الطاقة الشمسية للمنازل الحل المثالي للطاقة الرخيصة النظيفة

الطاقة الشمسية للمنازل تقدم الآن من خلال قوة الشمس لكي تتيح لأصحاب المنازل والمباني تقليل استهلاك الكهرباء والاستفادة القصوى بالطاقة النظيفة و الرخيصه وتقليل فواتير الكهرباء لأكثر من النصف 

تعتبر مساحة السطح محددة لكم يحتاج البيت من الواح الطاقة الشمسية التي يمكن تركيبها وتباعاً كمية الكهرباء التي يمكن توليدها شهرياً
الطاقة الشمسية للمنازل استخدامها توسع بشكل مطرد في السنوات الأخيرة لأنها تعتمد على مصدر متجدد، كما أنها المصدر الأكثر وفرة على وجه الأرض، وحسب الدراسات الحديثة فإن 173000 تيرا وات من الطاقة الشمسية تضرب كوكبنا بشكل مستمر، أي أكثر من 10000 ضعف إجمالي استخدام الطاقة في العالم، من خلال استخدام الطاقة الشمسية، يتمتع الكوكب بإمدادات لا نهاية لها من الطاقة المتجددة.

 تعتمد الطريقة الأساسية المستخدمة لجمع الطاقة الشمسية وتحويلها إلى كهرباء على التقنيات الكهروضوئية، حيث يتم تركيب الألواح الشمسية التي تحتوي على الخلايا الكهروضوئية في مواقع تزيد من تعرضها للطاقة الشمسية.

 تتكون اللوحة الشمسية النموذجية من خلايا شمسية فردية، كل منها مصنوعة من طبقات من السيليكون والبورون والفوسفور. توفر طبقة البورون الشحنة الموجبة، وتوفر طبقة الفوسفور الشحنة السالبة، وتعمل رقاقة السيليكون بمثابة أشباه الموصلات.

عندما تضرب فوتونات الشمس سطح اللوحة، فإنها تطرد الإلكترونات من “شريحة” السيليكون إلى المجال الكهربائي الذي تولده الخلايا الشمسية. وينتج عن هذا تيار اتجاهي، والذي يتم بعد ذلك تسخيره للحصول على طاقة قابلة للاستخدام.

يتطلب إنتاج الطاقة الحرارية عملية مختلفة عن التقنيات الكهروضوئية المستخدمة لإنتاج الكهرباء. تستخدم طريقة التجميع هذه، والتي يشار إليها باسم الطاقة الشمسية المركزة، مرايا متعددة لعكس وتركيز الطاقة الشمسية على جهاز استقبال واحد يحتوي على سائل مثل الزيت أو الأملاح المنصهرة. تعمل الطاقة المركزة على تسخين السائل إلى درجة حرارة عالية. يتم بعد ذلك استخدام السائل لغلي الماء وتكوين البخار، الذي يشغل مولد توربيني ينتج الكهرباء. ونظرًا لأن السائل يصل إلى درجات حرارة قصوى، فيمكنه الاحتفاظ بالحرارة الكافية لغلي الماء طوال الليل.

ما هي الطاقة الشمسية للمنازل؟

الطاقة الشمسية هي شكل متجدد من الطاقة المحصودة من الشمس بغرض إنتاج الكهرباء أو الطاقة الحرارية، وهي مجانية ووفيرة، واستخدامها لا يؤثر على البيئة مثل الوقود الأحفوري، وتسمى العملية برمتها بالتأثير الكهروضوئي، ولهذا السبب تُعرف الألواح الشمسية أيضًا بالألواح الكهروضوئية، وتحتوي اللوحة الشمسية النموذجية على 60 أو 72 أو 90 خلية شمسية فردية، وهناك طريقتان أساسيتان تستخدمان لالتقاط وتحويل الطاقة الشمسية هما الخلايا الكهروضوئية والطاقة الشمسية المركزة.

 يتم جمع الطاقة من الشمس باستخدام الألواح الشمسية وتحول تلك الطاقة الشمسية إلى كهرباء، وإلى جانب توفرها الوفيرة، فإن الطاقة الشمسية لها تأثير بيئي أو بصمة كربونية أقل بكثير من الوقود الأحفوري، سواء في إنتاجها أو استخدامها. ويمكن توليد الطاقة الشمسية دون انبعاث غازات دفيئة، ولا تساهم في الضوضاء أو تلوث المياه، على الرغم من أن تصنيع الألواح الشمسية يتطلب عادة الماء.

وتستخدم العديد من المرافق الآن الطاقة الشمسية لتشغيل عملياتها، غالبًا بالتزامن مع مصادر إضافية للكهرباء النظيفة، مثل طاقة الرياح أو المد والجزر، وتتجه المؤسسات الكبرى إلى الطاقة النظيفة لتوفير المال وزيادة الاكتفاء الذاتي وتحسين الاستدامة، و تعد Apple وGoogle وMicrosoft من بين شركات تكنولوجيا المعلومات الكبرى التي تستثمر في الطاقة المتجددة وتكنولوجيا المعلومات الخضراء.

الزجاج الكهروضوئي الشفاف والطاقة الشمسية للمنازل

 على الرغم من أن تقنيات الطاقة الشمسية الكهروضوئية والطاقة الشمسية المركزة هي التقنيات الأساسية المستخدمة للطاقة الشمسية، إلا أنها ليست الطرق الوحيدة،على سبيل المثال، تم تركيب الزجاج الكهروضوئي الشفاف في عدد من المباني حول العالم، ويسمح الزجاج للضوء بالمرور عبر الأجزاء مثل النافذة العادية ولكنه يولد الكهرباء في هذه العملية.

نوافذ الطاقة الشمسية:

 تخيل لو كانت نوافذك عبارة عن ألواح شمسية شفافة؟، هذا يعني أن المنازل والمكاتب والمدن بأكملها يمكن أن تستخدم لتوليد الكهرباء بشكل مستدام من الشمس، الألواح الشمسية الشفافة التي تبدو كالزجاج ليست مجرد حلم بعيد المنال. لقد تم استخدامها بالفعل – ولديها إمكانات هائلة للمساعدة في تلبية احتياجات العالم من الطاقة من المصادر المتجددة.

ما هي الألواح الشمسية الشفافة؟:

تبدو الألواح الشمسية الشفافة (الزجاج الكهروضوئي) مثل الزجاج الشفاف وتسمح بمرور الضوء مثل النوافذ العادي، ولكنها مصنوعة من نوع من الزجاج الشمسي الذي يمتص الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء، وهي أنواع من الضوء غير مرئية بالعين المجردة، ويحولها إلى كهرباء متجددة.

  ويعتقد فريق جامعة ولاية ميشيغان الذي طور التقنية أن النوافذ الشمسية وتقنيات الطاقة الشمسية الشفافة ذات الصلة يمكن أن توفر حوالي 40٪ من الطلب على الطاقة في الولايات المتحد، وومع إضافة وحدات الطاقة الشمسية على الأسطح، يمكن أن ترتفع هذه النسبة إلى 100% تقريبًا.

 وتشير التقديرات إلى أن الولايات المتحدة وحدها تمتلك ما بين خمسة وسبعة مليارات متر مربع من الأسطح الزجاجية، على سبيل المثال، تحتوي ناطحات السحاب على كمية هائلة من الأسطح الزجاجية.

وتقول شركة Ubiquitous Energy الأمريكية المتخصصة في النوافذ الشمسية إنها تخطط لتحويل ناطحات السحاب إلى “مزارع عمودية للطاقة الشمسية” عن طريق تركيب نوافذ شمسية، كما قام الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في الولايات المتحدة بتطوير خلايا شمسية شفافة لسنوات عديدة.

وتقول شركة مقرها هولندا تدعى Physee إنها تقوم بتركيب 15000 من النوافذ في مباني المكاتب في جميع أنحاء أوروبا. هذه هي النوافذ التي تحتوي على الخلايا الشمسية المولدة للطاقة وتقنية الاستشعار التي تساعد في إدارة استخدام الطاقة في المبنى والراحة، وتؤكد Physee أن النوافذ ستخفض تكاليف الطاقة في البناء بنسبة تصل إلى 30%..

يتم استخدام الألواح الشمسية الشفافة بالفعل في مدرسة كوبنهاجن الدولية، ويغطي المبنى 12 ألف لوح شمسي “ملون لكن شفاف”، وتوفر هذه المرافق 200 ميجاوات من الكهرباء سنويًا، أي أكثر من نصف الطاقة التي يستهلكها المبنى.

أهمية الزجاج الشمسي (الكهروضوئي):

• الميزة الرئيسية للزجاج الشمسي، المعروف أيضًا باسم الزجاج الكهروضوئي، هي أنه يشغل مساحة أقل من الألواح الشمسية التقليدية.
• في المدن التي بها الكثير من المباني والمساحات المحدودة، يكون تركيب الألواح الشمسية التقليدية أمرًا صعبًا، بينما يمكن تركيب الألواح الشمسية الشفافة على نطاق واسع حتى في المدن المزدحمة، ما يساعد المباني والمدن على تحقيق أهداف المناخ الصفرية.
• يمكنك تحويل كل سطح من المبنى أو المناظر الطبيعية تقريبًا إلى مصفوفة شمسية وتوليد الطاقة في المكان الذي تستخدمها فيه دون حتى معرفة وجودها.
• تُظهِر النوافذ الشمسية كيف يمكن للتكنولوجيا أن تطلق العنان للتنمية المستدامة، أي التقدم الذي يحمي الناس والكوكب بدلا من تهديده.

 أنواع ألواح الطاقة الشمسية للمنازل

 هناك 4 أنواع رئيسية من الألواح الشمسية المتوفرة في السوق الألواح أحادية البلورات ، والألواح متعددة البلورات، وألواح PERC، والألواح ذات الأغشية الرقيقة.

1. الألواح الشمسية أحادية البلورات

تُعرف أيضًا باسم الألواح أحادية البلورة، وهي مصنوعة من بلورة سيليكون نقية واحدة مقطعة إلى عدة شرائح، ونظرًا لأنها مصنوعة من السيليكون النقي، فيمكن التعرف عليها بسهولة من خلال لونها الأسود الداكن. كما أن استخدام السيليكون النقي يجعل الألواح أحادية البلورات هي الأكثر كفاءة في استخدام المساحة والأطول عمرًا بين جميع أنواع الألواح الشمسية الثلاثة.

 ومع ذلك، فإن هذا يأتي بتكلفة، حيث يتم إهدار الكثير من السيليكون لإنتاج خلية أحادية البلورية، تصل أحيانًا إلى أكثر من 50٪. وهذا يؤدي إلى ثمن باهظ.

   2.الألواح الشمسية متعددة البلورات

كما يوحي الاسم، فهي تأتي من بلورات سيليكون مختلفة بدلاً من بلورات واحدة. تُذاب قطع السيليكون وتُسكب في قالب مربع. وهذا يجعل الخلايا متعددة البلورات ميسورة التكلفة نظرًا لعدم وجود أي نفايات تقريبًا، ويمنحها هذا الشكل المربع المميز.

ومع ذلك، فإن هذا يجعلها أيضًا أقل كفاءة من حيث تحويل الطاقة والمساحة، نظرًا لأن نقائها وبنيتها من السيليكون أقل من الألواح أحادية البلورات. كما أنها تتمتع بقدرة أقل على تحمل الحرارة، مما يعني أنها أقل كفاءة في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة.

3. لوحات الباعث السلبي والخلية الخلفية PERC

تعتبر الألواح الشمسية PERC بمثابة تحسين للخلية أحادية البلورات التقليدية، تضيف هذه التقنية الجديدة نسبيًا طبقة تخميل في السطح الخلفي للخلية مما يعزز الكفاءة بعدة طرق:

• يعكس الضوء مرة أخرى إلى الخلية، مما يزيد من كمية الإشعاع الشمسي الذي يتم امتصاصه.
• يقلل من الميل الطبيعي للإلكترونات لإعادة الاتحاد ويمنع تدفق الإلكترونات في النظام.
• يسمح بانعكاس أطوال موجية أكبر من الضوء، لا يمكن لرقائق السيليكون امتصاص موجات الضوء التي يزيد طولها عن 1180 نانومتر، وبالتالي تمر عبرها، مما يؤدي في النهاية إلى تسخين الطبقة الخلفية المعدنية للخلية وتقليل كفاءتها. تعكس طبقة التخميل هذه الأطوال الموجية الأعلى وتمنعها من تسخين الطبقة الخلفية.

 وتسمح ألواح PERC بتجميع قدر أكبر من الطاقة الشمسية في مساحة مادية أصغر، مما يجعلها مثالية للمساحات المحدودة. إن إنتاجها أغلى قليلاً من الألواح التقليدية، وذلك بسبب المواد المضافة المطلوبة، ولكن يمكن تصنيعها على نفس المعدات، ويمكن أن ينتهي الأمر بمتوسط تكلفة أقل لكل وات بسبب كفاءتها.

4.الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة

تتميز الألواح ذات الأغشية الرقيقة بطبقات دقيقة جدًا تكون رفيعة بدرجة كافية لتكون مرنة. لا تتطلب كل لوحة إطارًا داعمًا، مما يجعلها أخف وزنًا وأسهل في التركيب. على عكس ألواح السيليكون البلورية التي تأتي بأحجام موحدة تبلغ 60 و72 و96 خلية، يمكن أن تأتي الألواح ذات الأغشية الرقيقة بأحجام مختلفة لتناسب الاحتياجات المحددة. ومع ذلك، فهي أقل كفاءة من الألواح الشمسية السيليكونية التقليدية.

أنواع ألواح الطاقة الشمسية للمنازل حسب سعة الطاقة

تتمتع الخلايا أحادية البلورات بأعلى سعة طاقة، وذلك بفضل تركيبها أحادي البلورة الذي يسمح بمعدل إنتاج أعلى في حزمة أصغر. يمكن لمعظم الألواح أحادية البلورية توليد ما يصل إلى 300 وات من سعة الطاقة.

وقد سمحت التطورات الحديثة في تكنولوجيا الطاقة الشمسية للألواح متعددة البلورات بسد الفجوة، وأصبحت اللوحة القياسية متعددة الكريستالات المكونة من 60 خلية الآن قادرة على إنتاج ما بين 240 إلى 300 وات. ومع ذلك، لا تزال الألواح الأحادية البلورات تتفوق على الألواح الكريستالية من حيث سعة الطاقة لكل خلية.

 نظرًا لأن الألواح ذات الأغشية الرقيقة لا تأتي بأحجام موحدة، فلا يوجد مقياس قياسي لقدرة الطاقة، وستختلف سعة لوحة الأغشية الرقيقة عن الأخرى بناءً على حجمها المادي. بشكل عام، وبالنظر إلى نفس البصمة المادية، تنتج الألواح البلورية التقليدية طاقة أكبر من الألواح الرقيقة من نفس الحجم.

 الألواح أحادية البلورات تكلفتها أعلى نظرًا لعملية التصنيع التي تستهلك الكثير من الطاقة ، حيث يبلغ عائدها 50٪ فقط لكل بلورة سيليكون، وتعد الوحدات متعددة البلورات أرخص لأنها تستفيد من أجزاء الكريستال المتبقية من إنتاج أحادي البلورات، مما يؤدي إلى عملية تصنيع أبسط وانخفاض تكاليف الإنتاج.

ومن بين الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة، تعد CIGS هي الأكثر تكلفة، تليها CdTe والسيليكون غير المتبلور، وبصرف النظر عن انخفاض تكلفة الشراء، يمكن أن يكون تركيب الوحدات ذات الأغشية الرقيقة أسهل بفضل وزنها الخفيف ومرونتها، مما يقلل من تكلفة العمالة.

وفي حين انخفضت التكلفة الإجمالية للأنظمة السكنية بأكثر من 65% على مدى العقد الماضي، فقد ارتفعت التكلفة الناعمة للنظام بالفعل من 58% من إجمالي تكلفة النظام في عام 2014 إلى 65% في عام 2020.

أقرأ ايضا : 

الواح الطاقة الشمسية اتجاه متنامي منذ عقود

تعريف الطاقة الشمسية وأنواعها والاستخدامات

تواصل معنا الان