ضمن الطاقات المتجددة ، طاقة شمسية وهي واحدة من الأكثر استخدامًا والمعترف بها عالميًا. وعلى وجه الخصوص، نمت منشآت الاستهلاك الذاتي الصغيرة على أسطح المنازل والشركات في إسبانيا بشكل ملحوظ في السنوات الأخيرة. مع انخفاض تكاليف الألواح الشمسية وزيادة المخاوف البيئية، يجد المزيد من الناس أن التركيبات الكهروضوئية بديل عملي لخفض فواتير الكهرباء والمساهمة في الاستدامة البيئية. ومع ذلك، لا يزال الكثير من الناس يتساءلون كيف تعمل الألواح الشمسية.
سنتناول في هذا المقال تفاصيل كبيرة حول عمل الألواح الشمسية وفوائدها المتعددة والخصائص التي تجعلها مناسبة للاستخدامات المختلفة. بالإضافة إلى ذلك، سوف نستكشف أنواع الألواح الشمسية وقوتها والعوامل المهمة الأخرى التي يجب مراعاتها.
كيف تعمل الألواح الشمسية الكهروضوئية
تعمل الطاقة الشمسية الكهروضوئية عن طريق تسخير الإشعاع الشمسي لتوليد الكهرباء. تعتمد هذه العملية على التأثير الكهروضوئي، الذي يحدث عندما تولد مواد معينة، مثل السيليكون، تيارًا كهربائيًا عند تعرضها لأشعة الشمس. تطلق طاقة الفوتونات (جسيمات الضوء) إلكترونات من ذراتها، مما يؤدي إلى تدفق التيار الكهربائي.
من المهم أن نفهم أن أ الألواح الشمسية الكهروضوئية وهي مكونة من سلسلة من الخلايا الشمسية. تتكون هذه الخلايا الكهروضوئية من طبقات من السيليكون تمت معالجتها بعناصر أخرى مثل الفوسفور والبورون. وبفضل هذه المعالجة، يمكن لطبقات السيليكون أن تحدث فرق شحن بين الجزء الموجب والسالب، مما يسمح بتوليد الكهرباء عند سقوط الضوء عليها.
الكهرباء المولدة في الألواح الكهروضوئية هي تيار مباشر (DC)، وهو ما لا يمكن استخدامه مباشرة في منازلنا. للقيام بذلك، فإنه يتصل ب محول الطاقة، والذي يحول التيار المباشر إلى تيار متردد (AC)، وهو ما تستخدمه معظم الأجهزة والأجهزة الكهربائية في المنزل.
يعتمد أداء الألواح الشمسية على عدة عوامل، مثل كمية ضوء الشمس المتلقية. أي أنه في الأيام المشمسة، تولد الألواح كهرباء أكثر من الأيام الملبدة بالغيوم. تلعب العناصر الأخرى مثل اتجاه اللوحة وزاوية الميل أيضًا أدوارًا حاسمة في الكفاءة.
مكونات النظام الشمسي الكهروضوئي
لا يشتمل نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية على الألواح الشمسية فحسب، بل يشمل العديد من المكونات الرئيسية التي تعمل معًا لضمان إمداد المنزل أو المنشأة بالكهرباء. هذه هي:
- الألواح الشمسية: يلتقطون الطاقة الشمسية ويحولونها إلى كهرباء.
- معكوس: يقوم بتحويل التيار المباشر المتولد في اللوحات إلى تيار متردد.
- عداد ثنائي الاتجاه: يقوم بقياس الكهرباء المنتجة من المنشأة والتي ترسل إلى الشبكة في حالة وجود فائض.
- البطارية (اختياري): يقوم بتخزين الطاقة الزائدة لاستخدامها في حالة عدم وجود الشمس.
قوة الألواح الشمسية وأدائها
أحد الأسئلة الأكثر شيوعًا هو كيف يتم قياس القوة من الألواح الشمسية وأدائها. يتم قياس قوة الألواح الشمسية واط الذروة أو Wp. يعكس هذا المؤشر الحد الأقصى لكمية الكهرباء التي يمكن أن تولدها اللوحة في ظل ظروف مثالية، مع تشميس ودرجات حرارة قياسية.
ومع ذلك، فإن كمية الكهرباء التي تنتجها اللوحة الشمسية فعليًا تختلف بشكل كبير على مدار اليوم والسنة، لأنها تعتمد بشكل مباشر على كمية ضوء الشمس المتاحة. ولهذا السبب يتم استخدام قياسات ذروة الواط، ولكن لا ينبغي الافتراض أن اللوحة ستخرج هذه الكمية في جميع الأوقات.
عند تقييم تركيب الألواح الشمسية، من المهم مراعاة العديد من العوامل التي تؤثر على الأداء الفعلي. ال الموقع الجغرافي وهو أحد أهم العوامل، حيث لا تتلقى جميع المناطق نفس القدر من الشمس خلال العام. علاوة على ذلك، اتجاه السقف و زاوية الميل أنها تلعب دورا حاسما في كفاءة الألواح. السقف المواجه للجنوب وبميل مثالي سيزيد من جمع ضوء الشمس.
يعد عاكس الطاقة مكونًا آخر يؤثر أيضًا على الكفاءة الإجمالية للنظام. تحتوي بعض المحولات على تقنيات متقدمة تعمل على تحسين كمية الطاقة المحولة من التيار المستمر إلى التيار المتردد، ولكن كفاءتها تعتمد أيضًا على نوع التثبيت.
التنوع في أنواع الألواح الشمسية
في السوق اليوم، هناك العديد من الخيارات لتقنيات الألواح الشمسية، ولكل منها مزاياه وعيوبه. الأنواع الأكثر شيوعًا هي الألواح غير المتبلورة والمتعددة البلورات والأحادية البلورية.
- الألواح الشمسية غير المتبلورة: هذه أقل شيوعًا لأنها ذات أداء أقل. ميزتها الرئيسية هي أنها أرخص، ولكن مع عيبها أنها تفقد كفاءتها بسرعة خلال الأشهر الأولى من الاستخدام.
- ألواح متعددة الكريستالات: وهي مصنوعة من بلورات السيليكون المتعددة وعادة ما تكون أرخص في التصنيع. ومع ذلك، فهي توفر كفاءة أقل مقارنة بتلك أحادية البلورية. لونه المزرق مميز.
- الألواح الأحادية البلورية: هذه هي الأكثر كفاءة في السوق. وهي مصنوعة من بلورة واحدة من السيليكون عالي النقاء، والتي تسمح للإلكترونات بالتحرك بحرية أكبر، وتوليد المزيد من الكهرباء لكل متر مربع. وعلى الرغم من أنها أكثر تكلفة، إلا أن كفاءتها تبرر الاستثمار.
مزايا الألواح أحادية البلورية
على الرغم من أن الألواح متعددة البلورات هي أكثر بأسعار معقولة، أحادي البلورية تعتبر الخيار الأفضل لعدة أسباب:
- كفاءة متفوقة: تتمتع الألواح الأحادية البلورية بكفاءة أعلى، مما يعني أنها تستطيع توليد المزيد من الكهرباء بمساحة أقل.
- أداء أفضل تحت الإشعاع الشمسي المنخفض: تعمل هذه الألواح بشكل أفضل في الأيام الملبدة بالغيوم أو مع التعرض لأشعة الشمس المنخفضة.
- متانة أكبر: أما الأحادية البلورية فهي تقاوم مرور الزمن بشكل أفضل وتحافظ على أدائها لسنوات أطول.
- إستيتيكا: على المستوى البصري، تميل هذه الألواح إلى أن تكون أكثر جمالية، لأن لونها الأسود يندمج بشكل أفضل مع الأسطح.
العوامل التي تؤثر على أداء النظام الشمسي
على الرغم من أن الألواح الشمسية تعتبر حلاً ممتازًا، إلا أن أدائها يمكن أن يتأثر بعدة عوامل. إحدى المشاكل الرئيسية هي ظهور الظلال على الألواح. يؤثر الظل سواء من الأشجار أو المباني القريبة بشكل مباشر على كمية الضوء التي تصل إلى الخلايا الكهروضوئية، مما يقلل من إنتاجها للكهرباء.
عامل آخر يجب مراعاته هو الأوساخ على الألواح الشمسية. مع مرور الوقت، يمكن أن يتراكم الغبار وأوراق الشجر وغيرها من الحطام على سطح الألواح، مما يحجب ضوء الشمس. للحفاظ على الأداء الأمثل، يعد التنظيف المنتظم أمرًا ضروريًا.
بالإضافة إلى ذلك ، درجات حرارة عالية ويمكن أن تؤثر أيضًا على الأداء، نظرًا لأن الألواح تعمل بشكل أفضل في درجات الحرارة المعتدلة. ولكل درجة حرارة تزيد عن 25 درجة مئوية، يمكن أن تفقد الألواح الشمسية ما بين 0,25% و0,35% من قوتها الاسمية.
ال بطاريات وهي مكون اختياري آخر يمكن أن يؤثر على أداء النظام الشمسي. وفي المناطق التي يكون فيها ضوء الشمس نادراً، أو لأولئك الذين يرغبون في تحقيق أقصى استفادة من الطاقة المولدة خلال النهار، تسمح البطاريات بتخزين الطاقة الزائدة لاستخدامها في الليل أو في الأيام الملبدة بالغيوم.
وبالمثل، فإن التوجه والميل يجب أن تكون الألواح الشمسية مثالية. الاتجاه الجنوبي مثالي في نصف الكرة الشمالي. بالإضافة إلى ذلك فإن ميل الألواح يتراوح بين 30 و45 درجة حسب الموقع الجغرافي.
ماذا يحدث عندما لا يكون هناك شمس؟
أحد الأسئلة الأكثر شيوعًا حول استخدام الألواح الشمسية هو ماذا يحدث عندما لا تكون هناك شمس، مثل الأيام الملبدة بالغيوم أو في الليل. على الرغم من أن الأيام الملبدة بالغيوم لا تزال تحتفظ ببعض الإشعاع الشمسي، مما يسمح للألواح الشمسية بتوليد الكهرباء، إلا أن إنتاجها أقل بكثير مما هو عليه في يوم مشمس.
في الليل، عندما لا تكون هناك شمس، تستخدم أنظمة الطاقة الشمسية المرتبطة بالشبكة الكهرباء من شبكة المرافق للتعويض عن نقص الطاقة من النظام الشمسي. من ناحية أخرى، إذا كان النظام يحتوي على بطاريات تخزين، فستقوم بتزويد الطاقة المخزنة خلال النهار.
إن استخدام الطاقة الشمسية لا يوفر توفيرًا كبيرًا في فاتورة الكهرباء فحسب، بل يوفر أيضًا بديلاً مستدامًا يساعد في تقليل البصمة الكربونية. ومع تقدم التكنولوجيا، أصبحت أنظمة الطاقة الشمسية أكثر كفاءة وبأسعار معقولة، مما يسمح لمزيد من المنازل والشركات بالاستفادة من هذا المصدر النظيف والمتجدد.
تعد المعرفة حول كيفية عمل الألواح الشمسية والتقنيات المختلفة المتاحة أمرًا أساسيًا لاتخاذ قرارات مستنيرة عند الاستثمار في تركيبات الطاقة الشمسية. إذا كنت تبحث عن حل طويل الأمد يسمح لك بالحفاظ على البيئة والمساهمة فيها، فإن الألواح الشمسية الكهروضوئية هي خيار ممتاز.