يمكن رؤية مبدأ عمل أنظمة الطاقة الشمسية معقداً. ومع ذلك، في أبسط تعريف، تمر الطاقة الضوئية من الشمس عبر المكونات الموجودة في النظام وتحولها إلى طاقة كهربائية. في هذه الأنظمة، يتم تحويل الطاقة من خلال الخلايا الكهروضوئية. ومع تعرض الخلايا للضوء، يتم إنتاج الإلكترونات وتولد هذه الإلكترونات التي تتدفق على طول الدائرة الكهربائية تياراً كهربائياً مباشراً لتشغيل الأجهزة.
إذا كان السؤال عن كيفية عمل أنظمة الطاقة الشمسية ستتم الإجابة عنه في البنود;
- العملية الكهروضوئية: توفر الألواح الشمسية ذات الخلايا الكهروضوئية، والتي يتم إنتاجها بشكل عام من مواد شبه موصلة، إطلاق الإلكترونات هنا. وبعبارة أخرى، فإن أشعة الشمس التي تسقط على سطح المادة في العملية الكهروضوئية تطلق الإلكترونات في المقام الأول.
- تعبئة الإلكترونات: تمر الإلكترونات المنطلقة في العملية الكهروضوئية عبر تصميم خاص للوصول إلى النظام. وبهذه الطريقة، يتم إنشاء عجز في الإلكترونات التي تستمر في حمل شحنة موجبة.
- تكوين التيارات الكهربائية: تولد الإلكترونات تياراً كهربائياً في طبقات مصممة خصيصاً أثناء الحركة. وينتقل هذا التيار إلى الدوائر الخارجية في النظام.
- عملية توليد الكهرباء: يتم إرسال التيار الكهربائي الذي يحدث في الدوائر الخارجية إلى أنظمة التخزين حيث توجد الألواح في المرحلة الأخيرة. بعد هذه العملية، يتم الآن استخدام الطاقة الكهربائية في المنشآت أو أماكن العمل أو المنازل.
تُستخدم أنظمة الطاقة الشمسية في العديد من الأماكن. خاصة في أماكن المعيشة;
- الري والزراعة: يلبي الطاقة اللازمة في أنظمة الري في المناطق الزراعية.
- الاتصالات السلكية واللاسلكية: في بعض المناطق، قد لا يتم توفير شبكة الكهرباء بسبب البنية التحتية. وفي مثل هذه الحالات، يتم تفعيل أنظمة الطاقة الشمسية وتلبية احتياجات الكهرباء.
- التطبيقات الصناعية: تستخدم العديد من المنشآت اليوم أنظمة الطاقة الشمسية لإنتاج طاقة أقل تكلفة وأكثر نظافة.
- المباني التجارية وأماكن العمل: كثيراً ما تستخدم الطاقة الشمسية في مجالات مثل المتاجر أو المكاتب أو المصانع. والغرض من التطبيق هو الحصول على طاقة أكثر فعالية من حيث التكلفة.
- مساحات المعيشة: يتم تلبية الاحتياجات من الكهرباء بفضل الألواح الشمسية المطبقة على الحدائق والأسطح.
كيف تعمل الألواح الشمسية؟
تتكون الألواح الشمسية التي تحول ضوء الشمس إلى طاقة من خلال عدد من العمليات من أكثر من مكون واحد. وتتمثل المهمة الرئيسية لهذه الألواح التي تتكون من الخلايا الكهروضوئية في امتصاص أشعة الشمس وتوليد التيار الكهربائي. في المرحلة الأولى، تمتص هذه الخلايا القائمة على السيليكون طاقة الفوتونات من الشمس وتبدأ في تكوين إلكترونات حرة. العملية الأولى مهمة لبدء التيار الكهربائي. ثم تولد أشعة الشمس التي تصطدم بسطح الخلايا الكهروضوئية تياراً كهربائياً عن طريق تحريك الإلكترونات. وهذه التيارات التي تتشكل على شكل تيار مستمر، أي تيار مباشر، يتم تحويلها إلى تيار متردد، أي تيار متناوب، عبر العاكس.
وبصرف النظر عن مبادئ العمل التي تبدو بسيطة، يمكن استخدام هذا النظام مع أنظمة البطاريات لتخزين الكهرباء المولدة. وبعد العملية المتكاملة، يمكن توفير الطاقة عندما يكون ضوء الشمس غير كافٍ. بالإضافة إلى ذلك، في بعض التطبيقات المتصلة بالشبكة، يتم نقل الطاقة مباشرة إلى شبكة الكهرباء. تختلف كفاءة الألواح الشمسية عالية الكفاءة في الواقع وفقًا لنوع الخلية المفضلة. سيكون من المنطقي أكثر تفضيل الألواح أحادية البلورية بدلاً من الألواح متعددة البلورات منخفضة التكلفة والأقل كفاءة.
تعمل الألواح الشمسية المعرضة لأشعة الشمس المباشرة بكفاءة أكبر بكثير. ومع ذلك، يستمر إنتاج الطاقة في الطقس الممطر أو الغائم. وبصرف النظر عن الطقس البارد الذي يؤثر إيجابًا على كفاءة الألواح، يجب أيضًا استخدام نظام التتبع الشمسي لزيادة الكفاءة. من ناحية أخرى، تقلل أنظمة الطاقة الشمسية، وهي مصدر طاقة غير محدود وصديق للبيئة، من استخدام الوقود الأحفوري. وبطبيعة الحال، نظرًا لأنها تقلل من تكاليف الطاقة، فإن مساحة استخدامها تتزايد يومًا بعد يوم.
كيف يمكن زيادة كفاءة أنظمة الطاقة الشمسية؟
من أجل زيادة كفاءة أنظمة الطاقة الشمسية، يجب استخدام أنظمة تعقب الطاقة الشمسية. على الرغم من أن هذا هو العامل الأكثر أهمية، إلا أن هناك أكثر من حالة تؤثر على الكفاءة. إذا قمنا بإدراجها في العناصر;
- المكونات: يجب أن تكون المكونات التي يتكون منها نظام الطاقة الشمسية ذات نوعية جيدة. فجودة الألواح والكابلات والمحولات تقلل بشكل كبير من معدل الفاقد في تحويل الطاقة.
- الصيانة والتنظيف: يجب إجراء عمليات التنظيف والصيانة الدورية في هذه الأنظمة. فالألواح التي يتم تنظيفها وصيانتها تعمل بكفاءة أكبر.
- الظروف الجوية: يجب اتخاذ الاحتياطات اللازمة ضد الطقس المغبر والغائم الذي يقلل من أشعة الشمس القادمة إلى الألواح.
- موقع النظام: يؤثر الاتجاه، وخاصةً انحدار اللوحة ومدة سطوع الشمس في المنطقة التي تقع فيها بشكل مباشر على الكفاءة.
لتحقيق الكفاءة المثلى، يجب إمالة الألواح نحو الاتجاه الذي تكون فيه الشمس أكثر كثافة. بالإضافة إلى ذلك، تمنع الأوساخ والأتربة المتراكمة على الألواح استقبال أشعة الشمس بكفاءة. وبالمثل، يجب إزالة الظلال على الألواح. إذا كانت هناك أغصان أشجار وعامل يمكن أن يلقي بظلاله على الألواح، فسوف يقلل ذلك من الكفاءة.
زاوية اللوحة: بالنسبة لزاوية اللوحة التي تؤثر على كفاءة الطاقة الشمسية، يجب الانتباه إلى عوامل مثل تعديل الزاوية والموقع الجغرافي وفقًا للفصول. في هذا السياق، بينما تختلف زاوية تموضع اللوحة وفقًا للموقع الجغرافي، هناك أيضًا اختلافات في زاوية سقوط الشمس خلال فصلي الصيف والشتاء. وبطبيعة الحال، عندما تقوم بضبط زاوية اللوحة وفقًا للموسم، ستصل الكفاءة التي ستحصل عليها إلى أعلى مستوى.
التكامل الصحيح: يلعب التكامل دورًا رئيسيًا في أنظمة الطاقة الشمسية. نظرًا لأن كل مكون يقوم بمهمة مختلفة بمفرده، يجب أن يكون متناغمًا مع بعضه البعض. وفي هذا السياق، يعد التكامل مع شبكة الكهرباء أكثر أهمية. إذا كان النظام يولد طاقة زائدة، يمكن تحقيق التخزين أو البيع للشبكة. من أجل توليد دخل إضافي، يجب أن يعمل النظام وفقًا لمعايير معينة أثناء تغذيته للشبكة. في هذه المرحلة، تكون السلامة هي المعيار الأكثر أهمية ويزيد من الكفاءة.
العوامل البيئية: تختلف كمية الطاقة التي يتم إنتاجها في الألواح الشمسية باختلاف الأشعة المستقبلة. لذلك، تؤثر الظروف الجوية والعوامل البيئية على كفاءة اللوح إيجابًا أو سلبًا. على سبيل المثال، تنخفض الكفاءة في الألواح المركبة في منطقة شديدة الحرارة.
التقنية المفضلة: تؤثر أنواع الألواح والتقنيات المستخدمة بشكل مباشر على الكفاءة. وفيما يلي أنواع الألواح وخصائصها;
- ألواح الأغشية الرقيقة: يتسم هيكل هذه الألواح، التي يمكن إنتاجها بمواد مختلفة، بالمرونة. كما أنها أكثر فعالية من حيث التكلفة ولكنها تعمل بكفاءة منخفضة.
- لوح متعدد الكريستالات: يتكون من أكثر من هيكل بلوري واحد. وهي ذات لون أزرق بشكل عام. أقل كفاءة من الألواح أحادية البلورية. وعلى الرغم من ذلك، يمكن القول إنها أكثر اقتصادية.
- لوحة أحادية البلورية: تعمل بكفاءة عالية. وتتكون من هيكل بلوري واحد. لونه أسود وقد تكون تكلفته عالية.
العائد الاقتصادي: قد تكون تكلفة تركيب أنظمة الطاقة الشمسية مرتفعة في البداية. ومع ذلك، هناك عوائد كبيرة جداً على المدى الطويل. يمكنك الاستثمار بكفاءة عالية من خلال الحصول على حوافز حكومية ومؤسسية، وخاصة مبيعات الطاقة إلى الشبكة. بالإضافة إلى ذلك، سيتم تخفيض فواتير الكهرباء بشكل كبير باستخدام الطاقة الشمسية، لذلك فإن لها مساهمة كبيرة في الاقتصاد.
الفحوصات الروتينية: يجب إجراء الفحوصات الروتينية الشهرية والسنوية لزيادة الكفاءة. أثناء الفحص السنوي، يجب أيضاً فحص حالة تشغيل المحولات والتوصيلات الكهربائية وحالة المعدات المستخدمة في التركيب. بالإضافة إلى ذلك، واعتماداً على التطورات التكنولوجية، قد يكون من الضروري استبدال بعض المكونات أو إجراء تحديثات مختلفة على النظام بعد فترة من الوقت.
لا ينبغي أن ننسى أن العامل الأكثر أهمية لزيادة كفاءة أنظمة الطاقة الشمسية هو جهاز تعقب الطاقة الشمسية. يزيد هذا التطبيق، المعروف أيضًا باسم نظام التتبع الشمسي، من معدل الكفاءة بنسبة 20% إلى 30%. كما يستخدم جهاز التتبع الشمسي، الذي يمكن التحكم فيه على محور مزدوج أو مفرد، طرق تحكم مختلفة. يتمثل مبدأ عمل أنظمة التتبع الشمسي التي تسمح لك بالاستفادة من هذه الطاقة طوال اليوم في متابعة موقع الشمس. الألواح التي تتلقى المزيد من ضوء الشمس خلال النهار ستوفر بطبيعة الحال كفاءة عالية. خاصةً في ساعات المساء والصباح عندما تكون أشعة الشمس منخفضة، يستمر نظام التتبع الذي يجلب الألواح إلى الموضع الصحيح في جمع أعلى كفاءة.
قد تكون التكلفة الأولية لأنظمة التتبع الشمسي مرتفعة. ومع ذلك، فإن أولئك الذين يفكرون في الاستثمار على المدى الطويل يواجهون نتائج مفيدة للغاية. لا ينبغي أن ننسى أن جهاز التتبع الشمسي، الذي ينتج طاقة أكثر من الألواح الشمسية القياسية مع تقليل فواتير الكهرباء، له هيكل طويل الأمد. تتطلب أنظمة التتبع التي تتبع الشمس مباشرة وتستقبل الأشعة بزاوية قائمة مساحة أقل. وبعبارة أخرى، فإن مساحة الاستخدام صغيرة وتترك الكثير من التكاليف بهذه الطريقة. يمكن للمستثمرين الذين يفضلون أجهزة التتبع الشمسي التي توفر أضرارًا أقل للألواح زيادة الكفاءة بنسبة 20% - 25% في التطبيقات أحادية المحور وبنسبة 30% - 40% في التطبيقات ثنائية المحور.
ما مقدار الكهرباء التي تنتجها الألواح الشمسية؟
تختلف قدرة توليد الكهرباء من الألواح الشمسية حسب المساحة ونوع الاستخدام. في هذه العملية، يوفر النظام الكهروضوئي بقدرة 1 كيلوواط إنتاج 1 كيلوواط في الأوقات التي تستقبل فيها أشعة الشمس بالكامل. بالإضافة إلى ذلك، قد يختلف هذا الرقم وفقًا لخصائص تركيب النظام. ووفقًا لهذا الحساب، عندما يتم الحصول على 6 ساعات من أشعة الشمس يوميًا، سيكون إنتاج الطاقة 2190 كيلوواط من الطاقة موضوع إنتاج الطاقة سنويًا.
عندما ننظر إلى الألواح المنزلية، يمكن تحقيق إنتاج الطاقة حتى 300 واط. وتؤدي زيادة الطاقة أيضًا إلى زيادة الكهرباء التي يتم الحصول عليها. ففي ألواح الطاقة الشمسية المنزلية التي تنتج 0.3 كيلوواط من الكهرباء في ساعة واحدة من أشعة الشمس في اليوم، يتم إنتاج 2.1 واط من الكهرباء بعد 7 ساعات.
إذا مررنا بالألواح الشمسية المركبة على مساحة 1 متر مربع، من أجل تحقيق متوسط كفاءة 20٪؛ مع 5 ساعات من التعرض للشمس يوميًا، سيتم إنتاج 211 واط من الطاقة يوميًا، إلى جانب 211 واط من إنتاج الطاقة يوميًا، سيتم إنتاج 1055، أي 1.05 كيلوواط من الكهرباء في نهاية اليوم. سيكون الإنتاج الشهري 31.5 كيلو وات في المتوسط. عند المتابعة على نفس المعدلات;
ما المطلوب لاستخدام أنظمة الطاقة الشمسية؟
هناك عدد من العمليات والمكونات لاستخدام أنظمة الطاقة الشمسية. عندما ننظر في العمليات بإيجاز;
- الجدوى والتخطيط: يشير إلى الدراسات التي يجب إجراؤها لتحديد مدى تعرض المنطقة المراد تركيبها لأشعة الشمس. بالإضافة إلى ذلك، فإن هذه الدراسات إلزامية لحساب عدد الألواح.
- عمليات التصاريح: من أجل إجراء عملية تركيب النظام بسلاسة، يتم تقديم طلب إلى هيئة الكهرباء المحلية والحصول على التصاريح اللازمة.
- مرحلة التركيب: وهي العملية التي يتم فيها تصنيع جميع تجميعات مكونات النظام. ويتم تطبيقها بواسطة فرق من الخبراء.
- عملية الصيانة: الصيانة الدورية بعد التركيب مهمة. ولا يمكن تحقيق كفاءة النظام إلا من خلال عملية الصيانة والتحكم.
المكونات اللازمة لاستخدام أنظمة الطاقة الشمسية هي كما يلي;
- الشاشة: هو خيار اختياري. يتم استخدامه لمراقبة الأداء العام للنظام. بالإضافة إلى ذلك، يتم تحليل المعلومات التفصيلية حول استهلاك الطاقة والإنتاج.
- المعدات: هناك العديد من مكونات النظام في اللوحات. معدات التركيب هي أيضاً من بين التطبيقات المطلوبة للتوصيلات.
- منظم الشحن: ينظم الطاقة إلى بطارية اللوحة. كما يمنع الشحن الزائد.
- صندوق التوصيل: مطلوب لتوفير التوصيلات الكهربائية بين مكونات النظام.
- البطارية: توفر تخزين الكهرباء المولدة. وتُعرف أيضاً باسم البطارية ويتم تنشيطها عند الحاجة إلى الطاقة.
- العاكس: يُعرف أيضاً باسم العاكس. يقوم بتحويل التيار المباشر الذي يتم الحصول عليه من اللوحة إلى تيار متناوب. وبهذه الطريقة، يتم ضمان استخدام الأجهزة الكهربائية في المنزل.
- الألواح: تتكون من خلايا خاصة تقوم بتحويل ضوء الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية. وهي العنصر الأكثر أهمية.
اترك تعليقاً