الأشجار للحصول على الوقود.