منظومات الطاقه الشمسيه المختلفة تأتي كنتيجة طبيعية للتطور في هذا المجال على مدى عقود وصولًا إلى الثورة المذهلة، التي أطلقها مؤسس شركة تسلا Tesla إيلون ماسك، عندما أعلن في مايو 2015 عن منتجه Tesla Powerwall، وهو عبارة عن بطارية منزلية أنيقة المظهر، لا تستخدم فحسب مع الأنظمة خارج الشبكة بل مع الأنظمة المرتبطة بالشبكة، وبالتالي أصبح هناك توجه للتخزين قليل التكلفة.
وبالنسبة للتحسين المستمر للكفاءة، فإن نظام الألواح الشمسية الكهروضوئية في ظل ظروف الاختبار العادية قد يولد ما يقرب من 200 كيلووات في الساعة، وبسبب الدعم الحكومي، انخفضت التكلفة، وقد ساعد هذا في تبديد الأسطورة القائلة بأن الطاقة الشمسية باهظة التكلفة.
وتتكون أنظمة الخلايا الشمسية من مجموعة من الألواح الشمسية الكهروضوئية المرتبطة ببعضها البعض مع المعدات اللازمة لتحويل ضوء الشمس إلى طاقة، وتستثمر العديد من الدول الكبرى في العالم، بما في ذلك الصين والولايات المتحدة ، في مزارع الطاقة الشمسية واسعة النطاق لتعزيز القدرة الشمسية، وتسعى البلدان النامية إلى الحصول على مصادر طاقة مجانية استجابة للطلب المتزايد.
منظومات الطاقه الشمسيه
هناك ثلاثة أنواع من أنظمة الطاقة الشمسية، الأولى على الشبكة، والثانية خارج الشبكة، والثالثة الهجينة (الطاقة الاحتياطية)، وفيما يلي الاختلافات بينهم
1.أنظمة الطاقة الشمسية المرتبطة بالشبكة Grid-tie Solar
تُعرف الطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة أيضًا باسم شبكة ربط الطاقة الشمسية ، وشبكة تغذية الطاقة الشمسية، ولا يزال هذا هو النظام الشمسي الأكثر شيوعًا، وهو غير مزود ببطاريات متصلة به.
وفي هذا النظام ضوء الشمس هو الذي يولد الكهرباء وليس الحرارة، وفي الواقع تقلل الحرارة من كفاءة الألواح، ويقوم الضوء بضرب الإلكترونات الموجودة في رقائق السيليكون التي تشكل الألواح، ويتم التقاط تلك الإلكترونات بواسطة أسلاك صغيرة تسمى “قضبان التوصيل”، والتي يتم وضعها على السيليكون، وتسمى هذه العملية “التأثير الكهروضوئي”.
وتعتبر الطاقة الشمسية المرتبطة بالشبكة، إلى حد بعيد، الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة لاستخدام الطاقة الشمسية، لأن البطاريات هي العنصر الأكثر تكلفة في أي نظام شمسي، ولكن يمكن لأصحاب الطاقة الشمسية المرتبطة بالشبكة تخطيها تمامًا.
مفهوم الشبكة: هي شبكة المعدات الخاصة بشركة المرافق والتي تنقل الكهرباء من محطة الطاقة إلى منزلك أو المبنى التجاري، إذا كان المبنى يحصل على الكهرباء من شركة الكهرباء، فهو متصل بالشبكة.
ترسل الأنظمة الشمسية المرتبطة بالشبكة الطاقة التي تولدها إلى الشبكة، حيث يتم تخزينها لاستخدامها لاحقًا، وبموجب اتفاقية صافي القياس، يحصل مالك النظام على رصيد مقابل أي شيء ينتجه، ويمكنه الاستفادة من تلك الطاقة في أي وقت.
إن إرسال الطاقة إلى الشبكة يشبه إجراء إيداع، واستخدام الكهرباء يشبه السحب من رصيد حسابك. إذا قمت بالسحب على المكشوف، أي أنك تستخدم طاقة أكثر مما تنتجه في شهر معين، فإن المرافق ستحاسبك على الفرق.
مزايا أنظمة الطاقة الشمسية المرتبطة بالشبكة:
- يعد Grid-tie Solar هو الخيار الأفضل إذا كنت تريد تعويض فاتورة الكهرباء الخاصة بك وتوفير المال طوال عمر نظامك.
- تدفع معظم أنظمة ربط الشبكة تكاليفها في غضون 5 إلى 10 سنوات، مع ضمان الألواح الشمسية لمدة 25 عامًا، تعد الطاقة الشمسية المرتبطة بالشبكة هي الخيار الوحيد الذي يحقق ربحًا موثوقًا لمالك النظام على مدار عمر الألواح.
- أنظمة ربط الشبكة يمكن أن تكون أصغر حجمًا، فلا تحتاج إلى توليد 100% من الطاقة لديك كل شهر، يمكن للشبكة توفير طاقة إضافية تتجاوز إنتاجك، وهو أمر مفيد عندما يعيق الطقس السيئ إنتاج اللوحات الخاصة بك، على سبيل المثال.
- يختار بعض الأشخاص تحديد حجم نظام ربط الشبكة لتعويض جزئي عن فاتورتهم، مع خطط لتوسيع النظام لاحقًا بمجرد أن تسمح ميزانيتهم بذلك. تعتبر متطلبات التصميم أقل تطلبًا مما هي عليه في بيئة خارج الشبكة، حيث تكون مسؤولاً بشكل كامل عن احتياجاتك من الطاقة.
مساوئ أنظمة الطاقة الشمسية المرتبطة بالشبكة:
- العيب الرئيسي لأنظمة ربط الشبكة هو أنها لا تزال عرضة لانقطاع التيار الكهربائي، في حالة انقطاع التيار الكهربائي، يحتاج عمال المرافق إلى استكشاف المشكلة وإصلاحها، ولا يمكنهم القيام بذلك إذا كانت أنظمة الطاقة الشمسية المتصلة لا تزال نشطة وتغذي الشبكة بالطاقة، ولهذا السبب، يتم إيقاف تشغيل أنظمة الطاقة الشمسية المرتبطة بالشبكة أثناء انقطاع التيار الكهربائي للسماح لعمال المرافق بإجراء الإصلاحات بأمان.
2.أنظمة الطاقة الشمسية خارج الشبكة OFF-GRID SOLAR POWER SYSTEMS
تعتبر الطاقة الشمسية خارج الشبكة هي الأفضل لتوصيل الطاقة إلى المواقع النائية حيث لا يمكن الوصول إلى خط المرافق، فالأشخاص الذين يعيشون خارج الشبكة هم وحدهم المسؤولون عن توليد الكهرباء الخاصة بهم.
ويتم تحقيق ذلك عادة عن طريق بناء نظام شمسي خارج الشبكة يمكنه تغطية استخدام الكهرباء لمدة يوم، مع مولد احتياطي لتكملة الإنتاج خلال فترات طويلة من سوء الأحوال الجوية.
مزايا أنظمة الطاقة الشمسية خارج الشبكة:
- الميزة الرئيسية للطاقة الشمسية خارج الشبكة هي حرية العيش أينما تريد، إذا كان لديك ضوء الشمس، فلديك طريقة موثوقة لتوليد الطاقة.
- على الرغم من أن مكونات الطاقة الشمسية خارج الشبكة أكثر تكلفة، إلا أنه يمكن أن تكون هناك بعض الفوائد المالية الخفية للعيش خارج الشبكة والتي يمكن أن تعوض تلك التكاليف المرتفعة.
- من الطبيعي أن تكلف قطع الأراضي غير المطورة الواقعة بعيدًا عن الشبكة أقل من تكلفة الموقع الرئيسي المرتبط بالشبكة، في كثير من الحالات، فإن انخفاض تكاليف الأراضي يفعل أكثر من كافٍ لتعويض التكلفة المرتفعة للتخلص من الطاقة الشمسية خارج الشبكة.
مساوئ أنظمة الطاقة الشمسية خارج الشبكة:
- الاستعانة بالبطاريات يجعل الطاقة الشمسية خارج الشبكة أكثر تكلفة بكثير، وومع ذلك، غالبًا ما يكون الاستثمار في نظام شمسي خارج الشبكة أكثر حكمة من توصيل خط كهرباء إلى مكان بعيد، أو الاعتماد على مولد الكهرباء الذي يعمل بالجاز.
3.أنظمة الطاقة الشمسية الاحتياطية (الهجين) BACKUP SOLAR POWER SYSTEMS
إذا كنت موصولًا بالشبكة، ولكنك تريد الحماية من انقطاع التيار الكهربائي، فإن أفضل حل لك هو نظام الشحن الاحتياطي للبطارية، وهو نظام هجين يجمع بين النظامين المتصل بالشبكة وخارجها.
تتصل أنظمة الطاقة الاحتياطية بالشبكة، وتعمل مثل نظام ربط الشبكة العادي على أساس يومي، ومع ذلك، فهي تتميز أيضًا ببطارية احتياطية تتولى المسؤولية في حالة انقطاع التيار، فعندما تنقطع طاقة الشبكة، ينقطع العاكس تلقائيًا عن الشبكة ويسحب الطاقة المخزنة في البطارية لديك، ما سيبقي أجهزتك قيد التشغيل عند تعطل الشبكة.
اكتسبت أنظمة البطاريات الاحتياطية شعبية مؤخرًا، خاصة في ضوء حرائق الغابات والكوارث الطبيعية، كما أنها مفضلة في المناخات المعرضة للعواصف والأعاصير.
وأخيرًا، يعد التخزين الاحتياطي للبطارية أمرًا ذا قيمة إذا كان لديك أجهزة تتطلب طاقة غير منقطعة، إذا كنت تقوم بتشغيل مضخة بئر، على سبيل المثال، يمكن أن يشكل انقطاع الخدمة صداعًا كبيرًا.
مكونات منظومات الطاقه الشمسيه
1.الألواح الشمسية
يتم تركيب الألواح الشمسية أو الوحدات الشمسية معًا فيما يعرف بالمصفوفة الشمسية، وتتكون الألواح الشمسية الحديثة من العديد من الخلايا الشمسية أو الخلايا الكهروضوئية (PV) التي تولد كهرباء التيار المباشر (DC) من ضوء الشمس أو الطاقة من الشمس، والطاقة الضوئية أو الإشعاع، وليس الحرارة، هي التي تنتج الكهرباء في الخلايا الكهروضوئية.
2.العاكس للطاقة الشمسية
تولد الألواح الشمسية كهرباء التيار المستمر والتي يجب تحويلها إلى كهرباء التيار المتردد لاستخدامها في منازلنا وشركاتنا، هذا هو دور العاكس، الذي يأخذ التيار المستمر ويعمل على تحويله إلى تيار متردد، وفي نظام العاكس الصغير تحتوي كل لوحة أو كل لوحتين، على عاكس صغير خاص بها متصل بالجانب الخلفي من اللوحة، وتظل اللوحة تنتج التيار المستمر، ولكن يتم تحويلها إلى تيار متردد على السطح، ويتم تغذيتها مباشرة إلى لوحة التوزيع الكهربائية.
3.لوحة التوزيع
يتم إرسال كهرباء التيار المتردد إلى لوحة التوزيع حيث يتم توجيهها إلى الدوائر والأجهزة المختلفة في منزلك التي تستخدم الكهرباء في ذلك الوقت، ويمكن إرسال أي كهرباء زائدة إما إلى نظام تخزين البطارية إذا كان لديك نظام خارج الشبكة أو نظام هجين، أو إلى شبكة الكهرباء إذا كان لديك نظام متصل بالشبكة.
البطاريات الشمسية:
في النظام الشمسي خارج الشبكة أو النظام الشمسي المائي، يتم تخزين الكهرباء في بطاريات تقوم بتخزين الطاقة حتى تكون مطلوبة، ويمكن أن تكون هذه البطاريات حمض الرصاص أو AGM أو هلام أو ليثيوم.
أشكال الطاقه الشمسيه
منظومات الطاقه الشمسيه معنية بتوليد الطاقة من الشمس، وهي عملية تحدث بأشكال مختلفة على النحو التالي.
1.الطاقة الشمسية الضوئية
أنشأت مختبرات بيل في الولايات المتحدة أول لوحة شمسية كهروضوئية في عام 1954، وتولد الألواح الشمسية الطاقة عن طريق تعريض سطحها لأشعة الشمس.
أحد أشهر أنواع أنظمة الطاقة الشمسية هو أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، علاوة على ذلك، فإن إنشاء لوحة شمسية كهروضوئية واحدة يتطلب عددًا ثابتًا من الخلايا الشمسية، وهذا يولد طاقة مباشرة، والتي تتحول بعد ذلك إلى تيار متردد.
2.الطاقة الشمسية الحرارية
تستخدم الطاقة الشمسية الحرارية، الطاقة الزائدة لتسخين المياه أو توليد الكهرباء أثناء انتقال المياه عبر الأنابيب، ظهرت هذه التقنية الشمسية لأول مرة في عام 1890 تقريبًا، وعلى الرغم من أن هذه الطريقة تعمل لأول مرة على تشغيل محرك بخاري، إلا أن ويليام بيلي لاحقًا، في عام 1909، ابتكر نظام السيفون الحراري، ويستخدم هذا الجهاز خزان مياه مع وجود مجمع تحته للحصول على الماء الساخن طوال اليوم.
وعلى الرغم من أن هذه كانت تقنية شمسية ممتازة، إلا أنها كانت تعاني من عيب نقل الحرارة من الشمس، لقد جرب العديد من العلماء أنواعًا مختلفة من السوائل لمعالجة هذه المشكلة، وكان الزيت والصوديوم والملح المنصهر من بين السوائل المستخدمة، ووجد أن الملح المصهور هو أفضل خيار بديل نستخدمه حاليًا، كان هذا لأنه عزز الكفاءة بينما كان مكلفًا أيضًا.
3.الطاقة الشمسية المركزة (ESP)
الطاقة الشمسية المركزة، والتي توجد غالبًا في المرافق واسعة النطاق، توفر الطاقة لشبكتها، حيث يقوم مقدمو الخدمة المركزية بتركيز مساحة واسعة من ضوء الشمس على جهاز الاستقبال باستخدام المرايا والعدسات، اخترع الدكتور آر إتش جودارد نظام الطاقة الشمسية باستخدام أطباق المرآة في عام 1929.
تُستخدم آلاف المرايا في المنشآت العالمية الحالية لتركيز طاقة الشمس في منطقة تصبح شديدة الحرارة، ثم تعمل الحرارة على تشغيل توربين بخاري، ما يؤدي إلى توليد الكهرباء، تمتلك إسبانيا أكبر قدرة (2300 ميجاوات)، لكن الولايات المتحدة وجنوب إفريقيا تقتربان من 1738 ميجاوات و400 ميجاوات، على التوالي. وهذا يدل على أن CSPs أكثر فعالية في المناطق ذات درجات الحرارة المرتفعة.
الأنواع الأربعة لأنظمة الطاقة الشمسية المركزة هي الحوض المكافئ، وطبق CSP، وعاكس فريسنل الخطي (يركز الضوء)، وبرج الطاقة الشمسية.
4.تسخين المياه بالطاقة الشمسية
هذا النهج هو النظام الذي يسخن الماء، ويتم تحقيق ذلك من خلال طلاء الخزانات بالطلاء الأسود، والنظرية هي أن الطلاء الأسود سوف يمتص حرارة الشمس ويسخن الماء بداخله.
وتتناسب كمية الحرارة التي ينتجها هذا النظام مع كمية الحرارة التي تنتجها الشمس، ونتيجة لذلك، من المرجح أن تستفيد البلدان ذات المناخ المشمس أكثر من هذا الشكل من تكنولوجيا الطاقة الشمسية، علاوة على ذلك، في هذه الأماكن ذات درجات الحرارة المرتفعة، قد يكون تسخين المياه فعالاً من حيث التكلفة بشكل مذهل.
5.الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة
يمكن أيضًا تشغيل تكنولوجيا الطاقة الشمسية باستخدام الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة، ومن بين المواد شبه الموصلة، يتم استخدام بضعة ميكرومترات فقط في هذه التقنية، ومع ذلك، فإن هذا النوع من الطاقة الشمسية مهم لأنه يسمح للخلايا الشمسية بأن تتضاعف كألواح على الأسطح، أو واجهات المباني، أو نوافذ للمناور مما يعزز المساحة التي يمكن الوصول إليها من حيث يمكن جمع ضوء الشمس.
