تُحوّل الألواح الشمسية أو الكهروضوئية ضوء الشمس إلى كهرباء، وتلعب دورًا هامًا في استغلال الطاقة الوفيرة من الشمس. تُستخدم الطاقة المُولّدة من الألواح لأغراض مُختلفة. إذا كنت تُفكّر في التحوّل من المصادر التقليدية إلى المصادر المُتجددة، فمن المهمّ فهم أنواع الألواح الشمسية. دعنا نكتشف كفاءتها وإنتاجيتها، ونتعرّف على أيّها مُناسب للتطبيقات السكنية والمكتبية.
كل ما تحتاج لمعرفته حول 4 أنواع من الألواح الشمسية
اللوح الشمسي أو اللوح الكهروضوئي هو جهاز يُحوّل الفوتونات، أي ضوء الشمس، إلى طاقة كهربائية. تُستخدم الألواح الشمسية لأغراض مُتنوعة. فإلى جانب تشغيل أنظمة الطاقة الشمسية التجارية والسكنية، تُشغّل الألواح الشمسية أنظمة الطاقة عن بُعد لمعدات الاتصالات، وأجهزة الاستشعار عن بُعد، والكبائن.
تجمع الألواح الشمسية الطاقة النظيفة من ضوء الشمس، ثم تُحوّلها إلى كهرباء. يعتمد عمل الألواح الشمسية بشكل رئيسي على التأثير الكهروضوئي. تُولّد الفوتونات التي تمتصها الألواح الشمسية تيارًا كهربائيًا. يُخرج هذا التيار الإلكترونات من مداراتها ويطلقها في المجال الكهربائي الذي تولّده الخلايا الشمسية. تُجذب هذه الإلكترونات الحرة إلى التيار الاتجاهي، وتُعرف هذه العملية باسم التيار الكهروضوئي.
اعتمادًا على المواد المستخدمة، هناك 4 أنواع من الألواح الشمسية المتوفرة في السوق.
1. الألواح الشمسية الكريستالات
تُستخدم بلورات سيليكون مختلفة في صناعة هذه الألواح الشمسية. وتتميز هذه الألواح بانخفاض تكلفتها نظرًا لقلة هدر المواد فيها، إن لم يكن انعدامه. يُصهر السيليكون ويُصب في قالب مربع يُعطيها شكلها. إلا أن هذه العملية تُقلل من نقاء السيليكون، مما يُؤدي إلى انخفاض مقاومتها للحرارة، وبالتالي انخفاض كفاءتها مقارنةً بالألواح أحادية البلورة. كما أن كفاءة هذه الألواح تنخفض في درجات الحرارة العالية. وبسبب شكلها، فإنها تشغل مساحة كبيرة.
2. الألواح الشمسية أحادية البلورية
تُصنع الألواح الشمسية أحادية البلورة من بلورات سيليكون نقية مفردة تُقطع إلى عدة رقائق أو طبقات. ولذلك، تُعرف أيضًا باسم الألواح أحادية البلورة. ويُعزى لونها الداكن إلى المادة المستخدمة في تصنيعها، وهي السيليكون النقي. وهذا ما يجعلها الألواح الشمسية الأكثر كفاءة على الإطلاق. كما أنها تتميز بعمرها الطويل، ولكنها في الوقت نفسه باهظة الثمن.
3. الألواح الشمسية ذات الباعث السلبي والخلية الخلفية (PERC)
هذه نسخ مُحسّنة من الخلايا أحادية البلورة التقليدية. تُضاف طبقة تخميل إلى السطح الخلفي للخلية باستخدام هذه التقنية. تُعدّ ألواح الطاقة الشمسية بتقنية PERC مثالية للمساحات الصغيرة. ستدفع تكلفة أقل لكل واط نظرًا لكفاءتها العالية. تُحسّن هذه التقنية الجديدة كفاءة الألواح بالطرق التالية:
- يتم تقليل الميل الطبيعي للإلكترونات لإعادة الاتحاد ومنع تدفق الإلكترونات.
- تنعكس أطوال موجية أكبر من الضوء، مما يمنع تسخين الطبقة السوداء للألواح الشمسية. أما في رقائق السيليكون، فلا تُمتص موجات الضوء التي تزيد عن 1180 نانومتر، مما يؤدي إلى تسخين الإطار المعدني للألواح.
- ينعكس الضوء داخل الخلية، مما يسمح بامتصاص المزيد والمزيد من الإشعاع الشمسي.
4. الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة
تتميز هذه الألواح الشمسية بطبقات رقيقة للغاية تجعلها مرنة . كما أنها لا تتطلب إطارًا خلفيًا ، مما يجعلها أخف وزنًا . يسهل تركيبها، وهي متوفرة بأحجام مختلفة لتناسب احتياجاتك. مع ذلك، فإن كفاءتها أقل من كفاءة الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون مقارنةً بأنواع الألواح الشمسية الأخرى. تتوفر الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة بأنواع مختلفة حسب المادة المصنوعة منها.
أ) السيليكون غير المتبلور (a-Si ): لا يتميز هذا النوع من الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون ببنية جزيئية محددة، بل هو ذو شكل غير منتظم. ولا تتطلب صناعة هذه الألواح سوى كمية ضئيلة من السيليكون مقارنةً بالألواح الشمسية التقليدية، مما يُخفض تكاليف إنتاجها. وتُعد هذه الألواح الشمسية مثالية للأجهزة التي تستهلك طاقة أقل، مثل الآلات الحاسبة الجيبية.
ب) ألواح الكادميوم تيلورايد (CdTe): تتميز هذه الألواح الشمسية بأقل بصمة كربونية وأقل استهلاك للمياه. كما أن فترة استرداد الطاقة فيها أقصر من غيرها. ونظرًا لاحتوائها على مادة الكادميوم السامة، فإن إعادة تدويرها مكلفة.
ج) سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم (CIGS): تُستخدم طبقات رقيقة من الإنديوم والغاليوم والسيلينيوم والنحاس في هذه الألواح الشمسية. تُؤدي هذه العناصر إلى كفاءة أعلى من الألواح الشمسية الرقيقة الأخرى. مع ذلك، فإن الألواح الرقيقة ليست بكفاءة الألواح البلورية. بعد ذلك، دعونا نتعرف على أنواع الألواح الشمسية وكفاءتها.
اقرأ أيضاً: حامل ألواح الطاقة الشمسية المحمول
ما هي أنواع الألواح الشمسية الأربعة وكفاءتها؟
أجرى المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) دراسةً عام 2012، وخلص إلى انخفاض متوسط إنتاج الألواح الشمسية بنحو 0.8% سنويًا . يُعرف معدل هذا الانخفاض بمعدل تدهور الألواح الشمسية، وهو يختلف باختلاف العلامة التجارية والشركة المصنعة. أما بالنسبة للكفاءة، فتُصنف الألواح الشمسية أحادية البلورة وألواح PERC بأنها الأكثر كفاءة، تليها الألواح متعددة البلورات. إليكم جدولًا يوضح أنواع الألواح المختلفة وكفاءتها:
| نوع الألواح الشمسية | الكفاءة |
| السيليكون غير المتبلور (a-Si) | 6٪ - 8٪ |
| أحادية | 20٪ وما فوق |
| الكريستالات | 15٪ إلى٪ 17 |
| سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم (CIGS) | 13٪ إلى٪ 15 |
| تلوريد الكادميوم (CdTe) | 9٪ إلى٪ 11 |
| الباعث السلبي والخلية الخلفية (PERC) | 22٪ - 25٪ |
ما هي مزايا الألواح الشمسية؟
إلى جانب التعرّف على أنواع الألواح الشمسية، ينبغي عليك أيضًا معرفة مزاياها. فالطاقة الشمسية مصدر طاقة متجدد ونظيف، وبالتالي فهي مفيدة جدًا للبيئة. وتعتمد كفاءتها على نوع ضوء الشمس الذي تتلقاه الألواح. لذا، قد ينتج لوح شمسي بنفس الحجم طاقة أقل في الأيام الغائمة، بينما ينتج طاقة أكبر في الأيام المشمسة. إضافةً إلى ذلك، هناك العديد من المزايا البارزة للألواح الشمسية التي ينبغي عليك معرفتها.
- نظرًا لأن مصدر الطاقة هو خالية من التلوث، ولا ينبعث منه أي غازات دفيئة.
- يتم تقليل الاعتماد على النفط والوقود الأجنبي إلى حد كبير.
- الطاقة الشمسية هي متاح طوال العام بغض النظر عن الموسم لأن لوحة الطاقة الشمسية الخاصة بك تنتج الطاقة حتى في الأيام الغائمة.
- تتمتع الألواح الشمسية بضمان مدى الحياة لمدة تصل إلى حوالي 25 عامًا، ومن المرجح أن تعمل لفترة أطول من ذلك إذا تم صيانتها بشكل صحيح.
- استثمار لمرة واحدة وعائد على فواتير الخدمات
- الحوافز الضريبيةتتوفر لك برامج الخصم والمنح الفيدرالية لمساعدتك في تغطية التكاليف الأولية لتركيب أنواع مختلفة من الألواح الشمسية، بناءً على موقعك.
- مع نظام الشبكة الداخلية، يتم توليد الطاقة الزائدة من خلال الألواح الشمسية يمكن بيعها العودة إلى شركة الطاقة.
- ستكون الألواح الشمسية التي تولد طاقة كافية للمنزل والمبنى هي أقل متطلبات نظام الشبكة.
- يمكنك تثبيت بسهولة الألواح الشمسية موجودة فعليًا على مبنى أو حتى على سطح مركبة.
- يتم ربط الألواح الشمسية بالبطاريات لتخزين الطاقة المولدة خلال النهار، لاستخدامها في الليل.
- الطاقة الشمسية هي أكثر أمانا من التيار الكهربائي التقليدي.
علاوة على ذلك، تتحسن الألواح الشمسية وتكنولوجيا الطاقة الشمسية كل يوم مع إدخال تحسينات جمالية وزيادة المتانة.
اقرأ أيضاً: مزايا وعيوب طاقة المد والجزر
ما هي عيوب الألواح الشمسية؟
تتمتع الألواح الشمسية بالعديد من المزايا، ولكنها لا تخلو من بعض العيوب. فبدايةً، تُعدّ تكلفة تركيبها مرتفعة ، وهو أمرٌ معروفٌ للجميع. كما أن إنتاج الألواح الشمسية محدودٌ بسبب نقص التكنولوجيا والمواد اللازمة، وهذا أيضاً سببٌ رئيسيٌ لارتفاع سعرها. إضافةً إلى ذلك، قد تُثير التحديات التالية:
- قد تتطلب الألواح الشمسية مساحة أكبر من حيث تغيير اتجاههم لضمان أقصى كفاءة. مع تغير موقع الشمس، تتغير شدة أشعتها وميلها. يتطلب ذلك تعديل الألواح الشمسية وموقعها.
- الألواح الشمسية يجب أن تكون مدعومة بالبطاريات لتوفير الطاقة ليلاً. بدون ضوء الشمس، لا تستطيع الألواح توليد أي طاقة ليلاً.
- بالنسبة لبعض الناس، تُعتبر الألواح الشمسية غير جذابة، إذ لا تتناسب مع المظهر الخارجي للمنزل. ويرجع ذلك إلى لا تتوفر خيارات الألوان بالنسبة للألواح. لكن أعتقد أنه رأي شخصي وليس عيبًا عامًا.
- استخدم الفرق في توليد الطاقة في المواسم المختلفة لأن الطاقة المُولَّدة في الربيع أعلى منها في الشتاء. كذلك، في الأيام الغائمة أو الثلجية، لن تشحن ألواحك الشمسية البطاريات إلى أقصى حد.
تُشغّل الألواح الشمسية الأجهزة التي تعمل بالتيار المستمر. هذه الأجهزة أغلى ثمنًا مقارنةً بالأجهزة التي تعمل بالتيار المتردد أو كليهما. علاوة على ذلك، قد يكون هناك اختلاف كبير في حجم أنواع الألواح الشمسية باختلاف المناطق لتوليد نفس العدد من الألواح. ويعود ذلك إلى اختلاف العزل وكثافة الإضاءة من مكان لآخر. لذلك، قد تدفع أقل في ميامي، بينما قد تضطر في المناطق الجبلية إلى دفع المزيد وشراء ألواح أكبر. إذا كنت تنتقل باستمرار أو تُغيّر منزلك، فإن الألواح الشمسية ليست مناسبة لك.
كم من الوقت تدوم الألواح الشمسية؟
لا تُخفّض الألواح الشمسية فواتير الكهرباء فحسب، بل إنها موجودة لتدوم لفترات أطول. تستمر لمدة 25-30 سنة تقريبًا مع ضمان من المُصنِّع لمدة ٢٥ عامًا تقريبًا من تاريخ التركيب. حتى بعد ٣٠ عامًا، ستستمر الألواح الشمسية في العمل؛ إلا أن كفاءتها ستنخفض تدريجيًا مع مرور الوقت.
اقرأ أيضاً: كم عدد الألواح الشمسية والبطاريات اللازمة لتزويد منزل بالطاقة؟
كيفية اختيار الأفضل من بين أنواع الألواح الشمسية المختلفة للمنازل؟
لتقرر أي نوع من الألواح الشمسية هو الأفضل لمنزلك، عليك أن تأخذ النقاط التالية في الاعتبار:
1. تصنيف مقاومة الحريق المطبق: لضمان عدم تسبب الألواح الشمسية في نشوب حرائق أو اشتعال النيران، تم تحديد تصنيفات مقاومة الحريق لأنواع مختلفة من الألواح الشمسية. تتراوح هذه التصنيفات من الفئة أ إلى الفئة ج، ويمكنكم الاطلاع على إرشادات جمعية كاليفورنيا لتخزين الطاقة الشمسية هنا.
- فئة A - توفر أقصى قدر من الحماية ولا تتوسع ألسنة اللهب إلى ما يزيد عن 6 أقدام.
- فئة B - يعني تصنيف الحرائق هذا أن الألواح الشمسية ستتحكم في انتشار الحريق من مسافة تتجاوز 8 أقدام.
- فئة C - يضمن تصنيف الحريق هذا عدم تجاوز الحريق 13 قدمًا
٢. عواصف البرد: إذا كانت منطقتك تشهد تساقطًا كثيفًا للبرد، فإن الألواح الشمسية البلورية تُعدّ خيارًا أفضل لمنزلك. إذ تتحمل هذه الألواح ضربات البرد التي تصل سرعتها إلى ٨٠ كيلومترًا في الساعة. أما الألواح الشمسية الرقيقة فهي غير مناسبة لمثل هذه المناطق.
3. الرياح القوية والأعاصير: على الرغم من عدم وجود تصنيفات تحدد نوع الألواح الشمسية التي يجب استخدامها في المناطق المعرضة للأعاصير، إلا أن نظام الطاقة الشمسية الذي يستخدم مثبتات من خلال وحدة التثبيت بالبراغي ونظام السكة ذي الإطار الثلاثي هو الأنسب للمنازل في المناطق المعرضة للأعاصير أو العواصف الاستوائية أو الأمطار الغزيرة.
4. التدهور الناتج عن الضوء (LID): تتعرض الألواح الشمسية البلورية لانخفاض في الأداء خلال التعرض الأولي لأشعة الشمس، ويُقاس هذا الانخفاض من خلال التدهور الناتج عن الضوء . خلال هذه العملية، يتأثر السيليكون عندما يتفاعل ضوء الشمس مع الأكسجين المتبقي من عملية التصنيع.
٥. درجة حرارة التشغيل: تبلغ كفاءة الألواح الشمسية أحادية البلورة ومتعددة البلورات ذروتها عند درجات حرارة تتراوح بين ١٥ و٣٥ درجة مئوية (٥٩ إلى ٩٥ درجة فهرنهايت). إذا كانت منطقتك تشهد درجات حرارة صيفية مرتفعة، فقد يؤدي ذلك إلى زيادة درجة الحرارة الداخلية للألواح الشمسية. وستؤدي الزيادة التي تصل إلى ١٠٠ درجة فهرنهايت (٣٧.٧٨ درجة مئوية) إلى انخفاض كفاءة الألواح الشمسية.
ما هو أفضل نوع من الألواح الشمسية؟
بالنظر إلى جميع العوامل، تُعدّ الألواح الشمسية أحادية البلورة الخيار الأمثل. ويُنصح بها بشدة للاستخدامات السكنية. فهي تتميز بمظهر أنيق، ولن تُساوم على متانتها وأدائها. كما أن تصنيفات إنتاج الطاقة الإجمالية تُحسّن من عمر أنظمة الألواح الشمسية.
ومع ذلك، تُعدّ الألواح الشمسية متعددة البلورات الخيار الأمثل للميزانيات المتوسطة. ستحصل على لوح شمسي جيد بكفاءة وعمر افتراضي متوسطين. كما أنها تعمل بكفاءة عالية وبتكلفة معقولة. كما أنها تُغطي استهلاك الكهرباء في منزلك دون الحاجة إلى مساحة كبيرة.
فيما يلي جدول لمقارنة أنواع مختلفة من الألواح الشمسية مما سيساعدك على تحديد ما يناسبك بشكل أفضل.
| المعاملات | أحادية | الكريستالات | رقيقة |
| تقييم كفاءة | 24% | 20% | 19% |
| لون | اسود | ازرق | يعتمد على المواد المستخدمة |
| عمر | 25 إلى 40 سنة | 25 إلى 35 سنة | 10 إلى 20 سنة |
| الايجابيات | أعلى قدرة طاقة وأكثر كفاءة | خيار مناسب للمناطق المتوسطة | يتحمل درجات حرارة منخفضة ويحتاج إلى مساحة أكبر |
| سلبيات | خيار مناسب للمناطق المتوسطة | محمولة وأكثر فعالية من حيث التكلفة | أقصر عمر وأقل كفاءة |
ما هو أفضل نوع من الألواح الشمسية؟ الإجابة هي الألواح أحادية البلورة. إلا أن ذلك يعتمد على عدة عوامل كما ذكرنا سابقًا. بعد الاطلاع على أنواع الألواح الشمسية المختلفة، نأمل أن تكون قد اتخذت قرارك بشأن الأنسب لك من حيث السعر والمظهر والبيئة المحيطة. لا تنسَ مشاركة رأيك حول الأنسب لك. يمكنك طرح استفساراتك في قسم التعليقات أدناه.
توصيات: 10 مزايا وعيوب للطاقة البحرية
