اجهزة الطاقة الشمسية يعد استخدامها خيارًا رائعًا لتقليل التكلفة وتقليل تأثيرنا على البيئة، فهذه الأجهزة المفيدة التي تعمل بالطاقة الشمسية هي طرق يمكننا من خلالها استخدام الطاقة الشمسية في حياتنا اليومية.
وتركز المزيد من الابتكارات في مجال العلوم والتكنولوجيا حاليًا على مصادر الطاقة الخضراء والمتجددة لتقليل تأثيرنا السلبي على البيئة، لذلك يعد استغلال الطاقة الشمسية والطاقة الشمسية مصدرًا رائعًا للطاقة المتجددة التي يتم استخدامها على نطاق واسع اليوم.
وتستخدم العديد من الأدوات والأجهزة هذه التقنية، وقد أثبتت هذه الأجهزة أنها أكثر كفاءة وموثوقية في تشغيلها، مما جعلها تكتسب شعبية أكبر بين العديد من المستخدمين على مستوى العالم.
اجهزة الطاقة الشمسية المكوِّنة للنظام
اجهزة الطاقة الشمسية ضمن مكونات النظام السكني منها الألواح الشمسية والعاكسات والبطاريات وغير ذلك، وفيما يلي عدد منها.
- الألواح الشمسية
هي المكون الأساسي للنظام، وتُستخدم لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، وتتكون من خلايا شمسية مصنوعة من مواد شبه موصلة مثل السيليكون، وتختلف قدرة اللوحة الشمسية حسب عدد الخلايا ونوعها.
أنواع الألواح الشمسية:
يمكن تصنيف الألواح الشمسية إلى ثلاثة أنواع رئيسية بناءً على طريقة تصنيع الخلايا الشمسية المكونة للوح:
أ. أحادية البلورة (Mono-crystalline):
- تتميز بكفاءة عالية تصل إلى 22% وأداء أفضل في ظروف درجات الحرارة المرتفعة.
- تتكون من شرائح من السليكون ذات نقاء عالٍ، مما يمنحها لونًا أسودًا مميزًا.
- تعتبر أغلى من الأنواع الأخرى.
- عمرها الافتراضي يزيد عن 25 عامًا.
ب. متعددة البلورات (Polycrystalline):
- تتميز بكفاءة أقل من النوع أحادي البلورة تصل إلى 18%.
- تتكون من شرائح من السليكون ذات نقاء أقل، مما يمنحها لونًا أزرقًا مميزًا.
- تعتبر أرخص من النوع أحادي البلورة.
- عمرها الافتراضي يزيد عن 25 عامًا.
ج. الأغشية الرقيقة Thin film
- تتميز بكفاءة أقل من النوعين السابقين تصل إلى 12% .
- سهلة التركيب وخفيفة الوزن ومرنة.
- تعتبر أرخص من الأنواع الأخرى.
- عمرها الافتراضي يزيد عن 20 عامًا.
مقاسات الألواح الشمسية:
- يبلغ حجم الألواح المكونة من 60 خلية و120 خلية حوالي 40 × 66 بوصة، وتزيد أو تنقص بوصة واحدة اعتمادًا على الشركة المصنعة.
- تحتوي اللوحات المكونة من 60 خلية على 10 صفوف يتكون كل منها من 6 خلايا.
- تتميز الألواح المكونة من 120 خلية بنفس الحجم والتكوين، ولكن يتم قطع الخلايا إلى النصف، مما يعزز كفاءة اللوحة قليلاً.
- يبلغ حجم الألواح المكونة من 72 خلية و144 خلية حوالي 40 × 78 بوصة، مع اختلافات صغيرة اعتمادًا على الشركة المصنعة.
- تحتوي اللوحات المكونة من 72 خلية على 12 صفًا يتكون كل منها من 6 خلايا، وتتميز الألواح المكونة من 144 خلية بنفس عامل الشكل، ولكن مع خلايا نصف مقطوعة.
- يبلغ طول الألواح الشمسية الأكبر حجمًا حوالي قدم ، مما قد يجعل حملها أكثر صعوبة أثناء التثبيت، خاصة إذا كنت تقوم بتثبيت نظام على سطح منزلك.
- إذا كان لديك سقف طويل، فقد تتمكن من تركيب صفين من الألواح المكونة من 60 خلية، بينما قد يحتاج السقف الأصغر إلى ألواح مكونة من 72 خلية لتناسب أكبر قدر ممكن من الطاقة الشمسية في مساحة محدودة.
- العاكس (الإنفرتر)
العاكس هو دماغ نظام الطاقة الشمسية، فهو المسؤول عن تحويل التيار المستمر (DC) الذي تنتجه الألواح الشمسية إلى تيار متردد (AC) متوافق مع الشبكة الكهربائية أو قابل للاستخدام في الأجهزة المنزلية.
أنواع العاكس:
- عاكس متصل بالشبكة، يُستخدم في الأنظمة المتصلة بالشبكة الكهربائية، ويقوم بتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد وتغذية الشبكة به.
- عاكس خارج الشبكة، يُستخدم في الأنظمة غير المتصلة بالشبكة الكهربائية، ويقوم بتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد وتخزينه في بطاريات لاستخدامه لاحقًا.
وظيفة العاكس:
- تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT) يضمن الحصول على أقصى قدر من الطاقة من الألواح الشمسية.
- الحماية من ظاهرة التجزير، يمنع انعكاس التيار الكهربائي من العاكس إلى الشبكة.
- يراقب أداء النظام ويعرض معلومات مثل الجهد والطاقة المنتجة.
مزايا العاكس:
- يزيد من كفاءة نظام الطاقة الشمسية.
- يسمح باستخدام الأجهزة المنزلية التي تعمل بالتيار المتردد.
- يضمن سلامة النظام.
- يُمكن من ربط النظام بالشبكة الكهربائية أو العمل بشكل مستقل.
عيوب العاكس:
- يُعد من أغلى مكونات نظام الطاقة الشمسية.
- يُمكن أن يُصدر ضوضاء.
- يحتاج إلى صيانة دورية.
- البطاريات
تلعب البطاريات دورًا محوريًا في أنظمة الطاقة الشمسية، فهي تُستخدم لتخزين الطاقة الكهربائية التي يتم توليدها بواسطة الألواح الشمسية خلال النهار، وذلك لاستخدامها لاحقًا خلال ساعات الليل أو في فترات انقطاع التيار الكهربائي.
أنواع البطاريات المستخدمة في أنظمة الطاقة الشمسية:
- بطاريات الرصاص الحمضية، هي النوع الأكثر شيوعًا واستخدامًا في أنظمة الطاقة الشمسية، تتميز بانخفاض تكلفتها وسهولة صيانتها، ولكنها تعاني من بعض العيوب مثل قصر عمرها الافتراضي من 3 إلى 5 سنوات وانخفاض كفاءة تخزين الطاقة.
- بطاريات الليثيوم أيون، تتميز بكفاءة عالية في تخزين الطاقة وعمر افتراضي أطول (من 10 إلى 15 سنة) من بطاريات الرصاص الحمضية، ولكنها أغلى ثمنًا وأكثر تعقيدًا في التركيب والصيانة.
- بطاريات تدفق الفاناديوم، هي نوع جديد من البطاريات تتميز بكفاءة عالية وعمر افتراضي طويل من 20 إلى 30 سنة وتكلفة قليلة للصيانة، ولكنها مازالت قيد التطوير ولم يتم استخدامها على نطاق واسع.
نصائح للحفاظ على بطاريات الطاقة الشمسية:
- يجب عليك التحكم في مستوى شحن البطارية ومنع تفريغها بشكل كامل.
- يجب عليك فحص البطارية بشكل دوري وتنظيفها من الأوساخ والغبار.
- يجب عليك استخدام أجهزة التحكم في الشحن لمنع الشحن الزائد للبطارية.
- منظم الشحن في نظام الطاقة الشمسية
منظم الشحن هو جهاز إلكتروني ضروري في أي نظام طاقة شمسية. وظيفته هي تنظيم الجهد الكهربائي القادم من الألواح الشمسية قبل تخزينه في البطاريات.
وظائف منظم الشحن:
- يحافظ منظم الشحن على جهد البطارية ثابتًا، مما يمنع الشحن الزائد أو التفريغ الزائد، مما يطيل عمر البطارية.
- يمنع منظم الشحن التيار العكسي من التدفق من البطارية إلى الألواح الشمسية في الليل.
- يحتوي منظم الشحن على أنظمة أمان تمنع حدوث ماس كهربائي في النظام.
- يقوم بعض أنواع منظمات الشحن بشحن البطاريات في 3 مراحل، السريع 80% من سعتها، الزائد تُشحن البطارية ببطء حتى تصل إلى 100% من سعتها، أما مرحلة الشحن العائم فتُحافظ على جهد البطارية ثابتًا.
- يمكن لبعض أنواع منظمات الشحن التحكم في الأحمال المتصلة بالنظام، مثل إطفاء الأنوار عند انخفاض جهد البطارية.
أنواع منظمات الشحن:
- منظمات شحن PWM هي النوع الأكثر شيوعًا، سهلة الاستخدام ورخيصة الثمن، لا تتبع أقصى نقطة طاقة.
- منظمات شحن MPPT أكثر كفاءة من منظمات شحن PWM، تتبع أقصى نقطة طاقة، ما يعني أنها تستخرج المزيد من الطاقة من الألواح الشمسية، وهي أغلى سعرًا.
- جهاز قطع التيار في نظام الطاقة الشمسية
يُعد جهاز قطع التيار عنصرًا هامًا في نظام الطاقة الشمسية، حيث يؤدي وظائف أساسية تضمن سلامة النظام وكفاءته.
وظائفه الرئيسية:
- حماية النظام من التيار الزائد، يراقب جهاز قطع التيار تدفق التيار في النظام، ويقوم بقطع التيار تلقائيًا في حال تجاوزه الحد المسموح به.
- حماية الأشخاص من الصدمات الكهربائية، يعمل جهاز قطع التيار على فصل التيار عن الألواح الشمسية في حال حدوث أي خلل كهربائي، مما يمنع حدوث صدمات كهربائية.
- حماية النظام من العواصف الرعدية، تُشكل العواصف الرعدية خطرًا على أنظمة الطاقة الشمسية، حيث يمكن أن تؤدي إلى حدوث ارتفاع مفاجئ في التيار. يعمل جهاز قطع التيار على حماية النظام من هذه الارتفاعات المفاجئة.
- منع حدوث الحرائق، في حال حدوث أي خلل في النظام، مثل ماس كهربائي، يعمل جهاز قطع التيار على فصل التيار عن النظام، مما يمنع حدوث الحرائق.
أنواع جهاز قطع التيار في نظام الطاقة الشمسية:
- قاطع الدائرة، وهو النوع الأكثر شيوعًا، ويستخدم لقطع التيار عن الألواح الشمسية في حال تجاوز التيار الحد المسموح به.
- مانع الصواعق، يُستخدم لحماية النظام من الارتفاعات المفاجئة في التيار الناتجة عن العواصف الرعدية.
- جهاز حماية التيار المتبقي، يُستخدم لحماية الأشخاص من الصدمات الكهربائية.
اجهزة الطاقة الشمسية المتنقلة
اجهزة الطاقة الشمسية لم تعد فقط وحدات ومكونات في نظام طاقة شمسية كبير، بل أصبح هناك أجهزة وظيفية تتضمن نظام توليد الطاقة والوظيفة في جهاز واحد، وتكون دائمًا محمولة، ولهذا السبب، يمكنك بسهولة تحريك هذه الأجهزة وتثبيتها أينما تريد، بشرط وجود ضوء الشمس في المكان. وهذا يجعلها أكثر قابلية للتطبيق، وخاصة لتوليد الطاقة المستخدمة في الرحلات أو المخيمات التي تقع بعيدا عن المنزل حيث لا يوجد مصدر للطاقة، وفيما يلي أمثلة لهذه الأجهزة.
- مولد الطاقة الشمسية
مولد الطاقة الشمسية هو من الناحية الفنية نوع من حلول الطاقة الشمسية مع لوحة شمسية محمولة ومحطة طاقة. تقوم هذه الأداة بتحويل الطاقة الشمسية المجانية من الشمس التي تلتقطها الألواح الشمسية إلى طاقة كهربائية. ويتم بعد ذلك تخزين الطاقة الكهربائية في محطة توليد الكهرباء لاستهلاكها لاحقًا.
- محطة طاقة محمولة
هذا نوع من المولدات التي تعمل ببطارية قابلة للشحن، وتكون مزودة بمنافذ شحن USB ومرآب DC ومنفذ التيار المتردد وما إلى ذلك، وسيؤدي تثبيتها إلى إبقاء هواتفك الذكية وجميع الأجهزة مشحونة، ويمكنك أيضًا استخدامها لتشغيل الأجهزة الكهربائية الأخرى مثل المبردات الصغيرة وماكينات صنع القهوة والشوايات الكهربائية.
- الدش الشمسي
الدش الشمسي هو جهاز شمسي قوي يحول الطاقة الشمسية إلى حرارة. ثم يستخدم الحرارة لتسخين الماء، مما يجعله أكثر راحة للاستحمام. الدش الشمسي صديق للبيئة، مما يعني أنه لا يسبب أي ضرر للبيئة عند استخدامه.
- مكبر صوت يعمل بالطاقة الشمسية
مكبرات الصوت الشمسية هي أجهزة مخصصة لتقدم لك أفضل وسائل الترفيه الرائعة. مع مكبر الصوت الذي يعمل بالطاقة الشمسية، يمكنك تشغيل جميع الأغاني المفضلة لديك للحصول على بعض اللحظات الممتعة من الترفيه أثناء التخييم أو حتى في تجمع خارجي.
- فانوس التخييم بالطاقة الشمسية
يمكن أن يوفر فانوس التخييم الذي يعمل بالطاقة الشمسية الضوء لمدة تصل إلى 16 ساعة قبل تفريغه بالكامل. تأتي معظم فوانيس التخييم التي تعمل بالطاقة الشمسية مزودة بمكبرات صوت تعمل بتقنية Bluetooth ومنافذ شحن تحافظ على شحن هاتفك الذكي أثناء التخييم.
علاوة على ذلك، تحتوي فوانيس التخييم هذه دائمًا على ما يصل إلى 8 أوضاع ألوان يمكنك استخدامها لأغراض الديكور. يمكنك أيضًا استخدام هذه الفوانيس LED كنسخة احتياطية لانقطاع التيار الكهربائي أو أثناء أي تجمع خارجي.
6.بنك الطاقة الشمسية POWER BANK
يعد بنك الطاقة الذي يعمل بالطاقة الشمسية أداة قوية تحافظ على شحن الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية الخاصة بك بالكامل بالطاقة الشمسية. يتميز بنك الطاقة هذا بأنه محمول، وبالتالي يمكنك حمله عند الذهاب في رحلة. ولهذا السبب، فهو أداة شائعة الاستخدام لشحن الهواتف في المعسكرات وفي العديد من التجمعات الخارجية.
- الساعة الذكية الشمسية
الساعة الذكية الشمسية هي ساعة تقنية تقوم بإعادة شحن نفسها باستخدام الطاقة الشمسية. تحتوي هذه الساعة على غلاف خارجي متين مصنوع عادةً من بوليمر قوي مقوى بالألياف. تعمل هذه الساعة الذكية لمدة تصل إلى 24 يومًا عند شحنها بالكامل. بالإضافة إلى ذلك، يستغرق الأمر ما يصل إلى 54 يومًا للعمل عند إعادة شحنه باستخدام الطاقة الشمسية.
تأتي هذه الساعة الذكية التكتيكية مع العديد من الميزات المذهلة، بما في ذلك؛ مراقبة النوم ونقاط الطريق وبوصلة مراقبة معدل ضربات القلب ومقياس الضغط الجوي ومقياس الارتفاع ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ثنائي التنسيق وبعض التطبيقات المدمجة التي يمكنك استخدامها لرياضات معينة.
8 . الثلاجة والفريزر بالطاقة الشمسية
عندما تكون بطاريتك مشحونة بالكامل، يمكنك استخدام الثلاجة الشمسية للتبريد عند درجة حرارة منخفضة تصل إلى 32 درجة لمدة أقصاها تصل إلى 12 ساعة. بالإضافة إلى ذلك، تأتي الثلاجات مزودة ببطاريات قابلة للاستبدال، مما يعني أنه يمكنك بسهولة الحصول على بطارية احتياطية لاستخدامها كبطارية احتياطية عندما تنقطع الطاقة عن الأخرى.
أهمية اجهزة الطاقة الشمسية
اجهزة الطاقة الشمسية تُعدّ من أهمّ التقنيات الحديثة التي تُساهم في توفير الطاقة النظيفة والمستدامة، وتتمثل أهميتها في النقاط التالية:
- مصدر طاقة متجدد
- تُعدّ الطاقة الشمسية مصدرًا متجددًا لا ينضب، على عكس الوقود الأحفوري الذي سينفد مع مرور الوقت.
- تُساهم في تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري وتوفير بديل نظيف ومستدام.
- طاقة صديقة للبيئة
- لا تُنتج الطاقة الشمسية أيّ انبعاثات كربونية أو غازات ضارة، مما يجعلها صديقة للبيئة.
- تُساهم في الحدّ من تلوّث الهواء والاحتباس الحراري، مما يُحسّن من جودة الحياة.
- تقليل تكاليف الطاقة
- تُساعد أجهزة الطاقة الشمسية على تقليل فواتير الكهرباء، خاصةً في المناطق التي تُعاني من انقطاع التيار الكهربائي بشكلٍ متكرّر.
- تُوفّر المال على المدى الطويل، حيث أنّ تكلفة تركيبها تُصبح مُبرّرة مع مرور الوقت.
- سهولة التركيب والاستخدام
- تُعدّ أجهزة الطاقة الشمسية سهلة التركيب والاستخدام، ولا تتطلب صيانةً مُكلفة.
- تُتوفر بأحجام وأشكال مختلفة، مما يجعلها مناسبة للاستخدامات المنزلية والتجارية والصناعية.
- تنوع الاستخدامات
- تُستخدم أجهزة الطاقة الشمسية في العديد من المجالات، مثل توليد الكهرباء وتسخين المياه وتشغيل الإنارة وتشغيل الأجهزة الإلكترونية وريّ المزروعات وضخّ المياه، والكثير.
- تنمية الاقتصاد الوطني
تُساهم اجهزة الطاقة الشمسية في تنمية الاقتصاد الوطني، حيث تُوفّر فرص عمل جديدة وتُقلّل من الاعتماد على استيراد الوقود الأحفوري.
اقرأ ايضا :
تعريف الطاقة الشمسية وأنواعها والاستخدامات
