على الرغم من أن الطاقات الأحفورية لا تزال تهيمن على كوكبنا اليوم، إلا أن الطاقات المتجددة تشق طريقها إلى أسواق جميع دول العالم. الطاقات المتجددة هي تلك التي لا تلوث البيئة، ولا تنضب، والقادرة على الاستفادة من طاقة عناصر الأرض والمناطق المحيطة بها، كالشمس والرياح والماء وغيرها، لتوليد الكهرباء. . وبما أن الوقود الأحفوري على وشك النفاد، فإن مصادر الطاقة المتجددة هي المستقبل.
اليوم سوف نتحدث بعمق عن الطاقة الشمسية الكهروضوئية. ولعل هذه الطاقة هي الأكثر استخداما في العالم في مجال الطاقة المتجددة. هل ترغب في معرفة كيفية عمله واستخداماته المختلفة؟
تعريف
قبل البدء في وصف استخداماتها وخصائصها، لا بد من توضيح ما هي الطاقة الشمسية الكهروضوئية. الطاقة الشمسية الكهروضوئية هي ما هو قادرة على تسخير الطاقة من الإشعاع الشمسي وتحويلها إلى كهرباء. ويتم تحقيق ذلك من خلال استخدام مواد شبه موصلة تولد تيارًا كهربائيًا عند تعرضها للضوء.
مصدر الطاقة هذا نظيف تمامًا، لأنه لا يولد غازات دفيئة أو انبعاثات سامة أثناء معالجته. علاوة على ذلك، فهو أ الطاقة المتجددةمما يعني أن مصدرها الرئيسي، الشمس، لن ينضب لمليارات السنين. لتسخير هذه الطاقة، يتم استخدام الأجهزة المعروفة باسم الألواح الشمسية. تلتقط هذه الألواح فوتونات الضوء من الإشعاع الشمسي وتحولها إلى كهرباء من خلال عملية تعرف باسم التأثير الكهروضوئي.
كيف يتم توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟
تبدأ عملية توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية من التقاط فوتونات ضوء الشمس باستخدام الألواح الشمسية. تعمل هذه على التقاط الإشعاع الشمسي ومن خلال التأثير الكهروضوئي تحويل الضوء إلى تيار كهربائي. تتكون كل لوحة شمسية من الخلايا الضوئيةوهي مواد شبه موصلة (السيليكون بشكل عام) قادرة على امتصاص طاقة الفوتونات وإطلاق الإلكترونات. هذه الإلكترونات، عندما تتحرك، تولد تيارًا كهربائيًا.
من المهم ملاحظة أن جهد الخرج للخلية الكهروضوئية منخفض جدًا (حوالي 0,6 فولت). ولزيادة قوة النظام، يتم توصيل هذه الخلايا في سلسلة لتشكل أ وحدة ضوئية، وهي مغلفة بهيكل مقاوم للرطوبة والطقس العاصف.
تولد هذه العملية تيارًا مباشرًا يمكن تحويله، من خلال محولات الطاقة، إلى تيار متردد، مما يسمح باستخدامه في المنازل والشركات.
العناصر والأداء
الألواح الشمسية هي الأجهزة التي يتم فيها التقاط الخلايا الكهروضوئية. هذه اللوحات لها استخدامات مختلفة، سواء الشخصية أو التجارية. في الواقع، انخفضت تكاليف الألواح في السنوات الأخيرة، ويمكننا أن نجد تركيبات قياسية موجودة يورو 7.000.
واحدة من الفوائد الرئيسية لهذه الأنظمة هي سهلة التركيب وصيانة منخفضة. علاوة على ذلك، فإن عمرها الإنتاجي طويل إلى حد كبير 25-30 سنواتمما يسمح بإطفاء الاستثمار بسهولة.
ومع ذلك، يلعب موقع الألواح دورًا حاسمًا في أدائها. ولتحقيق أقصى قدر من التقاط الطاقة، يجب توجيه الألواح نحو المكان الذي تتلقى فيه أكبر عدد من ساعات ضوء الشمس يوميًا. يمكن تخزين الطاقة الملتقطة في بطاريات لاستخدامها في الليل أو في الأيام الملبدة بالغيوم.
سيختلف أداء تركيب الطاقة الشمسية الكهروضوئية اعتمادًا على الجغرافيا وترتيب الألواح. في المناطق التي تتمتع بساعات أكثر من أشعة الشمس، تسمح أنظمة الطاقة الشمسية باستعادة الاستثمار تقريبًا ثماني سنواتمما يترك هامشًا كبيرًا من الوقت لتحقيق الأرباح.
استخدامات الطاقة الشمسية الكهروضوئية
الأنظمة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة
أحد الاستخدامات الرئيسية للطاقة الشمسية الكهروضوئية هو من خلال الأنظمة المتصلة بالشبكة الكهربائية. تسمح هذه الأنظمة باستخدام الطاقة الشمسية لإنتاج الكهرباء التي يتم تغذيتها بالشبكة. ولتحقيق ذلك يستخدمون محولات الطاقة التي تحول التيار المباشر الذي تولده الألواح إلى تيار متناوب متوافق مع الشبكة الكهربائية.
على الرغم من أن تكلفة كيلوواط ساعة من الطاقة الشمسية لا تزال أعلى إلى حد ما مقارنة بمصادر الطاقة الأخرى، فقد انخفض هذا الفرق بشكل كبير في السنوات الأخيرة بفضل التكنولوجيا الأرخص وزيادة كفاءة الألواح. وفي العديد من المناطق التي تتمتع بوفرة أشعة الشمس، أصبحت الخلايا الكهروضوئية قادرة بالفعل على المنافسة مع المصادر الأخرى. تعتبر الإعانات والمساعدات العامة أمرًا أساسيًا لجعل هذا الخيار واحدًا من أكثر الخيارات قابلية للتطبيق بالنسبة للعديد من المستهلكين.
استخدامات أخرى للطاقة الشمسية الكهروضوئية
وبصرف النظر عن استخدامها لإنتاج الكهرباء، فإن الخلايا الشمسية الكهروضوئية لديها العديد من التطبيقات الأخرى. بعض من الأكثر شيوعا هي:
- الإضاءة: مثالية لتوفير الإضاءة في الأماكن العامة، مثل الطرق ومناطق الراحة والمناطق الريفية.
- إرسال الإشارات: يتم استخدامه بشكل متكرر في قطاع الإشارات البرية والبحرية لتحديد النقاط الإستراتيجية.
- الإتصالات: تعمل العديد من منشآت مكررات الاتصالات على تشغيل أنظمتها باستخدام الطاقة الشمسية الكهروضوئية.
- الزراعة: وفي المزارع وعمليات تربية الماشية، يتم استخدامه لأنظمة ضخ المياه، والإمداد الكهربائي لأنظمة الحلب، من بين أمور أخرى.
ولتوسيع هذه القائمة، تتمتع الطاقة الشمسية الكهروضوئية أيضًا بأهمية بالغة في كهربة الريف في المناطق المعزولة، مما يسمح للمجتمعات البعيدة عن الشبكات الكهربائية بالحصول على الكهرباء بطريقة نظيفة ومستدامة.
تعتبر الطاقة الشمسية الكهروضوئية أحد أفضل الخيارات لتقليل الاعتماد على المصادر الملوثة وغير المتجددة. لقد سمح تركيبها السهل وعمرها الإنتاجي الطويل لعدد متزايد من القطاعات، من الصناعية إلى الريفية، باعتماد هذا النوع من الطاقة كحل اقتصادي ومستدام وقابل للتطبيق.