لماذا لا توجد سيارات؟

أطفال فضوليون هي سلسلة للأطفال من جميع الأعمار.إذا كان لديك سؤال وترغب في أن يجيب عليه أحد الخبراء، أرسله إلى Curiouskidsus@theconversation.com.

---

لماذا لا توجد سيارات تعمل بالطاقة الشمسية؟- إيما، 16 سنة، سبرينجفيل، يوتا

---

السيارات الشمسية موجودة.أفضل مكان لرؤيتهم هو التحدي العالمي للطاقة الشمسية, وهو السباق الذي يقام كل عامين في أستراليا.يتعين على المتنافسين القيادة لمسافة حوالي 1870 ميلاً (3000 كيلومتر)، من داروين على الساحل الشمالي للبلاد إلى أديلايد على ساحلها الجنوبي، باستخدام الطاقة من الشمس فقط.

تبدو العديد من السيارات التي تتنافس في هذا السباق أشبه بألعاب الملاهي أو مركبات الخيال العلمي أكثر من السيارات التي تراها على الطريق.وهذا يخبرك شيئًا عن سبب عدم كون السيارات الشمسية خيارًا للسفر اليومي، على الأقل حتى الآن.

جمع ما يكفي من ضوء الشمس

وبينما يسقط الكثير من ضوء الشمس على الأرض خلال النهار، فإن الضوء تصبح متناثرة أثناء انتقاله عبر الغلاف الجوي، فإن الكمية التي تصل إلى أي سطح تكون منخفضة إلى حد ما.متوسطها على مدار عام كامل لإزالة آثار الفصول المختلفة، فهو على وشك 342 واط لكل متر مربع, ، ومساحتها تعادل حوالي 10 أقدام مربعة.هذه قوة كافية تقريبًا للتشغيل ثلاجة قياسية.

تختلف أحجام السيارات كثيرًا، ولكن السيارة كاملة الحجم في الولايات المتحدة.يكون يبلغ طوله حوالي 18 قدمًا وعرضه 6 أقدام, ، بحيث تبلغ مساحتها الأفقية حوالي 100 إلى 110 قدم مربع (9 إلى 10 أمتار مربعة).وهذا من شأنه أن يجمع ما يقرب من 3420 واط، وهو ما يكفي للتشغيل ثلاجة وغسالة صحون وفرن ميكروويف.

إن مزارع الطاقة الشمسية الكبيرة التي ترسل الكهرباء إلى المدن والبلدات تعوض حقيقة انتشار ضوء الشمس عبر هذه المساحة الكبيرة عن طريق وضع ملايين الألواح الشمسية عبر آلاف الأفدنة.يستخدم البعض، خاصة في المناطق الصحراوية، حقول المرايا تركيز طاقة الشمس.لكن السيارة القياسية لا تحتوي على مساحة سطحية كافية لجمع الكثير من الطاقة الشمسية.

تحويل ضوء الشمس إلى طاقة

هناك مشكلة أخرى وهي أن الألواح الشمسية اليوم ليست فعالة جدًا في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.عادة، كفاءتهم حوالي 20%, مما يعني أنها تحول حوالي خمس الطاقة الشمسية التي تصل إليها إلى تيار كهربائي.

وهذا يعني أن سقوط 3420 واطًا من الطاقة الشمسية على سيارة متوسطة مغطاة بألواح شمسية لن ينتج سوى حوالي 684 واطًا يمكن للسيارة استخدامها.وبالمقارنة، فإنه يستغرق حوالي 20000 واط للسيارة الكهربائية أن تسير بسرعة 60 ميلاً في الساعة (100 كيلومتر في الساعة).

تميل المركبات التي تتنافس في التحدي العالمي للطاقة الشمسية إلى أن تكون كبيرة الحجم ولها تصميمات تزيد من مساحة سطحها الأفقية.وهذا يساعدهم على جمع أكبر قدر ممكن من ضوء الشمس.كمركبة مفهوم، لا بأس بذلك، لكن معظم الطرازات لا تحتوي على العديد من النوافذ، أو مساحة لأي شيء باستثناء السائق.

عندما لا تشرق الشمس

وهناك تحدٍ آخر يتمثل في أن المواقع الجغرافية وساعات النهار والظروف الجوية كلها تؤثر على كمية الطاقة الشمسية التي يمكن توليدها.

الأرض هي مائلة على محورها, لذلك لا تتلقى جميع المناطق كميات متساوية من ضوء الشمس في أي وقت.عندما يميل نصف الكرة الشمالي نحو الشمس، يتعرض الجزء العلوي من الكرة الأرضية بشكل أكبر للشمس ويلاحظ فصلي الربيع والصيف، بينما يكون نصف الكرة الجنوبي أكثر برودة وأكثر قتامة.عندما يميل النصف الجنوبي من الكوكب نحو الشمس، تحصل المناطق الموجودة في النصف الجنوبي من الأرض على المزيد من الشمس النصف العلوي يحصل على أقل.

تحصل المناطق القريبة من خط الاستواء على ضوء شمس ثابت طوال العام، لذا فإن المناطق الأقرب إليها - مثل جنوب كاليفورنيا أو الصحراء الكبرى - لديها طاقة شمسية أكثر كثافة من الأماكن الأقرب إلى قطبي الأرض، مثل ألاسكا.

ستواجه السيارات الشمسية أيضًا صعوبة في جمع ما يكفي من ضوء الشمس في الأيام الملبدة بالغيوم أو الممطرة.حتى المرافق الكبيرة التي لديها مزارع شمسية ضخمة يجب أن تخطط لها الأوقات التي لا تشرق فيها الشمس.

ويحتاج السائقون إلى تشغيل سياراتهم ليلاً.لكي تعمل السيارة الشمسية بعد حلول الظلام، ستحتاج إلى استخدام طاقة إضافية جمعتها خلال النهار وتخزينها في البطارية.تعمل الألواح الشمسية والبطاريات على زيادة وزن السيارة، وتحتاج السيارات الأثقل إلى المزيد من الطاقة لتشغيلها.

يعمل الباحثون على تصميم سيارات تعمل بالطاقة الشمسية أكثر ملاءمة للاستخدام اليومي.ولكي يحدث هذا، سيحتاج المصممون إلى ذلك جعل الألواح الشمسية أكثر كفاءة في تحويل ضوء الشمس إلى طاقة وتصميم الألواح الشمسية أكثر ملاءمة للسيارات.وسيكون من المهم أيضًا جعل أنظمة الطاقة الشمسية للسيارات أرخص، حتى يتمكن المشترون العاديون من تحمل تكاليفها.

في الوقت الحالي، الخيار الأقرب للسيارة الشمسية هو مركبة كهربائية التي يتم شحنها في المنزل أو في محطة الشحن.اعتمادًا على كيفية توليد تلك الكهرباء، من المحتمل أن تكون بعض الطاقة التي تتدفق إلى هذه السيارات من الألواح الشمسية وتوربينات الرياح وسدود الطاقة الكهرومائية أو غيرها من المصادر المتجددة.وسوف ترتفع هذه الحصة مع سعي الدول إلى تحقيق ذلك التحول إلى الطاقة النظيفة على مدى العقود القليلة المقبلة.إذا كنت تقود أو تركب سيارة كهربائية، فمن المحتمل أنك تسافر باستخدام الطاقة الشمسية الآن.

---

مرحبًا أيها الأطفال الفضوليون!هل لديك سؤال تود أن يجيب عليه أحد الخبراء؟اطلب من شخص بالغ أن يرسل سؤالك إليه CuriousKidsUS@theconversation.com.من فضلك أخبرنا باسمك وعمرك والمدينة التي تعيش فيها.

وبما أن الفضول ليس له حد عمري - أيها البالغون، أخبرنا بما تتساءل عنه أيضًا.لن نتمكن من الإجابة على كل الأسئلة، لكننا سنبذل قصارى جهدنا.