You are currently viewing الطاقة الشمسية المستدامة

الطاقة الشمسية المستدامة

الطاقة الشمسية المستدامة

إنها أكثر استدامة بطبيعتها من مصادر طاقة الوقود الأحفوري. وكطريقة لتحويل طاقة الشمس إلى طاقة كهربائية، تستفيد الألواح الشمسية من المورد الوحيد الأكثر استدامة على كوكب الأرض – أي ضوء الشمس. وإذا تشرق الشمس، فهذا يعني أن لديك مصدرا للطاقة.

أساسيات الخلايا الكهروضوئية

من المرجح أنك على دراية أكبر بـ PV، والذي يتم استخدامه في الألواح الشمسية. عندما تتألق الشمس على لوحة شمسية، تمتص الخلايا الكهروضوئية الموجودة في اللوحة الطاقة الناتجة عن ضوء الشمس. وينتج عن هذه الطاقة شحنات كهربائية تتحرك استجابة لحقل كهربائي داخلي في الخلية، مما يتسبب في تدفق الكهرباء

تركيز أساسيات الطاقة الشمسية الحرارية CSP

تستخدم أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية المركزة المرايا لعكس تركيز ضوء الشمس على أجهزة الاستقبال التي تجمع الطاقة الشمسية وتحولها إلى حرارة، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك لإنتاج الكهرباء أو تخزينها للاستخدام في وقت لاحق.  يستخدم بشكل أساسي في محطات الطاقة الكبيرة جدا

أساسيات دمج الأنظمة

إن تكنولوجيا الطاقة الشمسية لا تنتهي بتوليد الكهرباء بواسطة أنظمة الطاقة الكهروضوئية أو CSP.  ولابد من دمج أنظمة الطاقة الشمسية هذه في المساكن والشركات والشبكات الكهربائية القائمة بالاستعانة بمزيج متنوع من مصادر الطاقة التقليدية وغيرها من مصادر الطاقة المتجددة.

لماذا تختارنظام الطاقة الشمسية؟

  • الطاقة الشمسية هي مصدر حر للطاقة واحد أنواع الطاقة المستدامة والطاقة الخضراء؛  وما علينا إلا أن نستولي على هذه الإمكانية وأن نحولها إلى كهرباء.  وهذا يعني أن الشركات لن تحتاج إلى الاعتماد على شبكة الكهرباء بقدر ما قد تحتاج إلى تزويد الشركة بالطاقة.
  • إن استخلاص مثل هذه الكميات الهائلة من الطاقة التي قد تحتاج إليها أي شركة من الشركات يتطلب تكنولوجيا متقدمة، فإن الطاقة الشمسية تضاعف الفوائد البيئية المترتبة عليها بمرور الوقت. طوال فترة عملها، ستولد لوحة ما 30 ضعف الكهرباء اللازمة لتصنيعها! 
  • وقد وضعت تخفيضات حكومية لتشجيع استخدام الطاقة الشمسية، وهذا لن يسمح فقط بتوفير الأموال بل أيضا بفتح الباب لبيع الكهرباء وجعله أموالا.
  • وأكبر هذه الأسباب أن الألواح الشمسية تنتج انبعاثات كربونية لا تتجاوز الصفر بمجرد تصنيعها، فهي قادرة على الحد من اعتماد شبكة الطاقة على الوقود الأحفوري وتزويد المساكن والمجتمعات النائية بدرجة من الاستقلال في مجال الطاقة.

كيف يعمل النظام الشمسي PV؟

  • وتعمل كل أنظمة الطاقة الشمسية على نفس المبادئ الأساسية.  تقوم ألواح الطاقة الشمسية أولا بتحويل الطاقة الشمسية أو ضوء الشمس إلى تيار مستمر باستخدام ما يعرف بتأثير الفولطاضوئية (PV).  يمكن تخزين طاقة التيار المستمر بعد ذلك في بطارية أو تحويلها بواسطة محول شمسي إلى طاقة تيار متردد يمكن استخدامها لتشغيل الأجهزة.  اعتمادا على نوع النظام، يمكن إما تغذية الطاقة الشمسية الزائدة في شبكة الكهرباء للحصول على الائتمان أو تخزينها في مجموعة متنوعة من أنظمة تخزين البطاريات المختلفة.

تقنية اللوحات الكهروضوئية الشمسية

  • يقدم هذا القسم وصفا موجزا لتكنولوجيا اللوحات الكهروضوئية الشمسية والمصطلحات التقنية المشتركة المستخدمة.  يتم تشغيل نظام اللوحات الكهروضوئية الشمسية بواسطة العديد من وحدات اللوحات الكهروضوئية للفيلم البلوري أو الرقيق.  يتم توصيل خلايا PV الفردية لتكوين وحدة PV.  يأخذ ذلك شكل لوحة لسهولة التركيب. 

خلية سيليكون PV متعددة البلورات
خلية سيليكون PV بلورية أحادية اللون

تتكون الخلايا الكهروضوئية من مواد شبه الموصل الحساسة للضوء والتي تستخدم الفوتونات لإخراج الإلكترونات لدفع تيار كهربائي.  هناك فئتان عريضتان من التكنولوجيا المستخدمة في الخلايا الكهروضوئية، وهما السيليكون البلوري والفيلم الرقيق، الأحدث والأكثر شعبية.  وتقدم “شجرة العائلة” نظرة عامة على هذه التكنولوجيات المتاحة اليوم.

Solar Cell Type

معدل الكفاءة

المزايا

العيوب

Monocrystalline Solar Panels (Mono-SI)

~20%

ارتفاع معدل الكفاءة؛  محسن للاستخدام التجاري؛  قيمة عالية لعمر الحياة

مكلف

Polycrystalline Solar Panels (p-Si)

~15%

سعر أقل

حساسة لدرجات الحرارة العالية؛  عمر أقل وكفاءة أقل قليلا في المساحة

Thin-Film Amorphous Silicon Solar Panels (A-SI)

~7-10%

تكاليف منخفضة نسبيا؛  سهلة الإنتاج ومرنة

ضمانات أقصر وعمر أطول

خلية PV مركزة (CVP)

~41%

أداء عال جدا ومعدل كفاءة عال

يلزم توفر جهاز تعقب يعمل بالطاقة الشمسية ونظام تبريد (للوصول إلى معدل كفاءة عال)

 

هياكل التركيب

يجب تركيب الصفيفات الكهروضوئية على هيكل ثابت ومتين يمكنه دعم المجموعة ومقاومة الرياح والأمطار والبرد والتآكل على مدى عقود.  تقوم هذه الهياكل بإمالة صفيف PV بزاوية ثابتة يحددها خط العرض المحلي واتجاه الهيكل ومتطلبات الحمل الكهربي.  وللحصول على أعلى ناتج سنوي للطاقة، توجه الوحدات في نصف الكرة الشمالي إلى الجنوب وتنزع بزاوية تساوي خط العرض المحلي.  يعد تركيب الحامل حاليا الطريقة الأكثر شيوعا نظرا لأنه يتسم بالقوة، وتعدد الاستخدامات، وسهولة التركيب. 

العاكس INVERTER

تستخدم العواكس لتحويل التيار المباشر (DC) من الكهرباء التي تولدها الوحدات الضوئية الشمسية إلى كهرباء تيار متناوب (AC)، وهو يستخدم لنقل الكهرباء محليا، فضلا عن معظم الأجهزة في منازلنا، عادة ما يكون المحول الواحد أقل تكلفة ويمكن تبريده وصيانته بسهولة أكبر عند الحاجة.  ومن المتوقع أن يتم استبدال العواكس  مرة واحدة على الأقل في عمر صفيف PV الذي يبلغ 25 عاما.

تسمح المعكوس المتقدم أو “المعكوس الذكي” بالاتصال ثنائي الاتجاه بين العاكس والأداة الكهربائية المساعدة.  يمكن أن يساعد ذلك على موازنة العرض والطلب تلقائيا أو من خلال الاتصال عن بعد مع مشغلي المرافق.  والسماح للمرافق بالحصول على هذه الرؤية في العرض والطلب يسمح لها بخفض التكاليف، وضمان استقرار الشبكة، والحد من احتمالات انقطاع التيار الكهربائي.

التخزين

وتسمح البطاريات بتخزين الطاقة الضوئية الشمسية، لذا يمكننا استخدامها لتزويد منازلنا بالطاقة في الليل أو عندما تعمل عناصر الطقس على منع أشعة الشمس من الوصول إلى الألواح الكهروضوئية.  ولا يمكن استخدامها في المنازل فحسب، بل إن البطاريات تلعب دورا متزايد الأهمية للمرافق.  ومع تغذية العملاء للطاقة الشمسية مرة أخرى في الشبكة، يمكن للبطاريات تخزينها بحيث يمكن إعادتها إلى العملاء في وقت لاحق.  فزيادة استخدام البطاريات ستساعد على تحديث وتثبيت الشبكة الكهربائية في بلدنا.

أنواع البطاريات الشمسية

      • Lead-acid
    • البطاريات التي تحتوي على حمض الرصاص هي نفس نوع البطاريات التي قد تكون في سيارتك
    • عادة ما تكون كبيرة جدا وستأخذ مساحة كبيرة
    • مقارنة بالبدائل الأخرى للبطاريات الرصاص – الحمضية لها عمر دورة أقل
    • اختيار مفضل لأنظمة خارج الشبكة حيث أنها موثوقة ويمكن أن تكون خيارا فعالا من حيث التكلفة عند تركيب كميات كبيرة من التخزين
  • Lithium-ion
  • إن بطاريات الليثيوم أيون هي نفس نوع البطاريات التي قد تحتوي عليها في هاتفك الذكي
  • خيار ذو شعبية كبيرة لأنظمة البطاريات الشمسية في أستراليا
  • عمر دورة أطول من بطاريات حمض الرصاص
  • تفريغ أعمق من بطاريات حمض الرصاص
  • أكثر تكلفة من بطاريات حمض الرصاص
  • صغيرة الحجم وخفيفة الوزن
  • Flow batteries
  • تفريغ أعمق من حمض الرصاص والليثيوم أيون (عمق تفريغ 100%)
  • أكثر تكلفة من حمض الرصاص والليثيوم أيون
  • يمكنه تحمل درجات الحرارة القصوى
  • Sodium Nickle Chloride
  • قابلة لإعادة التدوير بالكامل
  • لا خطر من نشوب حريق
  • أكثر تكلفة من حمض الرصاص والليثيوم أيون
  • دورة حياة أقل من الليثيوم أيون (Lithium-ion)

الأنواع الرئيسية لأنظمة الطاقة الشمسية

      • ويمكن تصنيف نظم الفلطاضوئية الشمسية على أساس الاستخدام النهائي للتكنولوجيا. 

        1. على الشبكة – يعرف أيضا باسم شبكة الربط أو شبكة تغذية النظام الشمسي
        2. خارج الشبكة – يعرف أيضا بنظام الطاقة المستقل (SAPS)

        3.         Hybrid – نظام شمسي متصل بالشبكة مع تخزين البطارية

  1. أنظمة اللوحات الكهروضوئية الشمسية المتصلة بالشبكة:

        • إن التطبيق الرئيسي للفلطية الشمسية متصل بالشبكة.  يتم تركيب معظم أنظمة اللوحات الكهروضوئية الشمسية على المباني أو تثبيتها على الأرض إذا لم تكن الأرض عائقا.  أما بالنسبة للمباني، فهي إما مثبتة على السقف أو مدمجة في المبنى.  وتعرف هذه الأخيرة أيضا ببناء الخلايا الكهروضوئية المتكاملة.  مع BIPV، تقوم وحدة PV عادة بشرح مكون مبنى آخر، على سبيل المثال زجاج النوافذ أو صخر السقف/الحائط، مما يخدم غرضا مزدوجا ويعوض عن بعض التكاليف.  يحتوي المبنى على اثنين من مصادر الطاقة المتوازية، أحدهما من نظام الفلطاضوئية الشمسية والآخر من شبكة الطاقة.  يقوم مورد الطاقة المجمع بتغذية جميع الأحمال المتصلة بDB الرئيسي للتيار المتردد. 

          وتتفاوت نسبة إمدادات الفلطاضوئية الشمسية إلى إمدادات شبكة الطاقة، تبعا لحجم النظام الشمسي الفلطاضوئية.  وكلما تجاوز المعروض من الفلطاضوئية الشمسية الطلب على البناء، فإن الطاقة الكهربائية الفائضة سوف تصدر إلى الشبكة.  وحين لا يكون هناك ضوء شمس لتوليد الطاقة الكهروضوئية ليلا، فإن شبكة الطاقة سوف توفر كل احتياجات المبنى

           يمكن أن يكون النظام المتصل بالشبكة طريقة فعالة للحد من اعتمادنا على طاقة المرافق، وزيادة إنتاج الطاقة المتجددة، وتحسين البيئة.

2. نظام خارج الشبكة

تنطبق أنظمة اللوحات الكهروضوئية الشمسية خارج الشبكة على المناطق التي لا توجد بها شبكة طاقة.  وفي الوقت الحالي
، يتم عادة تركيب هذه النظم الشمسية الفلطاضوئية في مواقع معزولة تكون شبكة الطاقة فيها بعيدة،
 مثل المناطق الريفية أو الجزر البحرية.  ولكن ربما يتم تركيبها أيضا داخل المدينة
 في المواقف التي قد يكون من غير المريح أو المكلف للغاية فيها استغلال الطاقة الكهربائية من شبكة الكهرباء.
على سبيل المثال، في سنغافورة، يتم تشغيل العديد من مصابيح إشارات الانتظار URA بواسطة
 أنظمة اللوحات الكهروضوئية الشمسية خارج الشبكة.

يحتاج نظام الفلطاضوئية الشمسية خارج الشبكة إلى بطاريات قابلة لإعادة الشحن تستخدم دورة عميقة لتخزين الكهرباء لاستخدامها في الظروف التي يكون فيها خرج النظام الشمسي الفلطاضوئية قليلا أو لا يخرج منها، مثل أثناء الليل،

3. النظام الهجين

تجمع الأنظمة الهجينة الحديثة بين تخزين الطاقة الشمسية والبطارية في جهاز واحد، وهي متوفرة الآن في العديد من الأشكال والتكوينات المختلفة.  نظرا لانخفاض تكلفة تخزين البطارية، يمكن للأنظمة المتصلة بالفعل بشبكة الكهرباء أن تبدأ في الاستفادة من تخزين البطارية أيضا.  وهذا يعني القدرة على تخزين الطاقة الشمسية التي يتم توليدها أثناء النهار واستخدامها في الليل.  كما أن الهجينة قادرة على شحن البطاريات باستخدام كهرباء رخيصة غير الذروة.

اترك تعليقاً