الألياف البصرية في تطبيقات الطاقة الشمسية


#1

أصبحت الطاقة الشمسية في الآونة الأخيرة مصدر للطاقة البديلة نظراً للتذبذب بأسعارالنفط / الفحم…والتلوث البيئي الناجم عنها من قضايا الاحتباس الحراري وزخم الانبعاثات الناجمة عن عمليات الاحتراق ومن زيادة في الطلب على الطاقة وارتفاع تعرفتها من حين لآخر …

وكما نعلم أنّ الطاقة الشمسية هي الأهمْ توجهاً حالياً لما تحمله من ميّزات :: فهي تشكل مصدر مجانيّ للوقود الذي لا ينضب
وما تحمله من طاقة هائلة, بحيث أنّ حجم الشمس يعادل 333 ألف مرة حجم الأرض وبحيث أنّ مقدار الاشعاع الشمسي الواصل للأرض يعادل (174PW)بيتاواط فهو مصدر موجود بوفرة ويمكن استغلاله في أيّ مكان , عدا عن ذلك فهي طاقة نظيفة ، بحيث انها لا تنتج أيّ نوعمن أنواع التلوث البيئيّ بالإضافة لذلك أنّ أنظمتها لا تحتاج لتدخلات حكومية كبيرة … أو “كبار” المستثمرين كما لوكنت بحاجة لبناء سد كبير أو محطة نووية أو مزرعة رياح لتوليد الكهرباء وأيضاًهناك الكثير , ونظراً لذلك فهي تعد أكبرمصدرللطاقةالمتجددة في العالم .

ومثال جيد على هذه التطبيقات حقول لتوليدالطاقة الكهربائية , بحيث أنّ الإشعاع الشمسي الواصل للخلايا الشمسية يكون كبير جداً … , لذلك نرى أنّ قيمة التيار الناتج عن هذا النظام نتيجة تركيز حرارة الشمس يكون عالٍ جداً huge current leakage مما يؤدّي إلى تشويش إشارات التحكم للمعدات المرتبطة به, وبالتالي في هذه الحالة فانّ العزل الجلفاني مهم جداً لحماية الأجهزة والمعدّات ولذلك قامت بعض الشركات في الآونة للأخيرة باستخدام ما يُعْرَفْ بِFiber-optic“الألياف البصرية” وذلك لِتوفير العزْل الجلفاني حماية المعدّات وبالتالي ضمان الجودة والموثوقية للنظام بالإضافة لذلك فإنّها تغطي مسافات أكبر مقارنة مع الأسلاك النحاسية بحيث أنّ ذلك مهم جداً في الأنظمة التي تغطي مساحات واسعة بالإضافة لذلك فهي تتحكم بِ tracking capabilities للنظام الشمسي … وما يميّزها في هذه الأنظمة ذات المساحات الكبيرة أننا بحاجة للتحكم بكافة الخلايا الشمسية من رصد حركتها و مراقبتها وذلك لا يتم إلّا مع كابل الألياف البصرية .

ولما تحمله الألياف البصرية من مزايا أدّى ذلك إلى ادخالها لعمل التحسينات العملية المرادة لنظام أو لتطبيق معين بطريقة مبتكرة ….

مرور تفصيلي سريع

** مكونات ::

  1. القلب(Core) :هو مركز الألياف وينتقل الضوء عبره .

  2. الغلاف’الحاجب’(Cladding) :وهو المادة المحاطة بالقلب ومهمتها أن تعكس الضوء الخارج من القلب وتعيده إليه وذلك من خلال عملية “الإنعكاس الكلي الداخلي“والتي توفّرالسيطرةعلى(الزاوية التي تنتقل بها الموجات)مما يمكّن التحكم في أن تصل الموجة إلى وجهتها بكفاءةوهي أساس توجيه الضوء في الألياف

  3. غطاء الحماية “الواقي “ (Buffer Coating) : هو المسؤول عن حماية الألياف من الضرر و الكسر والمؤثرات الجوية .

  4. الغلاف (Jacket): هو الغطاء الخارجي للكابل ; بحيث أنّ “الكابل” يحوي ع. “حزم” ; ومجموعة الكوابل يشكل “ليف ضوئي” .

وكما ذكرنا سابقاًأنّ هناك ميّزات دعتنا لاستخدامها,ولكن ع. وجه تفصيلي أكثر:
توفر عدم التداخل(interference) في نقل الإشارات وبالتالي العزل الجلفاني … ونرى ذلك بوضوح في النظام الشمسي, وسيتم طرحه بنظرة تفصيلية::

وكما نعلم أن النظام الشمسي ( الحقول الشمسية ) نظام قائم على تحويل الطاقة عن طريق الوحدات الضوئية
من الضوء المباشر إلى كهرباء وعلى وجه التخصيص يكون هذا النظام مجهز بميّزات ذكية لمراقبة وضع الخلايا
وأدائها من اتجاه الألواح والتحكم في output الخرج الكهربائي والحرارة …

ما يميّز (الحقول الشمسية) بأن الإشعاع الشمسي يكون مركزي نحو الخلايا بالتالي كمية الحرارة الممتصة من قبل الخلايا تكون كبيرة جداً ممّا يؤدي إلى أنّ إنتاج الخلايا يكون كبير للطاقة الكهربائية

وبسبب هذه التيارات العالية high switching voltage and current المنقولة خلال الأسلاك النحاسية سيتشكل (fieldEM) مجال كهرومغناطيسي عالٍ ولذلك نرى أنّ المعدات المستخدمة switchgear transformers, circuit breakers تتلائم مع الخرج الكهربائي العالي وبالتالي لو كانت هناك أسلاك بذات الوقت ناقل لإشارة أخرى عدا إشارة الطاقة لحدث تداخل وتشويش …

ولمنع حصول ذلك من تداخل أو تشويش وبالتالي التأثير السلبي على المعدات المرتبطة بها مما دعا الباحثين للتوجه لحلول للتخلص من هذا العائق ووجدوا أنه من أهــم هذه الحلول التوجه لاستخدام (fiber)بحيث أنه الحل الأمثــل لضمان عدم تأثير المجال الكهرومغناطيسي على وضعية الاتصال والتحكم , فهي مستخدمة خاصة في الأنظمة ذات المساحات الكبيرة لتوفير الميزات الذكية التي ذكرت سابقاً , ونظراً إلى أنّها مصممة لنقل الإشارة الرقمية فهي غير قابلة للاشتعال نظراً لعدم مرور التيار الكهربائي بها وبذلك فإنه يوفر جودة عالية للنظام …

وبذلك نرى أنّه يلعب دور (ناقل التحكم) أمّا الأسلاك فهي (ناقل للطاقة) مما يوفر موثوقية أعلى أداء أفضل حماية أكبر للنظام الشمسي …