الإشعاع الشمسي الذي يدخل الغلاف الجوي هو مصدر مباشر للطاقة الشمسية. هناك طريقتان لتسخير طاقة الشمس: الطاقة الشمسية الحرارية والطاقة الكهروضوئية. هذا يقودنا إلى السؤال: أيهما أفضل؟ اقرأ المقال لمعرفة هذا وغيره من الحقائق ذات الصلة.
الطاقة الشمسية الحرارية مقابل الطاقة الكهروضوئية - نظرة عامة
تُعرف أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية أيضًا باسم أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية وأنظمة الطاقة الشمسية الحرارية، وهما تقنيتان متميزتان يتم شرحهما أدناه:
الطاقة الشمسية الضوئية
تُعدّ ظاهرة التأثير الكهروضوئي، التي يتفاعل فيها الفوتون، وهو أحد المكونات الأساسية للضوء، مع لوحة مصنوعة من أشباه الموصلات، أساس الطاقة الكهروضوئية. المكون الرئيسي لأشباه الموصلات هو السيليكون. يُطلق الفوتون إلكترونات عند اصطدامه بأشباه الموصلات. ونتيجةً لتعرضه للضوء، يُنتج هذا التفاعل طاقة. تُشكّل أشباه الموصلات في طبقات رقيقة تُولّد تيارًا كهربائيًا في الألواح الشمسية الكهروضوئية. هذه الأشباه الموصلات هي المادة التي تُصنع منها الخلايا الشمسية. يتم التقاط التيار الكهربائي بواسطة أشباه الموصلات وتحويله إلى طاقة للمنازل والشركات.
الطاقة الشمسية الحرارية
تُنتج أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية الحرارة، بينما تُنتج الألواح الكهروضوئية الطاقة الكهربائية . يستهلك كلا النظامين طاقة قليلة، لكن لا يُمكن استخدام الألواح الكهروضوئية إلا في الأيام المشمسة. في الأيام الغائمة، يظل النظام فعالاً، لكن قدرته على إنتاج الطاقة تنخفض بنسبة تتراوح بين 10% و30%. يُمكن تخزين المياه المُسخّنة باستخدام تقنية الطاقة الشمسية الحرارية لاستخدامها لاحقاً، مما يزيد من كفاءة الطاقة. عادةً ما تُخزّن المياه الساخنة في خزانات المياه الساخنة في أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية إلى حين الحاجة إليها.
الطاقة الشمسية الحرارية المركزة مقابل الطاقة الكهروضوئية - ما هو الفرق؟
في البداية، تُولّد أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية المركزة (CSP) الكهرباء عن طريق تحويل الطاقة الشمسية إلى حرارة عالية. وتتمثل آلية عمل هذه التقنية في تركيز طاقة الشمس بواسطة عدد من العاكسات، ثم تُستخدم هذه الطاقة المركزة لتشغيل مولد كهربائي ومحرك حراري. تنقسم محطات هذا النظام إلى قسمين: أحدهما يجمع الطاقة الشمسية ويحولها إلى حرارة، والآخر يحول الطاقة الحرارية إلى كهرباء. ويتم إنتاج التيار المتردد (AC) بشكل غير مباشر من خلال أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية المركزة، مما يُسهّل توزيعه على شبكة الكهرباء.
على النقيض من ذلك، تختلف الخلايا الشمسية الكهروضوئية تمامًا عن الطاقة الشمسية المركزة. تستخدم الألواح الشمسية الكهروضوئية ضوء الشمس، بينما تستخدم الطاقة الشمسية المركزة طاقة الشمس. بعبارة أخرى، تُعدّ الكهروضوئية عملية تحويل الضوء مباشرةً إلى طاقة . تمتص الخلايا الشمسية الكهروضوئية الضوء، مما يؤدي إلى تحرير الإلكترونات. هكذا تعمل. يُولّد التيار الناتج عن تدفق الإلكترونات الحرة تيارًا كهربائيًا مباشرًا بعد التقاطه ونقله إلى الأسلاك (تيار مستمر). بعد توليده، يُحوّل التيار المباشر إلى تيار متردد، عادةً باستخدام محولات التيار، ليتم توزيعه عبر شبكة الكهرباء.
اقرأ أيضاً: كيف تعمل الطاقة الشمسية الحرارية؟
الطاقة الشمسية الحرارية مقابل الطاقة الكهروضوئية – أيهما أكثر كفاءة؟
على عكس نظام الطاقة الشمسية الحرارية، الذي لا يتطلب سوى 3-4 أمتار مربعة من مساحة السطح، قد يتطلب نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية مساحة تصل إلى 10 أمتار مربعة. ويعود ذلك إلى كفاءته العالية. تتراوح كفاءة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بين 15% و20% ، بينما يستطيع نظام الطاقة الشمسية الحرارية تحويل حوالي 90% من الإشعاع إلى حرارة. وقد ارتفعت هذه النسبة باطراد مع تطور تكنولوجيا الألواح الشمسية. تجدر الإشارة إلى أنه في حال استخدام نظام الطاقة الشمسية الحرارية لتسخين المياه، فإنه سيحتاج إلى مساحة داخلية. أما المساحة المطلوبة لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية فتشغلها الخلايا الشمسية بالكامل تقريبًا، ولا تشغل سوى مساحة ضئيلة. إضافةً إلى ذلك، لا يحتاج نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية إلا إلى إضافة بضعة أسلاك ومحول كهربائي داخل المبنى، مما يجعله يشغل مساحة صغيرة جدًا.
رغم أن نظام التسخين الشمسي قد يكون أكثر فعالية، خاصةً في غلي الماء، إلا أنه ينطوي على بعض العيوب. فعمره الافتراضي، وصعوباته العامة، ومتطلبات صيانته، كلها أعلى عمومًا. تخيل مدى تعقيد نظام التسخين الشمسي ، فهو يمتص الضوء، ويحوله إلى طاقة، ثم يسخن الهواء أو الماء في منطقتك. وعلى عكس نظام الخلايا الكهروضوئية، الذي يولد الطاقة للاستخدام الواسع، فإن نظام التسخين الشمسي، بمكوناته الكثيرة وأجزائه المتحركة، يزيد من احتمالية حدوث مشاكل وتكاليف إضافية.
اقرأ أيضاً: هل يمكنك تشغيل الألواح الشمسية بدون محول طاقة؟
الطاقة الشمسية الحرارية مقابل الطاقة الكهروضوئية – أيهما يتمتع بسعة أكبر؟
تتجاوز قدرة أكبر محطات الطاقة الكهروضوئية 500 ميغاواط ، بينما تبلغ القدرة القصوى لأكبر محطات الطاقة الحرارية 400 ميغاواط. وبشكل عام، تُنتج محطات الطاقة الحرارية طاقة أقل مقارنةً بهذه النطاقات.
الطاقة الشمسية الحرارية مقابل الطاقة الكهروضوئية – أيهما أكثر تكلفة؟
تكلفة نظام الطاقة الكهروضوئية
تتأثر تكلفة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بالرغبة في الحصول على الكهرباء. عادةً، يلزم نظام طاقة شمسية كهروضوئية بقدرة 3 كيلوواط لأسرة نووية مكونة من ثلاثة إلى أربعة أشخاص.
من الشائع استخدام 10 إلى 12 لوحة شمسية لنظام بقدرة 3 كيلوواط، حيث تنتج كل لوحة 300 واط من الكهرباء. تتراوح التكاليف بين 4,500 و6,500 دولار أمريكي . وقد تتراوح تكلفة مجموعة واحدة بين 500 و600 دولار أمريكي.
تكلفة نظام الطاقة الشمسية الحرارية
تُعدّ أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية أرخص قليلاً من أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية. وقد تتراوح تكلفة نظام الطاقة الشمسية المناسب لمنزلك بين 3000 و6,000 دولار.
في حالات أخرى، قد يرتفع السعر. تتطلب الأنظمة الحرارية صيانةً أكثر من أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية. ستحتاج إلى صيانة أنظمة التدفئة لديك كل ثلاث إلى خمس سنوات.
اقرأ أيضاً: ما هي محطة شحن السيارات الكهربائية بالطاقة الشمسية التي يمكنك صنعها بنفسك؟
الطاقة الشمسية الحرارية مقابل الطاقة الكهروضوئية – أيهما أفضل؟
يمكن تحويل الطاقة بسهولة من شكل إلى آخر، لكن ذلك يقلل من كفاءتها. لذلك، يُفضل اختيار نوع الطاقة الحيوية التي تحتاجها أولًا.
يُعدّ نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية الخيار الأمثل إذا كنت ترغب في الحصول على الكهرباء. أما إذا كنت بحاجة إلى الطاقة الحرارية، فيُفضّل استخدام الطاقة الشمسية الحرارية. لنفترض أنك تحتاج إلى كلٍّ من الطاقة الحرارية والكهربائية. في هذه الحالة، يُعدّ نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية خيارًا أفضل من الطاقة الشمسية الحرارية ، لأنه بفضل التكنولوجيا الحالية، يُمكن تحويل الطاقة الكهربائية بسهولة إلى أي شكل آخر من أشكال الطاقة. كما أن أنظمة الطاقة الشمسية تزداد كفاءةً يومًا بعد يوم. وقد انخفضت تكلفة وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية بنسبة 80% منذ عام 2009. في المقابل، كانت التطورات التكنولوجية في صناعة الطاقة الشمسية الحرارية أقل أهمية.
تُستخدم الطاقة الشمسية الحرارية والطاقة الشمسية الكهروضوئية بطرق مختلفة؛ ففي الغالب، تلتقط الطاقة الحرارية الحرارة بينما تُولّد الطاقة الكهروضوئية الكهرباء. بعد أن تعرفنا على بعض خصائص أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية والطاقة الكهروضوئية، يمكننا بسهولة استنتاج أن الطاقة الشمسية الحرارية أكثر كفاءة وأقل تكلفة، بينما تُوفّر الطاقة الكهروضوئية طاقة إنتاجية أكبر.
توصيات: 4 عيوب للأجهزة الموفرة للطاقة
