تتوفر في السوق العديد من أجهزة الطاقة الشمسية الشائعة. ومن أكثرها استخدامًا أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية. تتوفر هذه الأنظمة أيضًا بأنواع مختلفة، وسنناقش في هذه المدونة جميع الأنواع الرائدة من أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية.
ما هو نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟
الخلايا الكهروضوئية هي أجهزة تُستخدم لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، ونظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية هو نسخة مُحسّنة منه. يتكون النظام من ألواح أو مصفوفات شمسية. تُصنع الخلايا الكهروضوئية من مواد شبه موصلة تمتص فوتونات ضوء الشمس الساقط عليها، مما يُحرر الإلكترونات من مداراتها ليسمح لها بالتدفق بحرية. وهكذا، يتم توليد الكهرباء. تُعد الألواح الشمسية المكون الرئيسي للنظام، وتتفاوت كفاءتها.
ما هي أنواع أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟
مع مرور الوقت، اتسع نطاق أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية. تُعدّ الخلايا الكهروضوئية المصدر الرئيسي لامتصاص الطاقة في جميع تطبيقات الطاقة الشمسية. عادةً، هناك ثلاثة أنواع من أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية.
1. نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية المستقل أو نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة
أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المستقلة أو أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية غير المتصلة بالشبكة مُخصصة للعملاء الذين لا يستطيعون الاتصال بالشبكة بسهولة. قد يكون ذلك بسبب ارتفاع تكلفة الطاقة.ارتفاع تكلفة توفير إمدادات الطاقة أو بسبب الموقع الجغرافي. في أغلب الأحيان، ليس من المنطقي لشخص متصل بالشبكة الكهربائية أن يختار نظامًا مستقلًا تمامًا عن الشبكة. تكمن فوائد هذا النظام في إمكانية حصول الشخص على الطاقة في أماكن نائية بعيدة عن الشبكة، وتحقيق الاكتفاء الذاتي الكامل من الطاقة. كما أنه يُثبّت تكاليف الطاقة.
2. نظام متصل بالشبكة
النظام المتصل بالشبكة هو تركيب أساسي للطاقة الشمسية مع عاكس قياسي متصل بالشبكة. هذا النظام لا يحتوي على أي تخزين للبطاريات. وهو مثالي للعملاء الذين يستخدمون الشبكة الكهربائية ويرغبون في إضافة الطاقة الشمسية إلى منازلهم. يمكن لهذه الأنظمة أن تستفيد من حوافز فيدرالية وحكومية تُساعد في تغطية تكاليف النظام. تتميز هذه الأنظمة بفعاليتها من حيث التكلفة وتصميمها البسيط ومكوناتها القليلة نسبيًا. الهدف الرئيسي من هذه الشبكة هو خفض فاتورة الطاقة والاستفادة من حوافز الطاقة الشمسية.
انظر أيضا: لماذا تعتبر الألواح الشمسية الشفافة هي المستقبل؟
3. النظام الهجين
الأنظمة الهجينة هي أنظمة مرتبطة بالشبكة مع بطارية احتياطية. إنه مثالي لمن يعتمدون على الشبكة الكهربائية ويرغبون في بطارية احتياطية. يُنصح باستخدام هذا النظام إذا كانت مناطقكم معرضة لانقطاعات التيار الكهربائي وترغبون في الاستعداد لها.
ما هي مكونات نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟
على الرغم من أن الخلايا الشمسية أو الألواح الشمسية مكونات أساسية دون غيرها، إلا أن نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية قد لا يعمل بكفاءة كما ينبغي. مكونات نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية هي كما يلي:
1 العاكسون
الألواح الشمسية تولد التيار المباشر (دس) والتي لا يمكن استخدامها لتشغيل الأجهزة حيث أن معظمها يعمل بالتيار المتناوب (AC). العاكسون تقوم بتحويل التيار المستمر الناتج عن الألواح إلى تيار متردد يُغذّي منزلك. كما يُغذّى فائض هذه الطاقة بالشبكة الوطنية.
2. أنظمة المراقبة
لمعرفة الكمية الدقيقة للكيلووات في الساعة التي تولدها الألواح الشمسية، يلزم وجود عداد أو نظام مماثل.
3. نظام التركيب
يتم تركيب الألواح الشمسية على إطارات من الفولاذ أو الألومنيوم إما أن تكون مثبتة على أسطح المباني أو معلقة على الجدران. وفي كلتا الحالتين، تُوضع بزاوية وميل يسمحان للألواح الشمسية باستقبال أقصى قدر من ضوء الشمس. كما أنها تمنع الصعق الكهربائي عن طريق الربط الكهربائي وتأريض أنظمة الألواح الشمسية.
أ) أنواع أنظمة رفوف الأسطح
- نظام السقف المسطح: إنه الأكثر شيوعًا، ويتضمن صابورة مرجحة تستخدم الجاذبية لدعم الألواح الشمسية. بعد التعرف على أنواع أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، يمكنك فهم مكوناتها أيضًا.
- النظام المثبت على الأرض: يستخدم النظام إما صابورة أو مثبتات ميكانيكية لتثبيت الألواح الشمسية على الأرض. كما تم تركيب نظام تتبع مزود بمحركات وأجهزة استشعار لتتبع الشمس خلال النهار لتوليد أقصى قدر من الطاقة في نظام التثبيت الأرضي.
- نظام السقف المائل: في هذا النظام، يتم تثبيت الرفوف ميكانيكيًا على هياكل السقف.
- الألواح الشمسية الكهروضوئية: هناك ثلاثة أنواع أساسية من الألواح الشمسية، يختلف كل منها في كفاءته ومظهره وتكلفته. ومع ذلك، فإن نوع الألواح الشمسية يحدد إنتاجية نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية لديك.
انظر أيضا: حامل لوحة الطاقة الشمسية المحمولة
4. مكونات أخرى
أ) قواطع الدائرة: تُسمى أيضًا قواطع الدائرة، وهي تحمي الأنظمة الكهربائية من حالات التيار الزائد والارتفاع المفاجئ في التيار. يُفعّل قاطع الدائرة تلقائيًا عند تجاوز التيار حدًا مُحددًا مسبقًا. تُستخدم أيضًا قواطع يدوية، ولكن يُفضل استخدام قاطع أوتوماتيكي.
ب) المجمعات: تجمع هذه الكابلات كابلين أو أكثر لتكوين كابل كبير واحد. كما أنها مزودة بفيوزات للحماية، وتستخدم جميع الألواح الشمسية المتوسطة والكبيرة، وكذلك الألواح الشمسية الكبيرة الحجم، أجهزة تجميع.
ج) الانقطاعات: لفصل الأسلاك الكهربائية يدويًا، يُستخدم قاطع كهربائي يشبه البوابة أو المفتاح. عادةً ما يُستخدم على جانبي العاكس، ويُسمى قاطع التيار المستمر وقاطع التيار المتردد. كما يُستخدم أثناء تركيب أو استبدال العاكسات، إذ يوفر عزلًا كهربائيًا.
د) الأمتار: يُستخدم هذا العداد لقياس كمية الطاقة المارة، وتستخدمه شركات المرافق لإعداد الفواتير. في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، يُستخدم عداد كهربائي ثنائي الاتجاه خاص. يقيس هذا العداد الكهرباء المنقولة من كلا الطرفين، أي الكهرباء التي توفرها شركات المرافق والطاقة الصادرة من الألواح الشمسية في الشبكة.
هـ) الأسلاك: هذه الأسلاك ضرورية أساسًا لتوصيل الكهرباء بين مختلف مكونات النظام. يتحدد حجم وسمك الأسلاك بناءً على كمية ونوع الطاقة المُزوَّدة من خلالها. كما يجب حماية الأسلاك المعرضة لأشعة الشمس المباشرة من الأشعة فوق البنفسجية، بالإضافة إلى غلاف معدني لحماية إضافية للأسلاك التي تحمل تيارًا مستمرًا.
انظر أيضا: 5 طرق لحصاد الطاقة الشمسية
ما هو نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية الذي يعمل؟
من بين الأنواع المختلفة من أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، تشمل أعمال نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية الرئيسية ما يلي: توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية. يتم التقاط الطاقة من الشمس في شكل فوتونات بواسطة الخلايا الكهروضوئية و مادة شبه موصلة تتكون الخلية عادة من طبقة واحدة أو طبقتين من السيليكون.
يهتز الضوء الممتص الإلكترونات، فتتحرك بحرية مولدةً تيارًا مستمرًا. تعتمد كمية الكهرباء المولدة على كفاءة الألواح الشمسية وشدة الضوء الذي تستقبله. فكلما زادت شدة ضوء الشمس، زادت الطاقة المولدة. تُقاس كفاءة الخلايا الكهروضوئية بوحدة ذروة الكيلوواط (kWp). بهذا، تكون قد فهمت آلية عمل أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية. بعد ذلك، لنتعرف على تطبيقات أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية.
انظر أيضا: الألواح الشمسية أحادية البلورة مقابل الألواح الشمسية متعددة البلورات
ما هو تطبيق نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟
هناك العديد من الطرق لتطبيق نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية التي يتم اعتمادها على المستوى الحكومي وكذلك بشكل فردي.
1. بناء:يشمل ذلك التطبيقات السكنية حيث يُركّب نظام الألواح الشمسية على السطح أو الأرض لتلبية احتياجات الكهرباء. وفي الوقت الحاضر، تُدمج المواد الكهروضوئية أيضًا في هيكل المبنى مثل النوافذ أو الكسوة أو بلاط السقفبالإضافة إلى ذلك، يتم تغطية هياكل مواقف السيارات والمظلات بألواح شمسية تخدم غرضًا مزدوجًا يتمثل في التظليل وتوفير الطاقة.
2. الجيش:يمكن للجنود حمل أغشية رقيقة خفيفة الوزن الطاقة الشمسية لشحن المعدات الإلكترونية في القاعدة أو في الميدان. هذه الألواح مرنة، وقابلة للحمل، ومتينة، ما يجعلها قادرة على تحمل الظروف القاسية.
3. المواقع النائية:يمكن للدول النامية أن تستخدم أنظمة الطاقة الكهروضوئية كحل لمتطلبات الكهرباء للمنازل الريفية، والقرى، ومحطات تحلية المياه، والعيادات الصحية النائية، ومنصات النفط البحرية. وهو أكثر فعالية من حيث التكلفة والوقت من تمديد خطوط الكهرباء.
4. مزارع الطاقة الشمسيةيمكن لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الموزعة على مساحات شاسعة أن توفر إمدادات واسعة النطاق من الطاقة. يتراوح إنتاج الطاقة بين عشرات الميجاواط وأكثر من جيجاواط. تُستخدم الألواح الشمسية الكهروضوئية الثابتة أو التي تتبع مسار الشمس لتغذية الشبكات الإقليمية أو البلدية.
5. الفضاء:أنواع أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية كانت المصدر الأساسي للطاقة للأقمار الصناعية التي تدور حول الأرضتستمد محطة الفضاء الدولية والمركبات الفضائية على سطح القمر والمريخ الطاقة من أنظمة كهروضوئية عالية الكفاءة. وتُعدّ هذه الأنظمة، وستظل، جزءًا أساسيًا من استكشاف الكواكب والفضاء.
6. الطاقة المستقلة:يشير مصطلح "النظام المستقل" هنا إلى استخدام أنظمة الطاقة الكهروضوئية لغرض محدد، وليس لتشغيل أجهزة متعددة في نفس الوقت. يمكن للطاقة الكهروضوئية الأدوات الكهربائية، والعدادات، والأجهزة الأخرى في المناطق النائية أو الحضرية حيث لا يتوفر التوصيل المقنن. كما يُستخدم لتلبية احتياجات الكهرباء لهواتف الطوارئ، وإضاءة الطرق، ومضخات ري المياه، وأجهزة الإرسال اللاسلكية، ونقاط الحراسة النائية، وإشارات المرور المؤقتة، بالإضافة إلى تطبيقات مستقلة أخرى.
7. نقل:يمكن تثبيت الألواح الشمسية على السيارات والقوارب لتوفير طاقة إضافية. لتلبية احتياجات شحن البطاريات على متن السيارة، يلزم نظام كهروضوئي خفيف الوزن يمكن استخدامه على أسقف السيارات.
انظر أيضا: أفضل مصباح أمان يعمل بالطاقة الشمسية مع مستشعر الحركة
ما هي مزايا نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟
مزايا نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية هي كما يلي:
- موثوق بها للغاية حيث أن أنظمة الطاقة الشمسية قادرة على تحمل الظروف الجوية القاسية.
- استقلال من إنتاج الطاقة ومن مقدمي الخدمات العامة.
- صيانة منخفضة التكلفة لأن التنظيف الذاتي يكفي مع الفحص المنتظم والإصلاحات العرضية.
- تلوث ضوضائي منخفض نظرًا لأن الصوت الوحيد الذي يتم إنتاجه يأتي من العاكس، فهو أيضًا ضئيل.
- مستمر بسبب اللوحة الشمسية يستمر النظام لمدة 20 عامًا على الأقلويغطي ضمان الشركة المصنعة العيوب لنفس الفترة.
- يمكن الإشراف على الطاقة الكهروضوئية تم ذلك يدويًا من خلال إضافة المزيد من الوحدات لزيادة الكفاءة ولا يتضمن تكاليف باهظة.
- أمان قوي من حيث التشغيل بعد التثبيت.
- صفر وقود استهلاك.
انظر أيضا: 4 مزايا لسخان المياه بالطاقة الشمسية
ما هي عيوب نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟
عيوب نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية هي كما يلي:
- تكلفة بدء التشغيل بسبب تكاليف الإنتاج المرتفعة مما أدى إلى ارتفاع تكلفة الألواح الشمسية وتركيبها.
- متطلبات التخزين الزائدة من حيث النسخ الاحتياطي للبطارية والتي بدورها يزيد من البصمة الكربونية والتعقيد والتكلفة الإجمالية.
- نقص المعرفة بين الناس فيما يتعلق بالمصطلحات المختلفة المتعلقة بالنظام الكهروضوئي.
- استخدم انخفاض الكفاءة تتطلب بعض الألواح تركيب المزيد من الألواح أو ألواح باهظة الثمن ذات كفاءة أعلى.
- غير مستقر حيث يتأثر الإنتاج إلى حد كبير بالتغيرات في الطقس والموقع والمناخ.
تؤدي أنواع أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المختلفة نفس الغرض، وهو تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء. ومع ذلك، تختلف طرق تركيبها. ولكن يمكنك تحديد نوع النظام الذي تحتاجه بناءً على احتياجاتك من الكهرباء وميزانيتك. يمكنك تحديد مكونات نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية بعد استشارة المُورّد لضمان السلامة وسهولة الاستخدام بعد التركيب. بالمناسبة، أيها تُفضل؟
