توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية للمنازل

تتيح الألواح الشمسية الفرصة أمام الفوتونات المستوحاة من الأشعة الشمسية؛ بإطلاق عددًا من الإلكترونات لها ذرات في أعماقِ الخلايا الكهروضوئية، وذلك لإنتاج مجالًا كهربائيًا. هذا وتتشكل كل لوح من ألواح الطاقة من عددٍ يتراوح بين 60-72 خلية شمسية تقترن ببعضها البعض. يتدفق في الخلية الواحدة طبقة من المجالات الموجبة والسالبة؛ بالتالي تتكاتف معًا لتوليد الكهرباء من الطاقة الشمسية للمنازل بكل سلاسة.

تقع على عاتقِ الخلايا ذات الشحنات السالبة مسؤولية إطلاق الفسفور في الطبقة العلوية من السيليكون. أما البورون فإنه من مسؤولية الشحنة الموجبة في الطبقة السفلية؛ ليتحدان معًا بغية خلق الطاقة من الأشعة الشمسية؛ وبالتالي التسرب إلى الألواح وأخيرًا المرايا العاكسة.

¹

اقرأ أيضًا: تكلفة الطاقة الشمسية للمزارع

مبدأ عمل توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية للمنازل

تمر عملية توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية بعدةِ مراحلٍ أساسية للوصولِ في نهاية المطاف إلى تيارٍ كهربائي. وتتمثل هذه المراحل بما يلي:

• استقطاب الألواح للأشعة الشمسية، تصل أشعة الشمس إلى الألواح الشمسية بالتزامنِ مع سطوعها يوميًا. وتبدأ رحلة إنتاج التيار الكهربائي فور تفاعل الناشئ بين الإلكترونات والفوتونات.
• تحويل الطاقة الكهربائية، ينطلق التيار الكهربائي من الألواح متدفقًا نحو العاكس الشمسي؛ حيث تصبح هذه الطاقة قابلة للاستخدام المنزلي بعد تحويلها.
• وصول الطاقة الكهربائية المحولة إلى المنزل، يستقبل صندوق قواطع التيار الكهربائي المنزلي على هيئة تيار متردد؛ وذلك لتوزيعه على المنزل كاملًا.
• تخزين الطاقة، يُحتفظ بالطاقة غير المستخدمة حتى إشعار آخر، ومن الممكن في بعض الدول، القيام بإرجاع الطاقة الكهربائية الفائضة من خلال استخدام أجهزة العاكس On Grid، ويتم خصم ذلك من إجمالي الطاقة الواردة في الفاتورة.

اقرأ أيضًا: كم يحتاج المنزل من الطاقة الشمسية

مراحل وخطوات توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية للمنازل

عند التفكير مليًا في تزويد المنزل بالطاقة الكهربائية من ألواح الطاقة الشمسية، لابد من اتباعِ العديد من الخطوات الدقيقة لذلك، والتي تتجسد بما يأتي:

التأكد من كفاءة الطاقة المنزلية

يستوجب الأمر لزومًا على مالكي المنازل إجراء تحليل دقيق لتفاصيل استهلاك الطاقة. والأخذ بعين الاعتبار الترقيات المتوقعة لذلك. بحيث يكون المالك على إطلاع تام على الاستهلاك الإجمالي للطاقة الكهربائية. كما يكون ذلك وسيلة فعالة في الحدِ من الاستهلاك غير المبرر للطاقة ؛ وذلك باتخاذ أهم التدابير اللازمة لتخفيض التكاليف وتسهيل التنفيذ عند توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية، وهناك بعض التفاصيل التي توضح ذلك، منها:

• مراقبة الطاقة واستهلاكها، يكشف ذلك عن أكثر مواضع استنزاف الطاقة الكهربائية في المنزل؛ بالتالي السعي للحدِ من ذلك.
• التوجه لاستغلال الأجهزة المنزلية الكهربائية بأسلوبٍ أكثر كفاءة.
• التحوّل إلى أساليب الإضاءة الموفّرة، منها اعتماد لمبات الإضاءة LED.
• الحد قدر الإمكان من تشغيل وسائل التدفئة والتبريد في حالِ عدم استدعاء الحاجة. ويمكن البحث عن أساليب خارجية لمقاومة الطقس للمساعدة على ذلك، مثل استخدام المراوح للتبريد بدلاً عن أجهزة التكييف.

إخضاع إمكانيات الطاقة المنزلية للتقييم

من الضروري الاهتمام بالعوامل الخارجية (معدل سطوع الشعاع الشمسي) في المنطقة التي يقيم بها الراغب باستخدام الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء المنزلية.

كما يعتبر حجم النظام ذاته محط اهتمام، ومن الممكن الاستعانة بالأدوات المخصصة لذلك؛ بالتالي الحصول على المعلومات الدقيقة حول تكاليف توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية للمنازل بكفاءة.

تقييم الخيارات المتاحة لاستخدام الطاقة الشمسية النزلية

إذا كان الراغب في تركيب نظام شمسي مستأجرًا وليس مالكًا؛ يمكنه شراء النظام كاملًا بعد الحصولِ على إذنِ ربطٍ من الجهات المسؤولة (مؤسسة عامة)، ويمكن في هذه الحالة بيع الفائض من الطاقة المنتجة لمالك المنزل.

تقديم تقديرًا حول الاستهلاك الشهري المنزلي للمقاول

من الضروري تقديم تفاصيلًا دقيقة حول الاحتياج السنوي للاستهلاك الكهربائي. يتم ذلك من خلال جمع الفواتير التي تظهر الاستهلاك بالكيلو واط/ الساعة، وذلك بالوقوف على كل شهرٍ انقضى خلال العام.

اقرأ أيضًا: الفرق بين ألواح الطاقة الشمسية الزرقاء والسوداء

عيوب وإيجابيات الطاقة الشمسية للمنازل

تتضارب العيوب والإيجابيات بشراسة عند التوجه لتنفيذ مشروع توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية للمنازل بشكلٍ ملحوظ، لذلك من الأوجب أخذها بعين الاعتبار قبل المضي قدمًا في التنفيذ، وتاليًا التفاصيل:

عيوب الطاقة الشمسية للمنازل

• ارتفاع التكلفة المادية في البداية، حيث يشمل ثمن التركيب، الألواح الشمسية، البطارية.
• معدل سطوع الشمس، اعتماد كفاءة ألواح الطاقة الشمسية يرتكز كليًا على عدد ساعات سطوع الشمس يوميًا، فإنها ستنخفض في الأيام الغائمة.
• ارتفاع تكاليف تخزين الطاقة الشمسية، بالرغم من إمكانية تخزين الطاقة الشمسية لاستغلالها في ساعات الليل؛ إلا أن ذلك مرهق ماديًا للغاية لاعتماده على البطاريات والتي يعتبر عمرها الافتراضي قصيراً إلى حدٍ ما.
• استنزاف مساحة كبيرة، يتناسب ذلك طرديًا مع مقدار الطاقة المرغوب باستهلاكها؛ فكلما ازدادت كان عدد الألواح الشمسية المطلوبة أكثر، بالتالي مساحة أوسع.
• التأثر بالعوامل البيئية، ويقصد بذلك على وجه الخصوص بالغازات المقترنة بحالات الانحباس الحراري؛ إلا أنها الأقل تأثيرًا بتلوث البيئة.

إيجابيات الطاقة الشمسية للمنازل

أما عن المميزات والإيجابيات التي يمكن حصادها من توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية للمنازل. فإنها على النحو الآتي:

• الطاقة الشمسية مصدرًا متجددًا مجانيًا.
• تراجع التكاليف الباهظة المترتبة على فواتير الكهرباء.
• إمكانية تطبيق النظام الشمسي على مختلف مناحي الحياة، منها تشغيل الأقمار الصناعية، تقطير الماء في المناطق التي يصعب وصول المياه النظيفة إليها.
• تدني تكاليف الصيانة لألواح الطاقة الشمسية.
• الحصول على ضمان طويل الأمد يتفاوت بين 20-25 سنة بعد الصيانة والتركيب.
• فرص ازدياد تطوّر تكنولوجيا الطاقة الشمسية للمنازل كبيرة جدًا مستقبلًا.

ختامًا؛ يزداد التوجّه عامًا تلو الآخر إلى استخدامِ الطاقة الشمسية في المنازل. كما أن ذلك بات ملحوظًا في المنشآت الضخمة الساعية لتوفير الطاقة قدر الإمكان. في هذا المقال تفاصيلًا دقيقة حول الإيجابيات والسلبيات المحصودة من إمداد المنازل بهذا النظام. ومن هناك يقع على عاتقِ صاحب المنزل اتخاذ القرار الدقيق قبل التسرّع.

المراجع

1. https://www.powerhome.com/how-solar-panels-work/

ظهرت المقالة توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية للمنازل أولاً على معرفة.

الطاقة الشمسية في المنازل

يشير مصطلح الطاقة الشمسية في المنازل إلى تحويل الطاقة المستمدة من الشمس إلى طاقة كهربائية لتلبية الاحتياجات اليومية لأفراد الأسرة. مثل تسخين الماء في السخانات وتشغيل مكيفات الهواء. كما تعمل بعض أساليب الطهي والتدفئة والتبريد على هذا النظام. ومن الجدير بالذكرِ أن الشمس كوكب ضخم يبعث الفوتونات عبر الفضاء، والتي تقدّر بنحوِ 93 مليون ميل/8.5 دقيقة في الساعة الواحدة، وعند حدوث التصادم بين الكوكب الأرضي والفوتونات تتلود الطاقة الشمسية؛ بالتالي ينتج مقدار يلبي حاجة العالم لمدةِ سنة كاملة. ¹

إقرأ أيضاً : بطاريات الطاقة الشمسية وكيفية اختيارها

كم يحتاج المنزل من الطاقة الشمسية

تتفاوت الحاجة بين منزلٍ وآخر لاحتياجات الطاقة الشمسية يوميًا. لذلك حتى يعرف صاحب المنزل كم يحتاج المنزل من الطاقة الشمسية لا بد من الأخذ بعين الاعتبار عدد أفراد الأسرة في المنزل الواحد، ومقدار الاستخدام، وذلك للوقوف على التكلفة الإجمالية للاستهلاك المتوقع بوحدةِ كيلو واط، كما يضاف نحو 20% بمثابةِ نسبة فقد.

لا بد من التنويه إلى أن أصحاب المنازل قد توجهوا في السنوات القليلة الماضية لتسخير الطاقة الشمسية في منازلهم بالتزامنِ مع ارتفاع تكاليف الكهرباء في أرجاء العالم. بحيث أصبحت الطاقة الشمسية مصدرًا هامًا في توليد الكهرباء. ومن الجدير بالذكرِ أن العدد الأكثر استخدامًا هو 40 خلية؛ أي بين 10-20 لوحة شمسية تقريبًا، ويعتبر هذا العدد من الخلايا كافيًا لإمداد منزل متوسط بالطاقة الكهربائية الكافية. ²

كيف تحسب تكلفة المنزل من الطاقة الشمسية

حتى يصل صاحب الشأن إلى كم يحتاج المنزل من الطاقة الشمسية للاكتفاء الكهربائي يوميًا، لا بد من إيلاء ما يلي أهمية بالغة:

• رصد وتقدير المتوسط الإجمالي لاستهلاك الكهرباء بواسطة الأجهزة المتوفرة في المنزل والتي يكون مُدوناً على الملصق الخاص بكل جهاز حدا.
• إضافة نسبة فقد تقدر بـ 20% تقريبًا بعد الانتهاء من الحساب الإجمالي، ويكون بوحدةِ كيلو واط.
• معرفة العمر الافتراضي للنظام الشمسي المنوي استخدامه، والتي عادةً ما تكون 20 عام.
• العلم بأن السخان الكهربائي يستهلك 20% من إجمالي الطاقة الكهربائية يوميًا، بينما يمكن توفير أضعاف ذلك عند استخدام الطاقة الشمسية.
• عند حساب تكلفة الطاقة الشمسية المستخدمة للمنازل، من الضروري معرفة أسعار البطارية الواحدة للطاقة الشمسية تبعًا للسعة.
• الاطلاع على القدرة الأولى والثانية لمحطة الطاقة الشمسية، والعلم بأسعار شرائح الكهرباء اللازمة في حالة تشغيل منزل كامل بالطاقة الشمسية.

اقرأ أيضًا: الفرق بين ألواح الطاقة الشمسية الزرقاء والسوداء

مميزات تشغيل منزل كامل بالطاقة الشمسية

بعد العلم بأبعاد كم يحتاج المنزل من الطاقة الشمسية بالتفصيل، لا بد من إشباع رغبة القارئ بأهم مميزات تشغيل منزل كامل بالطاقة الشمسية، والتي تتمثل بما يلي:

غياب مشكلة الانقطاع

الطاقة الشمسية مصدر دائم التجدد وغير قابل للنفاذ إطلاقًا، وبالتزامنِ مع التطورات التكنولوجيا التي يشهدها عصر الثورة التكنولوجية؛ إذ من المتوقع دخول تطورّات غير مسبوقة عليها في ظلِ تكنولوجيا النانو وما يطرأ على فيزياء الكم من ابتكارات، لذلك فإن مشكلة الانقطاع التي يعاني منها مستخدمي الكهرباء ستتلاشى عند الاعتماد على الطاقة الشمسية.

تدني تكاليف الصيانة

في سياقِ البحث حول كم يحتاج المنزل من الطاقة الشمسية وتكاليف ذلك؛ لا بد من العلم بأن الميزة الأهم في التكاليف هي تدني تكاليف الصيانة في حال حدوثِ أي عطل، وكل ما ينبغي تحقيقه لذلك هو إبقاء الألواح نظيفة على مدار السنة، ولتحقيق فائدة أفضل يمكن الاستعانة بشركات متخصصة بذلك.

الاستخدامات المتعددة

من الأمثلة المضروبة على الاستخدامات المتعددة للطاقة الشمسية عامةً في الحياة ما يأتي:

• تفعيل الأقمار الصناعية وتعزيز عملها في الفضاء.
• التنقيب عن مصادر المياه في المناطق الصحراوية، وذلك بالاعتمادِ على ما يعرف باسم طلمبات الري.
• إطلاق كم كبير من الطاقة الحرارية والكهربائية.
• تعقيم المياه وتقطيرها لإيصالها نظيفة للمناطق التي تفتقر لإمدادات المياه النظيفة.

اقرأ أيضًا: كيف تتسبب الصعقة الكهربائية بوفاة الإنسان

أنواع ألواح الطاقة الشمسية

تنشطر أنواع ألواح الطاقة الشمسية إلى عدةِ أنواع رئيسية. ولا بد من معرفة ذلك في ظل البحث عن كم يحتاج المنزل من الطاقة الشمسية بالتفصيل، وذلك على النحو الآتي:

الجيل الأول

يدرج تحت هذا النوع من ألواح الطاقة الشمسية تلك المصنوعة بالبولي سيليكون، وأيضًا السيليكون أحادي البلور. وتعد من أكثر الألواح شيوعًا. ومن الأنواع مايلي:

• الألواح الشمسية الكريستالية (Poly- Sl)

عند البحث عن كم يحتاج المنزل من الطاقة الشمسية والنوع الأفضل، فإن هذا النوع يمتاز بوجود مربعات زرقاء اللون، كما له زوايا غير مقوطعة. ويمكن القول بأنه الأقل تكلفة والأسرع في الأداء.

• الألواح الشمسية أحادية البلورية (Mono-Sl)

أكثر الأنواع نقاءً على الإطلاق، ويتم تمييزه بملاحظة الألوان الداكنة عند حوافه الدائرية. ويقدم كفاءة بالعمل تصل إلى 20% أكثر من الأنواع الأخرى، ويمتاز بشغل مساحة قليلة رغم الإنتاجية العالية.

إقرأ أيضاً :هل التكييف الانفرتر موفر للكهرباء

الجيل الثاني

أما الجيل الثاني من أنواع ألواح الطاقة الشمسية تمتاز بوجودِ أغشية رقيقة محضرة من مواد كهرضوئية؛ ويتضمن هذا الجيل ما يلي:

• الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة (TFSC)

يمتاز هذا النوع بأنه ذو تكلفة أقل مقارنةً مع بقية الألواح، إضافةً إلى أنها الأقل سعرًا بحكم عدم التكلف في استخدام المواد بالإنتاج.

• الخلايا الشمسية السيليكونية غير المتبلورة (A-Si)

تدرج هذه الخلايا ضمن الأقل كفاءة مقارنةً مع خلايا السيليكون البلورية، إذ لا تتعدى كفاءتها 7%، أما الأخيرة فإنها تصل إلى 18%.

المراجع

1. https://www.greenmatch.co.uk/blog/2015/09/types-of-solar-panels
2. https://www.nachi.org/advantages-solar-energy.htm

ظهرت المقالة كم يحتاج المنزل من الطاقة الشمسية أولاً على معرفة.