سلسلة شرح مبسط لانظمة الطاقة الشمسية

تشير الحقائق العلمية الى ان مصدر الطاقة الرئيسي في الارض هو من الشمس وتختلف اشكال الطاقة التي نستمدها من الشمس ولعل اهم اشكال الطاقة الشمسية هي
الطاقة الحرارية .
والطاقة الضوئية .
وبما ان الشمس مصدر من مصادر الطاقة المتجددة والمستدامة فقط دأب العلماء والباحثون الى ايجاد طرق فعالة للاستفادة من طاقة الشمس واهم النتائج التي استطاع العلماء ان يحققوها هي الاستفادة من :
١. الطاقة الحرارية للشمس :
اهم المجالات التي نستفيد منها من الطاقة الحرارية
هي ( تسخين المياة .. تجفيف المحاصيل .. وانتاج الملح .. تكييف النباتات في المشاتل الخاصة .. المركزات الشمسية التي تستخدم في توليد البخار لانتاج الطاقة الكهرو حرارية..   الخ )
٢- الطاقة الضوئية :
هذا الفرع من طاقة الشمس هو هدف سلسلة مقالاتنا والذي سنسلط الضوء من خلالها لتبسيط المفاهيم الاساسية  لدى القارئ الكريم ..
نعلم باننا جميعا لانتستغني عن ضوء الشمس في حياتنا اليومية .. ولكن العلماء استمروا بابحاثهم لتحويل الطاقة الضوئية للشمس الى طاقة كهربائية قابلة للتخزن والاستفادة منها اثناء النهار واثناء غياب الشمس ليلا .. واهم المنتجات التي توصل لها العلماء هي الخلاياء السلكونية التي تقوم بتحويل الطاقة الضوئية الى طاقة كهربائية ..

اهم الحقائق العلمية حول الخلايا السلكونية ..
ان خلايا السلكون او المسماة الخلايا الكهرو ضوئية هي عبارة عن شرائح مكونة بشكل رئيسي من عنصر السلكون مجمعة بشكل معين بحيث تتاثر بسقوط الفوتونات الضوئية عليها وتحفيز انطلاق الكترونات داخلها  من القطب السالب  الى القطب الموجب وهذا سبب سريان التيار الكهربائي في الدائرة الخارجية للخلية .. ونسرد اهم الحقائق حول الخلايا الكهرو ضوئية ..
١- كفائة تحويل الطاقة الضوئية الى طاقة كهربائية منخفظة مقارنة ببقية مصادر انتاج الطاقة الكهربائية حيث تتراوح انتاجية الخلايا القياسية المتوفرة صناعيا تتراوح بين ١٣٪ الى ٢٢ ٪  ..
السؤال الاهم كيف قدّر العلماء كفائة الخلايا وعلى اي اساس ..؟
استند العلماء على تقدير كفائة الخلية الى نتائج قياس الطاقة التي تسقط من الشمس والتي تقدر كمتوسط ١٠٠٠ وات لكل متر مربع على سطح الارض فعند قياس سقوط الشمس هذه اللحظة .. قامو بقياس انتاجية خلايا شمسية بنفس المساحة وهي متر مربع من مساحة الخلايا الشمسية .. ووصلوا الى ان المتر المربع ينتج بين ١٣٠ وات الى ٢٢٠ وات ..

٢. اتفق العلماء على ظروف قياسية لاختبار الخلايا ووحدات الطاقة الشمسية وتتلخص بثبوت المعايير التالية
أ. شدة الاشعاع الشمسي ١٠٠٠ وات لكل متر مربع .
ب. درجة حراة محيط الخلية ٢٥ درجة مؤية .
ج. سرعة الرياح للمنطقة ١.٥ متر في الثانية .
 
٣. عند اختلاف الظروف القياسية لتشغيل الخلايا الشمسية فان ذلك ينعكس سلبا او ايجابا على ادائها .. فتزداد انتاجية الخلايا عن زيادة مقدار الساطع الشمسي للمنطقة وتنخفض بنقصان الساطع الشمسي بمعنى العلاقة طردية بين انتاجية الخلايا وبين شدة سطوع الشمس .. بينما تنخفض انتاجية الخلايا عند ارتفاع درجة حرارة المنطقة المحيطه بها بمعنى علاقة عكسية .. وايضا علاقة طردية مع سرعة الرياح لان الرياح تخفف من حرارة الخلية وتبردها وهذا ما يؤيدي الى ارتفاع انتاجيتها بمعنى ان العلاقة طردية بين سرعة الرياح وانتاج الخلايا ..

٤. للخلايا الشمسية منحنى اهلاك سنوي من بداية الاستخدام يقدر كمتوسط 0.5% من القدرة .. حيث تصل قدرة الانتاج للخلايا بعد ٢٥ سنة بين ٨٥٪ و ٨٠٪ وهذا مايجب وضعة في الاعتبارات التصميمية مقابل سنوات الخدمة للمشروع المصمم ..
٥. الخلية الشمسية لايمكن الاستفادة منها منفردة بالتطبيقات ذات القدرات العالية ولكن يمكن تجميع خلايا متعددة بشكل توالي و حتى نصل الى الجهد والتيار المطلوب وهذه المجموعة تسمى لوح شمسي

اهم طرق الاستفادة من الطاقة الكهرو ضوئية ..

اولا  / الطريقة المباشرة دون الاعتماد على اي مصدر اخر  :
١. الاستخدام المنفرد للطاقة الضوء دون تخزين للطاقة الكهربائية ..
نستطيع الاستفادة من ضوء الشمس المباشر وتحويلة بنفس اللحظة الى طاقة كهربائية لتشغيل احمال او اجهزة خلال النهار فقط .. مثل ريء المزارع حيث تركب مجموعة الواح كافية لتشغيل مضخة مياة لريء المزارع بالاعتماد على الطاقة الشمسية وتعمل المضخة على رفع المياة مادامت الشمس ساطعة وتتوقف بعد غياب الشمس اليا .. وينعكس مقدار القدرة الننتجة على اداء المضخة ابتداء بتزايدها من الصباح الباكر من شروق الشمس حتى وقت الذروة ومن ثم التناقص حتى غياب الشمس ..
٢.الاستخدام المباشر مع تخزين الفائض من الطاقة في البطاريات
في هذه الطريقة يمكن الاستفادة من انتاج الطاقة الشمسية نهارى وتشغيل الاحمال المطلوبة وبنفس الوقت نقوم بتخزين الطاقة الزائدة لحين حاجتها خارج اوقات الاشماس .. مثال منظومات المنازل خارج الشبكة .
ثانيا : الاستفادة من الطاقة الكهربائية مع وجود مصدر الشبكة ويسمى النظام الهجين ..
١- النظام الهجين دون تخزين للطاقة ..
في هذا النظام تربط الالواح الشمسية على انفرترات هجينة تقوم بدمج الطاقة الشمسية مع مصدر الشبكة حيث تكون اولوية التشغيل من الالواح تغطية اي احتياج اضافي من مصدر الشبكة يهدف هذا النظام الى الاستفادة من مصدر الشمس حالو وجودها لتخفيف اعباء فواتير استهلاك من الشبكة .. وبعد غياب الشمس يغطى الاحتياج كامل من الشبكة .. وفي حالة وجود فائض من الطاقة نهاراً تغذى به الشبكة وتصبح المنظومة الشمسية هي احد مصادر الشبكة العامة .
٢- النظام الهجين مع تخزين طاقة احتياطية في بطاريات ..
هذا النظام يشبه تمام النظام السابق في تعاملة مع الحمل والشبكة ولكن هنا تضاف بطاريات لتخزين طاقة لاستمرارية تشغيل الاحمال عند انقطاع مصدر الشبة خارح اوقات الاشماس وكذلك يتم شحن البطاريات من مصدر الطاقة الشمسية ومصدر الشبكة بنفس الوقت او بحسب اولوية الشحن والتفريغ المبرمجة في الانفرتر .
..
سنتناول الكثير من تفاصيل مواضيع منظومات الطاقة الكهروضوئية .. فيما. يخص النظام المستقل عن الشبكة والمعتمد كليا على الطاقة الشمسية نهارا والطاقة المخزنة غي البطاريات ليلا وخارج وقت الاشماس .. في مواضيع تتلخص بمحاور مستقلة ..

١- الاعتبارات التصميمية العلمية عند حساب احتياجات الطاقة الشمسية .
٢- الحساب العملي للاستهلاك الكلي باليوم من خلال جدول الاستهلاك الذي يقر به العميل .
٣- قرائة البيانات الفنية لمكونات منظومة الطاقة وطرق تمييزها والمفاضلة بينها لاختيار الخيتر الافضل والمناسب للمنظومة  ..
٤- تحديد الاحتياج من المكونات الاساسية للمنظومة ..
٥- تحديد المستلزمات الاخرى لتركيب المنظومة .
٦- مراجعة اشتراطات السلامة والحمايات الكهربائية للمنظومة .