أزمة الكهرباء التي قاربت على إتمام عقدها الثاني في قطاع غزة أجبرت المواطنين على اللجوء لحلولٍ بديلة عديدة في محاولة توفير التيار الكهربائي لمنازلهم، ليزداد الإقبال مؤخرًا على "الخلايا الشمسية" كمصدر بديل وآمن للطاقة.

غير أن تكلفته المرتفعة وحاجة تلك الخلايا لمساحة على سطح المنزل لم تجعلا النظام في متناول الجميع، الأمر الذي قاد مجموعة من خريجات كلية الهندسة لابتكار جهاز يمكن أن يحل تلك المشكلة.

يقوم الجهاز الذي ابتكرته المهندسات بتتبع الطاقة الشمسية على مدار اليوم، لمواجهة أشعة الشمس مباشرةً ودائمًا، وذلك لتحسين كفاءة توليد الطاقة بنسبة كبيرة، كما تبين المهندسة روان صالح.

والجهاز هو نتاج مشروع تخرج لأربع طالبات من كلية تكنولوجيا المعلومات والاتصالات من جامعة القدس المفتوحة – فرع شمال غزة هن: روان صالح، وريم العثماني، وسمر دحلان، وولاء أبو عمشة.

وتفيد صالح بأن الجهاز يتكون من نظام تحكم تلقائي يعتمد على أنظمة تعلم الآلة في تحريك الخلايا الشمسية بدقة وفعالية نظراً لأن الخلايا الثابتة سابقاً كانت لا تستفيد بالكامل من إمكانية الشمس بسبب تغير محور وزاوية أشعتها في اليوم والفصول المختلفة من السنة.

وتبين أن أنظمة تتبع الأشعة الشمسية تستخدم بطريقة شائعة في مجالات مثل توليد الكهرباء الشمسية الكبيرة، وخاصة في المناطق ذات الاشتداد الشمسي العالي، كما يمكن استخدامها في تطبيقات أخرى مثل الإضاءة الشمسية والتدفئة والتبريد.

وتضيف: "بفضل تقدم التكنولوجيا وانخفاض تكلفة أنظمة تتبع الأشعة الشمسية، أصبحت هذه التقنية متاحة للاستخدام العام عالمياً وتشهد انتشاراً واسعاً في العديد من المجالات"، موضحة أنه مع نظام تتبع الأشعة الشمسية، تتحرك الخلايا متتبعة حركة الشمس للاستفادة من أشعتها المباشرة بأقصى كفاءة، وهذا يؤدي إلى زيادة كفاءة توليد الطاقة الشمسية بنسبة تصل إلى 20-30% من أنظمة الألواح الثابتة.

استفادة قصوى

بدورها تلفت العثماني إلى أن النظام يتكون من مجموعة من الأجهزة والتقنيات الذكية التي تعمل معًا لضمان تحقيق استفادة قصوى، ويعتمد الجهاز في عمله على مجسات وأجهزة استشعار تقيس موقع الشمس والإشعاع الشمسي عبر نظام تحكم ذكي يحسب المعلومات المستلمة.

كما يسمح التتبع الذكي بتحقيق أعلى كفاءة لخلايا توليد الطاقة الشمسية عبر تحديد الزاوية الأمثل لاستقبال أشعة الشمس، بما يضمن توزيعًا متساويًا للإشعاع الشمسي على جميع الوحدات ما يزيد كفاءة الطاقة المنتجة ويقلل الفاقد.

وتفيد بأن النظام يسمح بتعديل موضع الوحدات الشمسية بناءً على تغيرات في زاوية الشمس وظروف الإضاءة، ما يحسن أداء الخلايا الشمسية في ظروف مختلفة، إذ تُربط الخلايا الشمسية بمحرك للتحكم بالمحور الأفقي ومحرك للتحكم بالمحور العمودي.

وتنبه إلى أن المحاور تتحرك بالاعتماد على أربع حساسات للضوء مثبتة على أطراف الخلايا الشمسية لتحديد أكبر مصدر ضوء تتعرض له الخلية المرتبطة بلوحة "الأردوينو" التي تربط بين القطع الإلكترونية ويتحكم بها عن طريق البلوتوث بتطبيق عبر الهاتف المحمول، ما يسهل على المستخدم التحكم بالحركة ومشاهدة إحداثيات الخلايا وكمية امتصاص الخلايا للطاقة.

من جانبه تقول أبو عمشة: إن الاعتماد على الجهاز سيضمن لمستخدميه، زيادة كمية الطاقة المستخرجة، وتقليل الخسائر الناجمة عن تغير مسار الشمس في اليوم وفصول السنة كذلك، وتحسين كفاءة الألواح الشمسية، وتقليل استهلاك المساحة حيث يمكن وضع الألواح الشمسية بشكل أكثر كثافة واستخدام الفضاء بطريقة أفضل.

وللجهاز فوائد أخرى تتمثل – وفق أبو عمشة- تتمثل في تقليل تكاليف التوليد، وتحسين الاستفادة من الطاقة الشمسية في المناطق عالية الارتفاع، وزيادة الاعتماد على مصادر الطاقة المتجددة المتمثلة في أشعة الشمس وهي طاقة صديقة للبيئة.

الأثر البيئي

بدورها، تقول دحلان: إن نظام تتبع الأشعة الشمسية أكثر فعالية من حيث استخدام المساحة بالمقارنة مع أنظمة توليد الطاقة الشمسية الثابتة، ويعد استخدامه جزءًا من جهود الاستدامة العالمية القائمة على تقليل الأثر البيئي لتوليد الطاقة الكهربائية عبر الوقود الأحفوري، إذ وفقًا للتقديرات العالمية ستغطي مصادر الوقود الأحفوري في عام 2030 حوالي 90% من الحاجة العالمية للطاقة والتي بلغت في عام 2005 نحو 81%. 

وتشتمل المكونات الأساسية للجهاز على الحساسات الضوئية، والمقاومات، و"السيرفو موتر" وأسلاك التوصيل، ولوحة "البورد"، و"الأردوينو"، ويعتمد في تشغيله على تقنية "البلوتوث" لأنها لا تتطلب، وفق دحلان أن يكون الاتصال مباشرًا في كل مكان وزمان إذ يكفي أن تكون بالقرب منها للتحكم بها عن طريق برنامج مرتبط باللوحة.