كيفية استخدام الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء – الدليل الشامل

كيفية استخدام الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء هي موضوع يبحث عنه الكثيرون، لأنه في حين أن معظم الناس يدركون أن الألواح الشمسية تحول ضوء الشمس إلى كهرباء قابلة للاستخدام، إلا أنه لا يفهم الجميع العلم وراء ذلك، إليك هذا الدليل الشامل الذي يشرح العملية بتفصيل كبير.

كيفية استخدام الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء خطوة بخطوة  

  من خلال عملية رائعة تعرف باسم الخلايا الكهروضوئية، يمكن للخلايا الشمسية أن تأخذ أشعة الشمس وتحولها إلى كهرباء قابلة للاستخدام.

1.الألواح الشمسية تمتص الضوء

•   تعتبر الألواح الشمسية أداة حاسمة لاستخدام التكنولوجيا الكهروضوئية، بمجرد تركيب الألواح الشمسية، يمكنها امتصاص الأشعة الشمسية، وتقوم الألواح الشمسية بتحويل الطاقة الشمسية من ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية لمنزلك.
•   تصنع الألواح الشمسية الأكثر شيوعًا من واحد من ثلاثة أشباه الموصلات: السيليكون أحادي البلورات، أو السيليكون متعدد البلورات، أو الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة.
•   عندما يضرب ضوء الشمس الطبقة الرقيقة من المادة شبه الموصلة، فإنه يؤدي إلى إطلاق الإلكترونات من ذرات السيليكون، ثم تنجذب الإلكترونات السالبة الشحنة إلى الجانب الموجب الشحنة من الخلية.
•   يتشكل هذا “التأثير الكهروضوئي” نتيجة للتدفق الحر للإلكترونات داخل اللوحة الشمسية، تولد الإلكترونات المتحركة تيارًا كهربائيًا يتم تسخيره بعد ذلك بواسطة الأسلاك المتصلة بالألواح الشمسية لإنتاج الكهرباء.
•   كلما زاد عدد ضوء الشمس الذي يصل إلى الألواح الشمسية، زادت الطاقة التي تولدها، خلال ساعات الذروة المشمسة، تتلقى الألواح الموجودة في مصفوفتك الشمسية أقصى تركيز لضوء الشمس، مما يعني أنها تستطيع تحويل ضوء الشمس لتوليد أكبر قدر ممكن من الكهرباء خلال هذه الفترة.

2.تحويل التيار من مباشر إلى متردد عبر العاكس

•   يجب تحويل التيار الكهربائي للألواح الشمسية، من التيار المباشر (DC) في حالته الأصلية، إلى التيار المتردد (AC)، ويتعلق الاختلاف بكيفية انتقال الإلكترونات ضمن تدفق كل تيار.
•   يعد “العاكس” جزءًا من نظام الألواح الشمسية وسيضمن إرسال التيار الصحيح إلى المنزل، إذا كنت ترغب في الاستفادة من الطاقة الشمسية. بدون العاكس، سيولد نظامك الكهرباء، لكنه لن يتمكن من تشغيل أي شيء.
•   يعتمد نوع العاكس الذي تستخدمه على حجم وتكوين نظام الطاقة الشمسية في منزلك، يستخدم النظام الأبسط عادةً سلسلة عاكسة، وهي عبارة عن صندوق واحد في موقع مركزي بالقرب من قاطع الدائرة الكهربائية.
•   تستخدم الأنظمة الأكثر تعقيدًا محولات دقيقة حيث تحتوي كل لوحة على عاكس فردي خاص بها. تشمل خيارات العاكس الأخرى مُحسِّنات الطاقة والعاكسات الهجينة، اعتمادًا على احتياجات الطاقة في منزلك.
•   تتيح لك محولات الطاقة الشمسية أيضًا توصيل نظام الألواح الشمسية الخاص بك بالإنترنت حتى تتمكن من الوصول إلى معلومات حول أداء نظامك.
•   يساعدك هذا على مقارنة إنتاج الطاقة الشمسية لديك واستهلاك الطاقة المنزلية لديك حتى تتمكن من التحقق مما إذا كان النظام يعمل بشكل صحيح ويلبي الحمل الكهربائي الخاص بك كما هو مطلوب.

3. لوحة توزيع الكهرباء

•   تقوم اللوحة الكهربائية الخاصة بك بتوزيع الكهرباء في جميع أنحاء منزلك. يمكن لقواطع الدائرة الكهربائية الموجودة في اللوحة الكهربائية أيضًا قطع تدفق التيار إلى الدائرة الكهربائية في حالة حدوث عطل أو زيادة مفاجئة، وذلك لمنع الحمل الزائد في الخطوط الكهربائية الذي يمكن أن يسبب تلفًا.
•   على الرغم من أن الألواح الشمسية تولد الكهرباء، إلا أنها عادة لا تكون متصلة مباشرة بأجهزتك أو الأجهزة الإلكترونية الأخرى. من حيث فهم كيفية عمل الألواح الشمسية، فهي توفر الكهرباء للوحة الكهربائية، ويتم تحويل الطاقة إلى دوائر فردية تعمل على كل شيء في المنزل.
•   تعد اللوحات الكهربائية أيضًا عنصرًا رئيسيًا في مراقبة الاستهلاك. توجد أجهزة يمكن توصيلها إما باللوحة الرئيسية أو بكل دائرة على حدة، مما يسمح لك بعرض المزيد من التفاصيل حول استهلاكك المحدد للطاقة، مما يمكن أن يساعدك على تحسين استخدامك للطاقة بمرور الوقت.

4.الاتصال بشبكة الكهرباء العامة

•   هناك أيضًا فوائد لإعادة طاقتك الزائدة إلى الشبكة، غالبًا ما تسمى هذه الطريقة “القياس الصافي” أو “تعريفة التغذية”.
•   تسمح هذه المخططات لأصحاب المنازل الذين يولدون فائضًا من الكهرباء الشمسية بتلقي مدفوعات مقابل بيع الطاقة مرة أخرى إلى الشبكة.

 كيفية استخدام الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء – التخزين 

•   أحد الجوانب السلبية لتزويد منزلك بالطاقة الشمسية هو أن الألواح الشمسية لا يمكنها إنتاج الكهرباء في حالة عدم وجود ضوء الشمس، على سبيل المثال، في الليل.
•   بمجرد إرسال ما يكفي من الطاقة إلى المنزل عبر العاكس، يمكن تخزين أي كهرباء زائدة يتم توليدها.
•   اعتمادًا على عدد الألواح الشمسية التي تقوم بتركيبها على سطح منزلك، من المحتمل أن ينتج نظام الألواح الشمسية الخاص بك طاقة أكثر مما تحتاج إليه خلال النهار. يمكنك تخزين هذه الطاقة الزائدة في بطارية شمسية.
•   تقوم هذه البطاريات الشمسية بتخزين الطاقة الشمسية الزائدة لتتمكن من الوصول إليها عند الحاجة. يتيح لك ذلك الاستمرار في استخدام الطاقة النظيفة والمتجددة طوال الليل وتقليل تكاليف الطاقة.
•   وتتمثل فائدة هذه الطريقة في أنك لن تحتاج إلى الحصول على الكهرباء من الشبكة الوطنية، مما يعني أنك تتجنب أسعار الطاقة المتقلبة ويكون لديك دائمًا مصدر احتياطي في حالة انقطاع التيار الكهربائي.
•   يعد تركيب بطاريات تخزين الطاقة الشمسية أمرًا ضروريًا لتعظيم الفوائد طويلة المدى لاستخدام الطاقة الشمسية.  
•   اعتمادًا على النوع، يمكن للبطاريات الشمسية إما تخزين الكهرباء الزائدة التي تنتجها الألواح الشمسية، أو يمكن شحنها بواسطة كهرباء التيار المتردد التي تم تحويلها بالفعل بواسطة العاكس الخاص بك.

كيفية استخدام الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء- الإنتاج والاستهلاك 

•   عداد الكهرباء الخاص بك هو الجهاز الذي تستخدمه شركة المرافق الخاصة بك لقياس استهلاكك من الكهرباء. إنها الطريقة التي يعرفون بها ما يجب أن يصدروه لك كل شهر. يحتوي عداد الكهرباء التقليدي على أقراص تناظرية تدور مع تدفق التيار من خلاله، ولهذا السبب تطلب شركة المرافق من شخص ما فحص عدادك شخصيًا مرة واحدة في الشهر. وحتى مع ذلك، فإن قراءة العداد هذه هي مجرد ملخص لاستهلاكك من الكهرباء خلال الشهر.
•   عندما تستخدم الطاقة الشمسية، فإنك تستهلك الكهرباء من الألواح الشمسية الخاصة بك، مما يقلل من كمية الكهرباء التي تستهلكها من الشبكة. ونتيجة لذلك، يسجل عداد الكهرباء الخاص بك استهلاكًا أقل بكثير، ويمكنك توفير المال من خلال عدم دفع ثمن الكهرباء من شركة المرافق.
•   تحتوي معظم المنازل المزودة بالطاقة الشمسية على عداد ذكي، والذي يسجل الاستهلاك الدقيق للكهرباء في منزلك. ترسل العدادات الذكية بيانات الاستخدام في الوقت الفعلي إلى شركة المرافق المحلية الخاصة بك لأغراض إعداد الفواتير وخدمة العملاء والبحث. يلغي العداد الذكي الحاجة إلى الفواتير المقدرة عن طريق قياس كمية الكهرباء المستخدمة بالضبط.
•   إذا كان منزلك يحتوي على عداد ذكي، فإنه يسمح لك بالاستفادة من صافي القياس إذا كان متوفرًا في منطقتك. إذا كان نظام الألواح الشمسية الخاص بك متصلاً بشبكة الكهرباء (معظمها كذلك)، فإن صافي القياس يسمح لك بالحصول على أرصدة من شركة المرافق المحلية الخاصة بك لأي توليد فائض للكهرباء.
•   سيسجل عداد الكهرباء الذكي الخاص بك إنتاج الطاقة بالإضافة إلى الاستهلاك، وعندما تولد طاقة أكثر مما تحتاج لمنزلك، يمكنك تصدير تلك الطاقة إلى الشبكة وكسب أرصدة يمكن أن تساعد في تقليل فواتير الكهرباء المستقبلية.

كيفية استخدام الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء- مكونات الألواح الشمسية

الألواح الشمسية هي الجزء الأساسي في أي نظام للطاقة الشمسية. إنها تلتقط طاقة الشمس وتحولها إلى كهرباء قابلة للاستخدام. فيما يلي قائمة بجميع أجزاء الألواح الشمسية.

الخلايا الشمسية: مصنوعة من السيليكون، وتقوم بتحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية.

الطبقة الخلفية، التغليف والإطار: طبقة خلفية عازلة، غلاف زجاجي أو بوليمر وإطار معدني يربط الخلايا الشمسية معًا ويحميها من العناصر.

صندوق التوصيل: يحمي صندوق التوصيل الثنائيات ووصلات الأسلاك والمكونات الكهربائية الأخرى.

الموصلات: تُستخدم موصلات MC4 بشكل شائع لتوصيل الألواح الشمسية معًا بالإضافة إلى المكونات الأخرى لنظام الألواح الشمسية الخاص بك.

العاكس: العاكس هو عنصر حاسم في نظام الطاقة الشمسية. تولد الألواح الشمسية والبطاريات التيار الكهربائي المباشر، أو DC، بينما تعمل الأجهزة والمنافذ المنزلية على التيار المتردد، أو AC. يقوم العاكس بتحويل الكهرباء الحالية المباشرة من الألواح الشمسية والبطاريات إلى كهرباء متناوبة للاستخدام مع الأجهزة المنزلية.

مُحسِّنات التيار المستمر ومحولات السلسلة: تسمح مُحسِّنات التيار المستمر لكل لوحة بالعمل بشكل مستقل وتشغيل أقصى تتبع لنقطة الطاقة، أو MPPT، على كل لوحة. يتم بعد ذلك تغذية الطاقة المحسنة إلى محول سلسلة متوافق من أجل تحويلها إلى طاقة التيار المتردد.

المحولات الدقيقة: تسمح هذه الأجهزة لكل لوحة بالعمل بشكل مستقل، وتتبع أقصى نقطة طاقة، وعكس التيار المباشر إلى التيار المتردد مباشرة على اللوحة، مما يلغي الحاجة إلى عاكس مركزي.

جهاز الإغلاق السريع: يضمن هذا الجهاز الإغلاق الآمن لنظام الألواح الشمسية.

مركز القياس عن بعد: يقوم بمراقبة بيانات أداء النظام وتوصيلها.

البطارية: غير مطلوبة لنظام الألواح الشمسية المرتبطة بالشبكة، تقوم بتخزين الكهرباء وتسمح باستخدامها لاحقًا. هناك حاجة إلى البطاريات للأنظمة خارج الشبكة وإذا كنت تريد أن تقوم الألواح الشمسية بتزويد منزلك بالطاقة أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

كيفية استخدام الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء بدون تركيبات

يمكنك استخدام الطاقة الشمسية بعدة طرق دون الالتزام الكامل بتركيبات الطاقة الشمسية المكلفة لتوليد الكهرباء في منزلك. فيما يلي بعض حالات الاستخدام البديلة للطاقة الشمسية.

سخانات المياه بالطاقة الشمسية: بديل لسخان المياه الذي يعمل بالغاز أو الكهرباء، تستخدم سخانات المياه بالطاقة الشمسية الطاقة الشمسية لتسخين المياه للاستخدام المنزلي. يمكنها مساعدتك في توفير المال وتقليل استهلاك الطاقة المرتبط بأي نشاط يتطلب الماء الساخن.

أنابيب الطاقة الشمسية: تُعرف أيضًا باسم أنفاق الشمس أو المناور الأنبوبية، ويمكن استخدام الأنابيب الشمسية لجلب الضوء الطبيعي إلى المناطق ذات الإضاءة الخافتة في المنزل.

الإضاءة الخارجية بالطاقة الشمسية: تعد المصابيح التي تعمل بالطاقة الشمسية وسيلة شائعة لإضاءة المساحات الخارجية مثل الممرات والحدائق والباحات. ويستخدمون ألواحًا شمسية صغيرة لشحن البطاريات أثناء النهار وتوفير الضوء أثناء الليل.

سخانات حمامات السباحة الشمسية: تستخدم سخانات حمامات السباحة الشمسية مجمعات الطاقة الشمسية لتسخين المياه في حمامات السباحة. إنها طريقة صديقة للبيئة لتمديد موسم السباحة.

المواقد الشمسية: تستخدم المواقد الشمسية طاقة الشمس لطهي الطعام بدون غاز أو كهرباء. إنها رائعة للطهي في الهواء الطلق والتخييم وحالات الطوارئ والمناطق التي يصعب فيها الوصول إلى الكهرباء أو غاز الطهي.

المضخات الشمسية: تستخدم مضخات المياه بالطاقة الشمسية الطاقة الشمسية لضخ المياه لأغراض الري والماشية والمناطق النائية التي لا تصلها الشبكة الكهربائية.

مراوح العلية الشمسية: تستخدم هذه المراوح الطاقة الشمسية لتشغيل نظام تهوية ينظم درجة الحرارة في العلية. تعمل هذه المراوح الشمسية على خفض فواتير الكهرباء عن طريق تقليل الحاجة إلى تكييف الهواء.

أجهزة الشحن الشمسية: تتيح أجهزة الشحن الشمسية المحمولة للمستخدمين شحن أجهزتهم بالطاقة الشمسية. إنها رائعة للأنشطة الخارجية والتخييم والمناطق ذات الوصول المحدود إلى شبكة الطاقة والاستعداد لحالات الطوارئ.

تابعونا علي الانستجرام 

اقرأ ايضا : 
الطاقة الشمسية والتنمية المستدامة تغير المجتمعات للأفضل

فوائد الاستثمار في الطاقة الشمسية