نظام الطاقة الشمسية: كيفية حساب حجم نظام الطاقة الشمسية
مع تزايد أهمية مصادر الطاقة المستدامة، يعتبر نظام الطاقة الشمسية كرمز واعد لمستقبل أكثر استدامة. ومع ذلك، قد يبدو فهم أنظمة الطاقة الشمسية معقدًا للبعض. لذا، يهدف هذا المقال إلى تبسيط المفاهيم المتعلقة بأنظمة الطاقة الشمسية ومساعدتك على اتخاذ القرارات المناسبة.
في هذا المقال، سنقدم شرحًا مفصلًا عن تعريف أنظمة الطاقة الشمسية، أنواعها، ومكوناتها الأساسية. كما سنساعدك في اختيار النظام الأنسب لاحتياجاتك المنزلية، سواء كنت مقيمًا في الاردن أو السعودية أو في أي مكان آخر. إذا كنت مبتدئًا أو خبيرًا في مجال الطاقة المتجددة، فإن هذا الدليل سيكون مرشدك نحو مستقبل أنظف وأكثر إشراقًا.
ما هو نظام الطاقة الشمسية؟
نظام الطاقة الشمسية، المعروف أيضًا بالنظام الكهروضوئي (PV)، هو تقنية تستغل أشعة الشمس وتحولها إلى كهرباء تُستخدم في تطبيقات مختلفة.
داخل الخلية الشمسية، تسقط أشعة الشمس (الفوتونات) على مادة السيليكون، مما يحفز الإلكترونات في السيليكون لتحريرها من ذراتها. يتم خلق زوج من الإلكترونات الحرة والفجوات، ويؤدي الحقل الكهربائي بين طبقتين من السيليكون إلى توجيه الإلكترونات في اتجاه معين. هذا التدفق للإلكترونات يولد تيارًا كهربائيًا مستمرًا (DC)، الذي يمكن استخدامه لتشغيل الأجهزة أو تخزينه في البطاريات.
يتألف النظام عادةً من الألواح الشمسية، العاكس الكهربائي أو ما يسمى الإنفيرتر inverter، البطاريات الشمسية، ومكونات أخرى تعمل معًا لتحويل ضوء الشمس إلى طاقة قابلة للاستخدام. تختلف أنظمة الطاقة الشمسية من حيث الأنواع والتصاميم، والتي سنستعرضها بالتفصيل لاحقًا.
أنواع نظام الطاقة الشمسية
تنقسم أنظمة الطاقة الشمسية إلى ثلاثة أنواع رئيسية:
1. النظام المرتبط بالشبكة (On-Grid)
هذا أنواع نظام الطاقة الشمسية والأكثر شيوعًا في المنازل والشركات. يعمل بالتوازي مع شبكة الكهرباء العامة، مما يسمح باستخدام الطاقة الشمسية وتبادل الفائض مع الشبكة عبر نظام التعويض الكهربائي. هذا الخيار شائع لأنه يقلل من فواتير الكهرباء ويعتبر تكلفة تركيبية منخفضة نسبيًا. والفكرة العامة من هذا النظام بحيث يتم تصميم النظام الشمسي وتركيبة بناءا على اخر 3 فواتير كهرباء للمستخدم ويكون اقرب الى تصفير فاتورة الكهرباء للمستخدم
2. النظام المستقل عن الشبكة (Off-Grid)
هذا النظام مخصص للمناطق النائية أو لأولئك الذين يسعون إلى استقلالية كاملة في الطاقة. يتم تخزين الكهرباء في بطاريات لاستخدامها أثناء الليل أو في الأيام الغائمة. ولكنه يتطلب استثمارًا أكبر في البطاريات مقارنةً بالأنظمة المرتبطة بالشبكة. ويعمل هذا النظام بحيث يتم استهلاك الطاقة القادمة من الشمس وبنفس الوقت يتم شحن البطاريات خلال فترات النهار وبعد ذلك في الليل يتم استخدام الطاقة المولدة والمخزنة في البطاريات
3. النظام الهجين (Hybrid)
يجمع بين ميزات النظامين السابقين. يوفر طاقة مستقلة من خلال البطاريات مع إمكانية الربط بالشبكة لضمان توفير الطاقة في جميع الأوقات. يُعد خيارًا مثاليًا لمن يبحث عن التوفير في التكاليف مع وجود حل احتياطي في حالات الطوارئ.
مكونات النظام الشمسي
1. الألواح الشمسية
الخلايا الشمسية هي العنصر الأساسي الذي يحول ضوء الشمس إلى كهرباء باستخدام التأثير الكهروضوئي. توجد عدة أنواع من الخلايا الشمسية، مثل الخلايا الشمسية السيليكونية الأحادية (Monocrystalline) التي تتميز بكفاءة عالية وعمر طويل، والخلايا الشمسية السيليكونية متعددة البلورات (Polycrystalline) التي تكون أقل كفاءة ولكنها أكثر تكلفة، والخلايا الشمسية الغير سيليكونية مثل الخلايا الشمسية الرقيقة (Thin Film) التي تتميز بمرونتها وسهولة تصنيعها ولكن بكفاءة أقل. يعتمد نوع الخلية الشمسية على التكلفة والكفاءة المطلوبة لتطبيقات مختلفة.
2. العاكس الكهربائي أو الإنفيرتر
يقوم بتحويل الكهرباء الناتجة من الألواح (تيار مستمر DC) إلى كهرباء مناسبة للاستخدام في المنازل (تيار متردد AC). وتكون وحدة قياس الإنفيرتر KVA
3. البطاريات الشمسية
تُستخدم لتخزين الطاقة الفائضة لاستخدامها لاحقًا. تعتبر اختيارًا حيويًا للأنظمة المستقلة والهجينة.
4. لوحة التوزيع
تنظم توزيع الكهرباء داخل المنزل وتضمن اتصالًا آمنًا بالشبكة الكهربائية.
5. كوابل الـ DC
وتعد الكوابل الخاصة بالتيار المستمر من أهم العناصر في النظام الشمسي بحيث تستخدم في الربط بين الخلايا الشمسية والإنفيرتر
6. الهيكل المعدني
الهيكل أو الإطار هو جزء أساسي في منظومة النظام الشمسي، حيث يقوم بحمل وتثبيت الخلايا الشمسية بشكل آمن. يعمل الإطار على حماية الخلايا من الحركة والتأثيرات الخارجية، ويثبتها في مكانها بشكل محكم. عادة ما يتكون الإطار من مادة القلاڤانيز أو الألومنيوم، مما يوفر مقاومة للتآكل ويضمن تحمل الظروف البيئية القاسية مثل الأمطار والرياح.
كيفية اختيار النظام الشمسي المناسب؟
لاختيار النظام الأنسب، يجب مراعاة النقاط التالية:
- حساب استهلاكك اليومي للطاقة: استعن بفاتورة الكهرباء لتحديد متوسط استهلاكك الشهري، ثم احسب المعدل اليومي.
- معرفة ساعات الذروة الشمسية: تعتمد على موقعك الجغرافي والوقت من السنة. عادة في الشرق الأوسط تكون ما بين 4 – 6 ساعات
- اختيار العاكس الكهربائي: يتم حساب حجم العاكس الكهربائي و يجب ان يكون اقل او يساوي قيمة حجم النظام .
حساب حجم النظام الشمسي
أولا نأخذ قيمة الـ kWh/month المتواجده على فاتورة الكهرباء ثم نقوم بقسمتها على 30 يوم لنحصل على إستهلاك الطاقة اليومي من ثم نقوم بقسمة قيمة الإستهلاك اليومي على عدد ساعات ظهور الشمس في منطقتك لنحصل على حجم النظام بالـ kW
الفرضيات :
عدد ساعات ظهور الشمس : 5.5
قدرة اللوح المستخدم: 550 واط
لنفرض ان لدينا بيت إستهلاكة اليوم تقريبا: 900 kWh
- 900 ÷ 30 = 30 kWh في اليوم
- 30 / عدد ساعات اليوم 5.5 = 5.45 kW (هذا هو حجم النظام المطلوب)
- 5.45 كيلو واط / واط 550 = 9.9
- عدد الخلايا : 10
حساب حجم العاكس الكهربائي او الإنفيرتر
لحساب قيمة الإنفيرتر المناسب يجب ان يكون قيمة النظام الشمسي أكبر من قيمة حجم الإنفيرتر بـ 1.25 إلى 1.5 كحد أقصى
في حالتنا هذه , يمكن إختيار حجم الإنفيرتر 4 KVA
ونسبة الـ DC/AC Ratio هي:
5.5/4 = 1.375 وهي مناسبة
خلاصة
مع التطورات المستمرة في تقنيات الطاقة الشمسية، أصبح من الممكن الآن للجميع الاستفادة من هذه التكنولوجيا. من خلال فهم أساسيات أنظمة الطاقة الشمسية واتخاذ قرارات مدروسة بشأن الاختيار والتركيب، يمكنك خفض بصمتك الكربونية وتقليل تكاليف الطاقة، والمساهمة في مستقبل أكثر استدامة.
الأسئلة الشائعة
المراجع:
