أنظمة الطاقة الشمسية: ما مدى أهميتها ولماذا علينا التفكير في استخدامها
أنظمة الطاقة الشمسية: ما مدى أهميتها ولماذا علينا التفكير في استخدامها
مع الارتفاع الملحوظ في أسعار الوقود والكهرباء، وتأثيرها السلبي على اقتصاديات المنشآت والمنازل على حد سواء، زادت الحاجة لوسائل طاقة بديلة تقلل أو توقف اعتمادنا على وسائل الطاقة التقليدية.
بخلاف ارتفاع أسعار الوقود والكهرباء، فإن التأثير البيئي للوقود الأحفوري جعل العلماء يبحثون عن مصدر طاقة بديل يكون صديق للبيئة.
ومع التقدم التكنولوجي السريع الذي نعيشه اليوم، نجد أن تكنولوجيا أنظمة الطاقة الشمسية قد حققت المعادلة الصعبة في كونها صديقة للبيئة وموفرة في نفس الوقت. فكمية ضوء الشمس التي تصل إلى سطح الأرض في ساعة ونصف، تكفي لتغطية استهلاك الطاقة في العالم بأكمله لمدة عام كامل.
يمكن أن تساعد الطاقة الشمسية في تقليل تكلفة الكهرباء، خلق فرص عمل وتحفيز النمو الاقتصادي وتوليد طاقة احتياطية لوقت الليل وأوقات انقطاع التيار عند أقرانها مع بطارية تخزين. هذا بالإضافة لإمكانية العمل بكفاءة سواء في المنشآت الصغيرة أو الكبيرة .
تطورت تقنيات الطاقة الشمسية بسرعة في السنوات الأخيرة مع تحسن كفاءة الألواح الكهروضوئية وانخفاض الأسعار. حيث تعتبر الطاقة الشمسية وطاقة الرياح هما الآن أرخص أنواع الطاقة. من خلال اللوحات عالية الجودة، يمكن للمستهلكين ضمان الحصول على الطاقة لمدة تصل إلى 25 عام أو أكثر من الطاقة، بالإضافة للمساهمة في تقليل الغازات الدفيئة و الاحتباس الحراري.
ما هي أنظمة الطاقة الشمسية؟
تعمل تقنيات الطاقة الشمسية على تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية إما من خلال الألواح الكهروضوئية (PV) أو من خلال المرايا التي تُجمع الإشعاع الشمسي المعروف بـ الإشعاع الكهرومغناطيسي. تلتقط تقنيات الطاقة الشمسية هذا الإشعاع وتحوله إلى أشكال مفيدة من الطاقة، يمكن استخدام هذه الطاقة لتوليد الكهرباء أو تخزينها في بطاريات للاستخدام وقت الحاجة.
هذه الأنظمة تختلف عن أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية (السخانات الشمسية)، والتي يتم تركيبها أيضًا على أسطح المنازل ولكنها تستخدم حرارة الشمس لتوفير الماء الساخن للاستخدامات المنزلية.
أنواع أنظمة الطاقة الشمسية
هناك نوعين رئيسين من أنظمة الطاقة الشمسية:
تقنية الخلايا الكهروضوئية (PV)
تعتمد هذه التقنية على استخدام الألواح الشمسية المصنوعة غالبًا من السيليكون، حيث تمتص الخلايا الكهروضوئية في اللوحة الطاقة من ضوء الشمس. تولد هذه الطاقة شحنات كهربائية تتحرك استجابةً لمجال كهربائي داخلي في الخلية، مما يؤدي إلى تدفق الكهرباء.
المكونات الرئيسية لنظام الطاقة الشمسية هي الألواح الكهروضوئية (PV)، محول طاقة تيار مباشر DC إلى AC (يسمى العاكس) وحامل لتثبيت الألواح الكهروضوئية في مكانها.
في أغلب الأحيان، يتم تركيب الألواح الكهروضوئية الشمسية على السطح. يجب أن تكون لوحات توليد الطاقة مواجهة في الاتجاه الشرقي أو الشمالي أو الغربي. عند توجيه الألواح للجنوب سيكون توليد أقل كثيرًا خاصة في فصل الشتاء.
لا يحتوي النظام عادةً على أجزاء متحركة، باستثناء العاكس inverter الذي يأتي أحيانًا مع مروحة تبريد صغيرة.
يكون من الأفضل إمالة الألواح بمقدار 10 درجات على الأقل؛ لضمان تنظيفها بشكل طبيعي بواسطة المطر.
تقنية تركيز الطاقة الشمسية الحرارية (concentrating solar-thermal power - CSP)
تستخدم هذه التقنية المرايا لعكس ضوء الشمس وتركيزه على أجهزة الاستقبال التي تجمع الطاقة الشمسية وتحويلها إلى حرارة، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك لإنتاج الكهرباء أو تخزينها لاستخدامها لاحقًا.
يتم استخدام هذا النوع بشكل أساسي في محطات الطاقة الكبيرة جدًا، ويوجد منه 3 أنواع:
نظام المكثف الخطي linear concentrator system
يقوم هذا النظام بجمع الطاقة الشمسية باستخدام مرايا طويلة مستطيلة الشكل منحنية (على شكل حرف U)، يتم إمالة هذه المرايا باتجاه الشمس مع تركيز ضوء الشمس على الأنابيب receivers التي تمتد بطول المرايا. يقوم ضوء الشمس المنعكس بتسخين السائل المتدفق عبر الأنابيب، والذي يتم استخدامه لغلي الماء في مولد توربيني بخاري تقليدي لإنتاج الكهرباء.
نظام الطبق / المحرك dish/engine system
يستخدم هذا النظام طبقًا معكوسًا يشبه طبق الأقمار الصناعية الكبير جدًا. يتم توجيه السطح نحو أشعة الشمس ليقوم بتركيزها على مستقبل حراري Thermal receiver يمتص الحرارة ويجمعها وينقلها إلى مولد المحرك.
أنظمة برج الطاقة power tower systems
يستخدم هذا النظام مجال كبير من المرايا المسطحة الموجهه باتجاه الشمس والمعروفة باسم heliostats، لتكثيف ضوء الشمس وتركيزه على جهاز استقبال أعلى البرج. يتم استخدام سائل ناقل للحرارة لتوليد البخار، والذي يُستخدم بدوره في مولد التوربينات التقليدي لإنتاج الكهرباء. تستخدم بعض أبراج الطاقة الماء / البخار كسائل لنقل الحرارة. تسمح إمكانية تخزين الطاقة أو التخزين الحراري للنظام بمواصلة إنتاج الكهرباء حتى أثناء الطقس الغائم أو في الليل.
كل هذه المميزات تجعل هذه المادة الخيار الأمثل لاستخدامها في شيش الحصيرة الحديث. حيث أنها توفر الطاقة والخصوصية والأمان ، مع تعزيز قيمة وجمال المنزل. على الرغم من أن شيش الحصيرة المعزول تتميز بالأمان والتحكم في أشعة الشمس بشكل أساسي، إلا أنها يمكن أن تقلل من الغبار ومستوى الضوضاء والتلف الذي تسببه أشعة الشمس للأثاث والستائر والسجاد.
مزايا أنظمة الطاقة الشمسية
1. مصدر للطاقة المتجددة
أهم ما يميز أنظمة الطاقة الشمسية هو أنها مصدر طاقة متجددة، ومتوفرة كل يوم. لا يمكننا أن تنفد الطاقة الشمسية، على عكس بعض مصادر الطاقة الأخرى.
2. تخفيض فواتير الكهرباء
عند تركيب نظام طاقة شمسية، ستلبي احتياجاتك من الطاقة بالكهرباء التي يولدها نظامك الشمسي ما سيُخفض فواتير الطاقة لديك.
3. تطبيقات متنوعة
يمكن استخدام الطاقة الشمسية لأغراض متنوعة مثل يمكنك توليد الكهرباء (الخلايا الكهروضوئية) أو الحرارة (الطاقة الشمسية الحرارية). يمكن استخدام الطاقة الشمسية لإنتاج الكهرباء في المناطق التي لا تتوفر فيها شبكة الطاقة.
4. انخفاض تكلفة الصيانة
لا تتطلب أنظمة الطاقة الشمسية عمومًا الكثير من الصيانة، ما عليك سوى ابقائها نظيفة نسبيًا، لذا فإن تنظيفها عدة مرات في السنة سيفي بالغرض.بالإضافة لذلك فأن معظم الشركات المصنعة للألواح الشمسية الموثوقة تقدم ضمان لمدة 20-25 عام.
ونظرًا لعدم وجود أجزاء متحركة، فلا يوجد بلى. عادة ما يكون العاكس هو الجزء الوحيد الذي يجب تغييره بعد 5-10 سنوات لأنه يعمل باستمرار على تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء وحرارة. أيضًا، تحتاج الكابلات أيضًا إلى صيانة لضمان تشغيل نظام الطاقة الشمسية بأقصى قدر من الكفاءة. لذا يمكنك أن تتوقع إنفاق القليل جدًا على أعمال الصيانة والإصلاح.
5. تعمل الطاقة الشمسية في مختلف الأجواء المناخية
على الرغم من أن التعرض لأشعة الشمس لفترات طويلة يمكنه أن يساعد في توليد المزيد من الكهرباء، إلا أن ألواح تجميع الطاقة الحديثة يمكنها تجميع الطاقة بكفاءة حتى في الأجواء التي تقل فيها أوقات سطوع الشمس.
6. طول العمر الافتراضي للألواح الشمسية
الألواح الشمسية تتمتع بالمتانة والقدرة على تحمل ظروف الطقس الصعبة
7. زيادة قيمة منشأتك
غالبًا ما يؤدي إضافة ألواح شمسية لمنائتك في رفع قيمتها السوقية.
عيوب أنظمة الطاقة الشمسية
1. التكلفة
التكلفة الأولية لشراء نظام شمسي مرتفعة إلى حد ما، والتي تشمل دفع ثمن الألواح الشمسية والعاكس والبطاريات والأسلاك والتركيب. إلا أن تقنيات الطاقة الشمسية تتطور باستمرار، لذا غالبًا ما ستنخفض الأسعار في المستقبل.
بالإضافة إلى أن الطاقة الشمسية تخفض قيمة فاتورة الكهرباء، ما يجعلها مُوفرة على المدى الطويل.
2. تستخدم مساحة كبيرة
كلما زادت كمية الكهرباء التي تريد إنتاجها، ستحتاج إلى المزيد من الألواح الشمسية لجمع أكبر قدر ممكن من ضوء الشمس. تتطلب الألواح الشمسية الكهروضوئية مساحة كبيرة وبعض الأسطح ليست كبيرة بما يكفي لتناسب عدد الألواح الشمسية التي ترغب في تركيبها. وسيكون البديل هو تثبيت بعض الألواح في الفناء الخاص بك.
