ما الطاقة الشمسية

تختلف مصادر الطاقة المستخدمة في تشغيل أنظمة الري حسب نوع النظام وموقعه. ومن بين هذه الطاقات:

1- الكهرباء: يستخدم العديد من أنظمة الري الكهرباء كمصدر للطاقة، مثل الأنظمة التي استخدم فيها طلمبات لضخ المياه وأنظمة الري الحديثة التي تحتوي على محركات كهربائية.

2- النفط والغاز: بعض الأنظمة التي تعمل على المحروقات الأحفورية، مثل مضخات النفط وأجهزة التحكم في الاحتراق، تستخدم النفط والغاز كمصدر للطاقة.

3- الطاقة الشمسية: تعتمد بعض أنظمة الري على الطاقة الشمسية كمصدر للطاقة، ويتم تخزين الطاقة في بطاريات الطاقة الشمسية وتستخدم لتشغيل المضخات والتحكم الأوتوماتيكي في الري.

4- الطاقة الحرارية: يتم استخدام الطاقة الحرارية في بعض المناطق الصحراوية لتشغيل أنظمة الري، ويتم تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية إلى طاقة ميكانيكية، وتستخدم لتشغيل المضخات وتحريك مياه الري.

هناك العديد من الطرق التي يمكن استخدام الرياضيات التطبيقية في مجال الطاقة ، بما في ذلك:

1- تحليل البيانات: تستخدم الرياضيات التطبيقية في تحليل البيانات المتعلقة بالطاقة ، مثل الإنتاج الشمسي أو استهلاك الوقود ، والتي يتم جمعها عادة عن طريق الاستشعار عن بعد أو الأجهزة الاختبارية.

2- نمذجة النظم: يمكن استخدام الرياضيات التطبيقية في تصميم نماذج لنظم الطاقة ، مثل الطاقة الشمسية أو الرياح ، وعلى سبيل المثال تحديد كيفية استخدام التقنيات المختلفة والمصادر لتلبية الطلب على الطاقة.

3- الإحصاء: يمكن استخدام الرياضيات التطبيقية في حساب الاحتمالات والإحصائيات المتعلقة بالتقنيات المختلفة لإنتاج الطاقة ، ومن ثم تحديد مدى تأثيرها على البيئة.

4- الهندسة: يمكن استخدام الرياضيات التطبيقية في تحليل وتقدير الأحمال والزوايا والمسافات والحرارة للأجزاء الحيوية في مرافق الطاقة.

5- المحاكاة: يمكن استخدام الرياضيات التطبيقية في إنشاء نماذج محاكاة لمرافق الطاقة ، والتي يمكن استخدامها لتحليل تأثير التغييرات المحتملة على الأداء.

تختلف أنظمة الكهرباء في المباني حسب الاستخدام المقصود للمبنى والتيار الكهربائي المستخدم. ومن بين الأنظمة الأساسية:

1- نظام الإضاءة: وهو نظام يستخدم لتوفير الإضاءة اللازمة داخل المبنى.

2- نظام التيار الكهربائي المنزلي: وهو نظام يستخدم لتوصيل الأجهزة المنزلية بالتيار الكهربائي.

3- نظام الطاقة الشمسية: وهو نظام يستخدم لتوليد الطاقة الكهربائية باستخدام الطاقة الشمسية.

4- نظام الطاقة الريحية: وهو نظام يستخدم لتوليد الطاقة الكهربائية باستخدام الطاقة الريحية.

5- نظام الطاقة الحرارية: وهو نظام يستخدم لتوليد الطاقة الحرارية وتحويلها إلى طاقة كهربائية.

تستخدم النظم الحاسوبية في تحليل الدوائر الكهربائية لمساعدة المهندسين والفنيين على فهم سلوك الدوائر وتحديد القيم المثالية للمكونات الكهربائية المستخدمة فيها. تشمل طرق استخدام النظم الحاسوبية لتحليل الدوائر الكهربائية ما يلي:

1- استخدام برامج التحليل الكهربائية: تتيح هذه البرامج إدخال قيم المكونات الكهربائية في الدائرة وتحليل سلوكها بما في ذلك التيار والجهد والقدرة والمقاومة والسعة والحث.

2- استخدام برامج المحاكاة: تسمح هذه البرامج للمستخدم بإدخال تقديرات لقيم المكونات الكهربائية وتحاكي تفاعلات الدوائر. يمكن للمستخدم تغيير قيم المكونات إلى أن تحقق النتائج المرجوة.

3- استخدام برامج الرسوم البيانية: تسمح هذه البرامج للمستخدم بعمل مخططات ورسوم بيانية للدوائر الكهربائية وتوضيح سلوكها.

4- استخدام البرمجيات الخاصة: من الممكن أن تكون الدوائر الكهربائية المستخدمة في مجالات معينة، مثل الطاقة الشمسية أو السيارات الكهربائية، تحتاج إلى البرمجيات الخاصة التي يتم تطويرها لتلبية الاحتياجات الفريدة لهذه المجالات.

يمكن تحسين كفاءة نظام الري عن طريق تحسين الأنظمة الكهربائية على النحو التالي:

1- استخدام محركات كهربائية فعالة في استهلاك الطاقة.

2- استخدام الشمسية المنخفضة الطاقة في الاستخدامات الصغيرة.

3- توفير طاقة الوقود عن طريق استخدام الخلايا الشمسية أو الطاقة الشمسية.

4- تحديث الأنظمة القديمة بأنظمة متطورة وفعالة في استهلاك الطاقة.

5- توفير فرص زيادة الإنتاجية المزرعية وتقليل الفوائض التي قد تؤدي لتبذير الموارد المائية.

6- تحديث أنظمة الإدارة والمراقبة للري وتوفير البيانات عن الإستخدام الفعلي للمياه.

7- توفير الأنظمة المتكاملة والمستندة إلى الاستشعار عن بُعد والذكاء الاصطناعي وشبكات الاتصالات الفاعلة لتعزيز كفاءة استهلاك المياه.

هناك عدة دوائر كهربائية تستخدم في أنظمة الطاقة الشمسية، ومن أهمها:

1. دائرة التوصيل الكهربائي (Electrical Connection Circuit): تستخدم لتوصيل الألواح الشمسية ببعضها البعض لزيادة الجهد الكهربائي والتيار.

2. دائرة التحكم والمراقبة (Control and Monitoring Circuit): تستخدم لرصد وتحكم في أداء الألواح الشمسية ونظام البطارية والتحكم في تحويل الطاقة.

3. دائرة التحويل (Conversion Circuit): تستخدم لتحويل الطاقة المستخرجة من الألواح الشمسية إلى طاقة كهربائية تستخدم لتشغيل الأجهزة المنزلية أو تخزينها في البطارية.

4. دائرة البطارية (Battery Circuit): تستخدم لتخزين الطاقة الكهربائية المستخرجة من الألواح الشمسية للاستخدام في وقت لاحق عندما لا يكون هناك ضوء شمس.

5. دائرة التوزيع (Distribution Circuit): تستخدم لتوزيع الطاقة الكهربائية المستخرجة من الألواح الشمسية والبطارية إلى الأجهزة المنزلية المختلفة.

هذه هي بعض الدوائر الرئيسية المستخدمة في أنظمة الطاقة الشمسية، ويتم تصميم الدوائر بناءً على احتياجات النظام وحجم الألواح الشمسية والبطارية والأجهزة المتصلة بها.

أنظمة الطاقة المتجددة هي الأنظمة التي تعتمد على مصادر طبيعية للطاقة مثل الشمس والرياح والماء والحرارة الأرضية والبيومساسة، وتهدف إلى توليد الكهرباء بطريقة صديقة للبيئة وغير متلوثة ومستدامة للمستقبل.

ومن أشهر أنواع أنظمة الطاقة المتجددة:

1. الطاقة الشمسية: وتُعَدّ الخلايا الشمسية من أهم مصادر الطاقة الشمسية حيث تستخدم لتحويل الضوء الشمسي إلى كهرباء.

2. الطاقة الرياحية: وتعتمد على محركات الرياح التي تحول حركة الهواء إلى كهرباء.

3. الطاقة المائية: وتستخدم لتحويل الحركة الميكانيكية للماء إلى كهرباء.

4. الطاقة الحرارية: وتستخدم لتحويل الحرارة الناتجة عن المصادر الحرارية إلى كهرباء.

وتستخدم أنظمة الطاقة المتجددة في الدوائر الكهربائية بشكل شائع لتوليد الكهرباء اللازمة للأجهزة المنزلية والصناعية، وأصبحت الطاقة المتجددة في السنوات الأخيرة تلقى اهتماماً كبيراً في جميع أنحاء العالم كبديل للاعتماد على الطاقة الأحفورية والتي تشكل خطراً على البيئة.

هناك العديد من أنواع أنظمة القدرة الكهربائية ، ومن بينها:

1. نظام الطاقة العادية AC: يستخدم في معظم التطبيقات الكهربائية ويعتمد على توليد تيار متردد (AC).

2. نظام الطاقة المستمرة DC: يستخدم في مجالات مثل الروبوتات والمحركات الصغيرة ويعتمد على توليد تيار مستمر (DC).

3. نظام الطاقة الشمسية: يستخدم لتوليد الطاقة الكهربائية من الطاقة الشمسية باستخدام الخلايا الشمسية.

4. نظام الطاقة الرياح: يستخدم لتوليد الطاقة الكهربائية من حركة الرياح باستخدام المولدات الرياح.

5. نظام الطاقة الحرارية: يستخدم لتوليد الطاقة الكهربائية من الحرارة المتولدة عن الاحتراق أو الانفجار أو التفاعلات النووية.

6. نظام الطاقة النووية: يستخدم لتوليد الطاقة الكهربائية من التفاعلات النووية.

7. نظام الطاقة الهيدروليكية: يستخدم لتوليد الطاقة الكهربائية من حركة المياه باستخدام المحركات المائية.

آلات الزراعة العضوية هي الأدوات والمعدات التي تستخدم في ممارسة الزراعة العضوية المستدامة. وهي عادة تختلف عن الزراعة التقليدية في أنها تعتمد على التقنيات الحديثة والذكية ولكن بدون استخدام المواد الكيميائية الضارة والمصنوعات الصناعية الأخرى.

ومن بين آلات الزراعة العضوية الشائعة:

1- الآلات المزروعة (الزراعة بدون حراثة)، وهي عبارة عن معدات تستخدم لإزالة الأعشاب الضارة وإدارة التربة دون استخدام الحراثة والجرارات الثقيلة.

2- الآلات المستخدمة في تحويل المخلفات العضوية إلى سماد، وتشمل مجموعة واسعة من المعدات مثل طاحونات الهواء، وآلات الكمبوست الأفقية والرأسية، وغيرها.

3- آلات الري المستدام، وتشمل أنظمة الري بالتنقيط وأخرى تعتمد على الطاقة الشمسية.

4- ماكينات الزرع اليدوية وشبه الآلية، وهي تشمل المشابك وآلات الزراعة الدلوية والمحمومة وحافات الصفوف وغيرها.

5- الماكينات المتخصصة التي تستخدم للتحكم في الآفات والأمراض والفيروسات عن طريق مكافحة الآفات الطبيعية مثل الحشرات الفاقدة للطيران والثعابين والقطط البرية.

تعمل الإلكترونيات العضوية عن طريق استخدام مواد عضوية، أي مواد تحتوي على الكربون، كمادة أساسية للأجهزة الإلكترونية. فمثلاً، يمكن استخدام البوليمرات (البلاستيك) كمادة أساسية لتصنيع شاشات العرض، أو الألياف الضوئية، أو الطاقة الشمسية.

تختلف الإلكترونيات العضوية عن الإلكترونيات التقليدية (التي تستخدم المواد غير العضوية) في عدة جوانب، بما في ذلك:

– التكلفة: حيث تعتبر الإلكترونيات العضوية أكثر اقتصادية لأنها تعتمد على مواد طبيعية أرخص تكلفة.
– المرونة: حيث يمكن تصميم الإلكترونيات العضوية بشكل يسمح بمرونتها، كما يتبنى تصنيع المواد ذات الغشاء الرقيق والمسطح المقبض (Flexible and flat membranes).
– الأداء: قد يكون الأداء العضوي محدودًا مقارنةً بالأجهزة التقليدية، حيث يعمل عدد قليل من الأجهزة العضوية بطريقة فعالة لكن في المقابل، فهناك العديد من التطبيقات التي يتم تحسينها يومًا بعد يوم مثل تطوير بطاريات وصناعة الكشافات العضوية.

إضافة إلى ذلك، تستخدم الإلكترونيات العضوية تقنية جديدة تسمى “الزلزالية” (Piezoelectricity) التي تمكن المواد العضوية من إنتاج التيار الكهربائي عند تعرضها للضغط والتحميل، والتي تُعد ميزة فريدة لهذه التقنية، وذلك بفضل خصائصها الجديدة التي يمكن من خلالها تحويل الطاقة الميكانيكية (الحركية) إلى طاقة كهربائية.