استخدام منظومات الواح الطاقة الشمسية في التوليد الكهربائي وحصاد المياه
كيفية الجمع بين الطاقة الكهروضوئية وحصاد مياه الأمطار
عن موقع pv magazine
نشر ليور كاهانا 25 ابريل 2025 م :
ترجمة سنطة :-
الالواح الشمسية تحتاج الى حيز كبير من المساحة ولكن لها ميزه في ان تكون اسطح مظلله او حتى استخدام زاوية الميل لها في توجيه انحدار مياه الامطار في المناطق المطرية وتجميعها للاستخدامات المختلفة منها مخزون للشرب في المناطق التي لا توجد بها شبكات ري
كيفية الجمع بين الطاقة الكهروضوئية وحصاد مياه الأمطار :
طوّر علماء نظامًا لجمع مياه الأمطار المتدفقة من الألواح الكهروضوئية للاستخدام المنزلي أو لإنتاج الهيدروجين. وأظهر تحليلهم أن النظام في جنوب الساحل قادر على تلبية احتياجات الطاقة والمياه اللازمة للتحليل الكهربائي، حيث يغطي فائض مياه الأمطار ما يصل إلى 50% من الطلب اليومي على المياه في المنزل.
اقترح فريق أوروبي من الباحثين نظامًا لجمع مياه الأمطار المتدفقة من الألواح الكهروضوئية للاستخدام المنزلي أو إنتاج الهيدروجين.
قال الباحثون: “قد يُسهم الجمع بين جمع المياه والطاقة عبر شبكات الطاقة الشمسية الكهروضوئية الصغيرة في تعزيز الأمن المائي من خلال توفير المزيد من المياه للاستخدام المنزلي أو ري المحاصيل خلال موسم الجفاف”. وصرح الدكتور مارتن ج. واترلو ، المؤلف المراسل، لمجلة الطاقة الشمسية الكهروضوئية: “هناك عدد قليل جدًا من الدراسات الصغيرة التي تبحث في جمع المياه من الألواح الشمسية، وتحديد كمية التقاطها، ولكن البيانات العلمية نادرة للغاية ” .
يعتمد نظام تجميع المياه الذي صممه الفريق على ألواح شمسية كهروضوئية ثابتة الميل. أسفل كل لوح، يوجد ميزاب رئيسي لجمع المياه المتدفقة من الألواح، ثم تُوجَّه إلى نظام نقل مياه ثانوي يربط وحدات الألواح الشمسية الكهروضوئية بمنشآت الترشيح وتخزين المياه.
افترض الفريق فقدانًا في مخزون المياه على اللوح بمقدار 1 مم، أي أن مياه الأمطار تُحتجز أو تتبخر من اللوح قبل أن يتم جمعها. كما افترضوا معامل جريان قدره 0.9، أي أن 90% من المياه التي تسقط على اللوح يتم جمعها. وافترضوا أيضًا فقدانًا أوليًا في التدفق بمقدار 3 مم، أي أن المليمترات القليلة الأولى التي تسقط على اللوح بعد فترة جفاف تكون ملوثة بالتربة، وبالتالي لا يمكن استخدامها. تشمل المنطقة التي تم تحليلها منطقتين: منطقة الساحل ومنطقة الساحل نفسها.
بعد تصميم النظام، قام الأكاديميون بحساب إمكاناته في حصاد المياه وإنتاج الطاقة في منطقة الساحل الأفريقي. ووجدوا أن هذا النظام، الذي يلبي احتياجات الطاقة بشكل كامل، قادر على تلبية ما يصل إلى 7% من احتياجات المياه المنزلية.
تشمل منطقة الساحل أجزاء من موريتانيا والسنغال وغامبيا وغينيا بيساو وغينيا وسيراليون ومالي والجزائر وكوت ديفوار وبوركينا فاسو وغانا وتوغو وبنين والنيجر ونيجيريا والكاميرون وتشاد وليبيا وجمهورية أفريقيا الوسطى والسودان وإريتريا وإثيوبيا وجيبوتي والصومال.
تشمل المنطقة المختارة أيضًا أجزاءً من المملكة العربية السعودية واليمن وعُمان شرقًا، وهي ليست جزءًا من منطقة الساحل. علاوةً على ذلك، يشمل الجزء الشمالي من الامتداد أيضًا أجزاءً قاحلة من الصحراء الكبرى، وفقًا لما أوضحته المجموعة. “يُعرّف الساحل هنا بأنه المنطقة الواقعة ضمن منحنيي متوسط هطول الأمطار السنويين اللذين يتراوحان بين 150 و850 ملم”.
بناءً على بيانات من الدول المعنية، درس الباحثون أسرةً مكونةً من 6.9 أفراد، تستهلك 136 لترًا من الماء يوميًا و4.5 كيلوواط/ساعة من الكهرباء. لتلبية احتياجات منطقة الساحل من الكهرباء، يلزم تركيب ألواح شمسية بمساحة 4.1 متر مربع في الشمال الجاف، وحوالي 6 أمتار مربعة في الجنوب الرطب. تُستخدم هذه المساحة بعد ذلك كعامل في حساب كمية المياه المتدفقة من الألواح إلى منطقة التخزين. استُخلصت قيم هطول الأمطار والإشعاع الشمسي من قواعد بيانات الطقس.
أظهرت النتائج أن “إمكانية حصاد مياه الأمطار الصافية كانت سلبية في الصحراء الكبرى، حيث تتجاوز خسائر الاعتراض وطلبات مياه التنظيف مدخلات الأمطار”. وأضافت: “تراوحت نسبة الطلب المنزلي على المياه، التي يُحتمل أن توفرها مياه الأمطار، بين حوالي 1% على طول الحدود الشمالية وحوالي 7% على طول الحدود الجنوبية. وتتجاوز النسب في جنوب الساحل 20% نظرًا لارتفاع مدخلات الأمطار وزيادة مساحة ألواح الطاقة الشمسية الكهروضوئية”.
علاوة على ذلك، حسبت المجموعة قدرة أنظمة الطاقة الكهروضوئية المنزلية على توفير الكهرباء ومياه الأمطار لإنتاج كيلوغرام واحد من الهيدروجين يوميًا. ووفقًا لتحليلهم، في جنوب الساحل، يمكن للنظام تلبية احتياجات الطاقة والمياه للتحليل الكهربائي، حيث يغطي فائض مياه الأمطار ما يصل إلى 50% من الطلب اليومي على المياه للأسرة. وحُسبت فوائض أعلى – تتجاوز 100% من احتياجات المياه المنزلية – في مناطق جنوب الساحل، بما في ذلك نيجيريا وبوركينا فاسو وبنين وشمال غرب إثيوبيا.
عُرضت نتائجهم في دراسة بعنوان ” إمكانات حصاد مياه الأمطار من أنظمة الطاقة الكهروضوئية في منطقة الساحل “، نُشرت في مجلة Water-Energy Nexus. ساهم في البحث باحثون من شركة أكاسيا ووتر الاستشارية الهولندية، ومعهد IHE Delft لتعليم المياه، ومركز Cetaqua الإسباني لتكنولوجيا المياه.
رابط الموقع :
