بعد بلوغنا عصر الطاقات البديلة، لا بد وأن الكثير منا يتساءل حول كيفية عمل الطاقة الشمسية للمنازل، ومدى فعالية منظومة الطاقة الشمسية في إنتاج الكهرباء، وتوليدها للمنازل. فالطاقة الشمسية هي أحد أشكال الطاقة البديلة الأكثر وفرةً وفعاليةً ونظافةً في توليد الطاقة الكهربائية. فإذًا كيف تعمل منظومة الطاقة الشمسية في المنازل؟ وكيف يمكن حساب استطاعتها الإجمالية؟ تابعوا معنا للتعرف إلى ذلك.
الكثير من بلدان العالم اليوم، وخاصةً الدول التي تعاني من ضعف في إنتاج الطاقة الكهربائية كسوريا. تبحث عن طاقاتٍ بديلة ونظيفة لتوليد الكهرباء من أجل تشغيل الأجهزة المنزلية في ظل انقطاع الكهرباء. كما وتسعى تلك الدول في اختيار نوع الطاقة البديلة وفقًا لكفاءتها، وسهولة تركيبها، واستطاعتها، وقلة كلفتها الإجمالية. وبذلك، تعتبر الطاقة الشمسية الخيار الأفضل الذي يحقق تلك الشروط، لتكون بالفعل الطاقة الأجدر بأن يقال عنها “صديقة البيئة”.
كيفية عمل الطاقة الشمسية للمنازل
من المعروف أن الطاقة الشمسية هي إحدى مصادر الطاقة البديلة التي يمكن الاستفادة منها بشكل كبير نظرًا لوفرتها، ففي كل لحظة تصيب الأرض كميات كبيرة من الطاقة الشمسية تعادل استطاعتها 173 ألف تيرا واط.
يلجأ الكثير من أصحاب المنازل إلى استخدام الطاقة الشمسية في منازلهم كطاقة بديلة لأسبابٍ عديدة كانقطاع الكهرباء بشكل مستمر، أو لغلاء أسعار الكهرباء، أو لضعف الجهد الكهربائي. حيث يمكن الحصول على الطاقة الشمسية من خلال الألواح الشمسية المصنعة بأحجام وأنواع معينة.
فالألواح الشمسية تلك تتكون من خلايا ضوئية تتمثل وظيفتها بتحويل ضوء الشمس الذي يسقط عليها إلى كهرباء على شكل تيار كهربائي مستمر، ليُرسَل بدوره إلى بطاريات شحن من أجل تخزين التيار الكهربائي فيها. لكن الأجهزة المنزلية تحتاج إلى تيار متناوب لتعمل، وليس إلى تيار مستمر.
لذلك، لا بد من توافر محولات كهربائية؛ بحيث تعمل على تحويل التيار المستمر إلى تيار متناوب ليصل إلى الأجهزة الكهربائية بالمنزل، ويغذيها بالكهرباء. أمّا في حال امتلأت بطارية الشحن بالطاقة الكهربائية، حينها يجري إغلاق منظم الشحن بشكلٍ مباشر تجنبًا لتلف البطارية.
حساب الطاقة الشمسية للمنازل
لحساب الطاقة الشمسية للمنازل يجب اتباع الخطوات التالية:
- حساب كمّية الطاقة المُستَهلكة في اليوم الواحد: والتي تُحسَب من خلال ضرب استطاعة المنظومة بعدد ساعات العمل.
- حِساب الضياعات الكهربائية: فهناك الكثير من الضياعات الكهربائية التي تحصل نتيجة توصيل المنظومة، ومقاومة بطاريات الشحن، وكفاءة الألواح الشمسية. ويجري حساب الضياعات من خلال ضرب إجمالي الطاقة المستهلكة في اليوم بالنسبة 30%.
- حساب عدد الألواح الشمسية: ويحسب من خلال قسمة طاقة تلك الألواح على استطاعة اللوح الواحد في إنتاج الكهرباء. مع الأخذ بالاعتبار أن طاقة الألواح تساوي الطاقة المُراد توليدها من المنظومة على معدّل الإشعاع الشمسي في اليوم الواحد.
- حساب سعة البطاريات: من خلال ضرب الطاقة المُراد توليدها في الأيام الغائمة التي تغيب فيها الشمس، مضروبًا أيضًا بنسبة الشحن المتبقي بالبطارية (30%).
- حِساب حجم المنظم الشمسي: بضرب عدد الألواح المراد تركيبها في المنظومة في تيار قِصَر الدارة isc.
- حساب حجم المحول: والذي يعتمد على القدرة الإجمالية للأجهزة في ذروة الاستهلاك.
شروط تركيب الطاقة الشمسية
لتركيب منظومة الطاقة الشمسية في المنزل، حددت هيئة تنظيم الكهرباء والمياه مجموعةً من الشروط التي تتمثل بما يلي:
- يتحدد الشرط الأول بأن يكون الشخص المستفيد من منظومة الطاقة الشمسية هو الشخص المستهلك للكهرباء.
- تركيب المنظومة في المنشأة الخاصة بالمستهلك.
- وأن تتراوح استطاعة المنظومة بين 1 كيلو واط إلى 2 ميغا واط.
- وجوب أن تكون عملية تركيب الطاقة، وربط مكوناتها آمنةً بشكل كامل.
- ألا تتعدى الاستطاعة المجمّعة في المنشآت المختلفة لمالك المنظومة، والمتواجدة في مناطق الإمداد التابعة لذات الإدارة الكهربائية عن 5 ميغاواط.
ألواح الطاقة الشمسية
تُعرّف ألواح الطاقة الشمسية بأنها مجموعة من الخَلايا الشّمسية التي تتصل مع بعضها على شكل إطار كلي متناسق. حيث تعمل الألواح على تحويل ضوء الشمس الساقط عليها إلى تيار كهربائي كما ذكرنا سابقًا. أما الخلايا الضوئية المتواجدة فيها فهي عبارة عن مواد شبه موصلة قادرة على عكس الضوء كالسيليكون الذي يسمح بامتصاص أشعة الشمس، وعكسها على سطح اللوح لتتحول إلى تيار مستمرّ.
عادةً تحتاج منظومة الطاقة الشمسية إلى مجموعة من ألواح الطاقة الشمسية المجمعة مع بعضها بإطار أكبر، ويطلق عليها اسم “مصفوفة الطاقة الشمسية”. كما توجد أنواع عديدة من الألواح الشمسية، فمنها الأحادية (monocrystalline silicon)، ومنها متعددة الكريستالات (polocrystalline silicon)، ومنها النوع الذي يُعرف بـ “thin film”.
طريقة تركيب ألواح الطاقة الشمسية
تُوصَل ألواح الطاقة الشمسية مع بعضها على شكل مصفوفة إمّا على التوازي، أو على التوالي. حيث لا تؤثر فعليًّا كلا الطريقتين على كمية الطاقة الإجمالية المُنتجة. لكن من الضروري الانتباه إلى ضرورة أن تكون الألواح من نفس النوع والاستطاعة.
في التوصيل على التوالي، يجب وصل الجهة الموجبة من اللوح الأول مع الجهة السالبة من اللوح المقابل. حيث يكون التيار ثابتًا في هذا النوع من التوصيل، والجهد متضاعفًا. أما في التوصيل على التوازي، فيجب وصل الجهة الموجبة لجميع الألواح مع بعضها، وكذلك ربط الجهة السالبة لجميع الألواح مع بعضها. إذ يكون الجهد ثابتًا، والتيار متضاعفًا.
وهناك طريقة التوصيل التي تكون على التوازي والتوالي معًا. فمثلًا عند وصل ستة ألواح، يمكن وصل ثلاثة منها على التوالي، واثنتين على التوازي؛ بحيث يكون الجهد ثابتًا في الخطوط الموصولة على التوازي.
وفي الختام، وبعد التعرف إلى كيفية عمل الطاقة الشمسية للمنازل. يتبين لنا سهولة آلية تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية من خلال تركيب المنظومة. ومن الجدير بالذكر أن تركيب المنظومة يحتاج إلى خبراء فنيين مختصّين بتركيبها لمعرفة عدد الألواح المتناسبة مع كمية الاستطاعة المراد الحصول عليها.