الطاقة الشمسية أو الطاقة الشمسية هي طاقة الشمس وضوءها وحرارتها والتي استخدمها الإنسان منذ العصور القديمة بمساعدة تقنيات مختلفة. يعد الإشعاع الشمسي، إلى جانب المصادر الشمسية الثانوية مثل طاقة الرياح وطاقة الأمواج والكتلة الحيوية، من بين مصادر الطاقة المتجددة الأكثر شيوعًا والمتاحة على الأرض. يتم استخدام جزء صغير فقط من الطاقة الشمسية المتاحة.

الطاقة الشمسية أو الشمس الطاقة هي طاقة الشمس وضوءها وحرارتها التي استخدمها الإنسان منذ العصور القديمة بمساعدة تقنيات مختلفة. يعد الإشعاع الشمسي، إلى جانب المصادر الشمسية الثانوية مثل طاقة الرياح وطاقة الأمواج والكتلة الحيوية، من بين مصادر الطاقة المتجددة الأكثر شيوعًا والمتاحة على الأرض. يتم استخدام جزء صغير فقط من الطاقة الشمسية المتاحة. توفر الطاقة الشمسية الكهرباء باستخدام المحركات الحرارية أو الأنظمة الكهروضوئية. وبمجرد تحويلها، تصبح استخداماتها محدودة فقط بالإبداع البشري. تشمل القائمة الجزئية للأنظمة الشمسية التدفئة والتبريد من خلال الهندسة المعمارية الشمسية، ومياه الشرب من خلال التقطير والتطهير، والطاقة الحرارية للطهي، والحرارة العالية للأغراض الصناعية. تتميز تقنيات الطاقة الشمسية على نطاق واسع بأنها إما طاقة شمسية سلبية أو طاقة شمسية نشطة، اعتمادًا على طريقة جمع وتحويل وتوزيع ضوء الشمس. تتضمن تقنيات الطاقة الشمسية النشطة استخدام الخلايا الكهروضوئية والمجمعات الشمسية الحرارية (مع المعدات الكهربائية أو الميكانيكية) لتحويل ضوء الشمس إلى وحدات إخراج مفيدة. تتضمن تقنيات الطاقة الشمسية السلبية توجيه المبنى نحو الشمس، واختيار المواد ذات الخصائص المواتية للتشتت الحراري أو الضوء، وتصميم المساحات حيث يدور الهواء بشكل طبيعي.

حول الطاقة الشمسية

تقوم الشمس، كمفاعل اندماجي، بتحويل حوالي 600 مليون طن من الهيدروجين إلى هيليوم كل ثانية، مما يؤدي إلى إطلاق كمية هائلة من الطاقة التي يتم إرسالها إلى الفضاء في شكل إشعاع كهرومغناطيسي، وضوء، وحرارة، وأشعة إكس، وأشكال أخرى من الإشعاع. من إجمالي 3.8×1026 واط من الطاقة التي تشعها الشمس إلى الفضاء، تتلقى الأرض 1.7×1017 واط (174 بيزاو). ينعكس حوالي 30% من الطاقة المستلمة مرة أخرى إلى الفضاء بواسطة الأرض، ويتم الاحتفاظ بحوالي 47% على شكل حرارة، ويذهب حوالي 23% إلى دورة الماء في الطبيعة، بينما يتم "إنفاق" الباقي على عملية التمثيل الضوئي. يمتص سطح الأرض والغلاف الجوي والمحيطات الإشعاع الشمسي، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارتها. يرتفع الهواء الدافئ المحتوي على بخار الماء من المحيط، مما يسبب الدورة الجوية أو الحمل الحراري. عندما يصل الهواء إلى ارتفاعات عالية، حيث تكون درجة الحرارة منخفضة، يتكاثف بخار الماء في شكل سحب يبدأ منها المطر بالسقوط على سطح الأرض، وبالتالي تكتمل دورة الماء. تعمل الحرارة الكامنة لتكثيف الماء على زيادة الحمل الحراري، مما يؤدي إلى إنتاج ظواهر جوية مثل الرياح والأعاصير والعواصف المضادة. يحافظ ضوء الشمس الذي تمتصه المحيطات والأرض على درجة حرارة سطحية تبلغ 14 درجة مئوية. من خلال عملية التمثيل الضوئي، تقوم النباتات الخضراء بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية تنتج الغذاء والخشب والكتلة الحيوية التي يشتق منها الوقود الأحفوري. يبلغ إجمالي الطاقة الشمسية التي يمتصها الغلاف الجوي والمحيطات والأرض حوالي 3,850,000 إكساول (إكساول) سنويًا. في عام 2002، كانت تلك الطاقة في ساعة واحدة أكبر من الطاقة التي استهلكها العالم في عام واحد. تشكل عملية التمثيل الضوئي حوالي 3000 إكساجول سنويًا من الكتلة الحيوية. إن كمية الطاقة الشمسية التي تصل إلى سطح الكوكب هائلة، لدرجة أنها في عام واحد تعادل ضعف ما ستنتجه جميع مصادر الطاقة غير المتجددة على الأرض من الفحم والنفط والغاز الطبيعي واليورانيوم المستخرج مجتمعة.

تطبيق الطاقة الشمسية

تشير الطاقة الشمسية في المقام الأول إلى استخدام الإشعاع الشمسي لأغراض عملية. تحصل جميع الطاقات المتجددة، باستثناء الطاقة الحرارية الأرضية والمد والجزر، على طاقتها من الشمس. تتميز تقنيات الطاقة الشمسية على نطاق واسع بأنها سلبية أو نشطة اعتمادًا على الطريقة التي تجمع بها وتحول وتوزع ضوء الشمس. تستخدم تقنيات الطاقة الشمسية النشطة الألواح الكهروضوئية والمضخات لتحويل ضوء الشمس إلى ناتج مفيد. تتضمن تقنيات الطاقة الشمسية السلبية ما يلي: