أخضر

أنظمة الطاقة الشمسية 101


يمكن استخدام الطاقة الشمسية للقيام بجميع أنواع العمل في جميع أنحاء المنزل ، بدءًا من توفير الكهرباء للأضواء والأجهزة وحتى تدفئة المسبح أو السبا أو الدش أو الغرفة. ولكن يعتمد مدى جودة عمل النظام الشمسي لك على عشرات العوامل ، بما في ذلك المكان الذي تعيش فيه ، وتعرضك للشمس ، ومعدل الكهرباء ، وما تدفعه مقابل وقود التدفئة ، وميزانيتك ، والتزامك بالاستفادة من طاقة الشمس بدلاً من ذلك من مقدمي الحالي الخاص بك.

قلب أي نظام شمسي نشط ، بغض النظر عما إذا كان يوفر الكهرباء أو الحرارة ، هو المجمع (يُسمى أحيانًا لوحة أو وحدة). تعتمد الأنظمة السلبية على القوى الطبيعية للعمل ، مثل حركة الحرارة من البرد إلى الساخن وحقيقة أن السوائل الساخنة ترتفع. بالمقابل ، يتطلب النظام النشط أن تستخدم المعدات الأخرى ، مثل المخبرين والمضخات والعاكسات ، الطاقة التي تلتقطها من الشمس.

أنواع مشتركة من جامعي
يوجد بشكل أساسي نوعان من مجمعات الطاقة الشمسية ، الكهربائية (تلك التي تحول أشعة الشمس إلى كهرباء) والحرارية (تلك التي تحولها إلى حرارة). يوجد كلاهما عادة على الأسطح ، على الرغم من أن المصفوفات قد تكون مثبتة على الأرض أو القطب أيضًا.

الألواح الكهربائية الشمسية (في بعض الأحيان يشار إليها باسم الوحدات الكهروضوئية أو الضوئية) تتكون عادة من رقائق سيليكون بحجم الخلايا الشمسية ، سلكية وتجميعها في لوحة أو وحدة نمطية. غالبًا ما يكون لديهم قالب أزرق أو أخضر ولكن يمكن أن يكون أسود أيضًا. الأنواع الأكثر شيوعًا من مجمعات الطاقة الشمسية السكنية هي:

• الوحدات الكهروضوئية البلورية تضم الغالبية العظمى من مجمعي الكهرباء بالطاقة الشمسية في السوق. يتم تصنيعها عن طريق تقطيع سبائك السيليكون المصنوعة من السيليكون أو الرغيف إلى شرائح ، يحمل كل منها إلكترونًا إيجابيًا وسالبًا. يتم توصيل الويفر معًا لتشكيل الوحدات النمطية ويتم توصيل الوحدات معًا لتشكيل الصفائف. عندما تصطدم الرقاقات بأشعة الشمس ، يعمل التيار الكهربائي من جهات الاتصال الأمامية إلى جهات الاتصال الخلفية ، ويوزع الشحنة من وحدة إلى وحدة.

• وحدات الأغشية الرقيقة والشرائح مصنوعة من خلال إيداع مختلف المواد شبه موصل في طبقات رقيقة جدا على ركائز مختلفة ، بما في ذلك الزجاج والبطانات المرنة. هم أيضا ينتجون الكهرباء. إذا كانت مادة أشباه الموصلات محمية من الزجاج ، فسيشار إلى مجمعات الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة كوحدات. عندما يكون للمادة شبه الموصلة غطاء واقي مرن ، فإنها تسمى شرائح.

تمثل وحدات الأغشية الرقيقة والأغشية الرقيقة جزءًا صغيرًا من إجمالي مبيعات الوحدات الشمسية ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أنها تحتاج إلى مساحة سقف تصل إلى أربعة أضعاف لإنتاج نفس إنتاج كيلووات ساعة / سنة. إن التطبيق السكني الذي جذب الاهتمام الأكبر للجهد الكهروضوئي ذو الأغشية الرقيقة هو على الأسطح المعدنية القائمة على التماس (بين الطبقات العمودية) وكقوباء شمسية.

مجمعات الطاقة الشمسية الحرارية تستخدم للتطبيقات التدفئة ، وعادة ما تكون أكثر كثافة ، والوقوف على السطح أكثر من ذلك بقليل. هناك الكثير من الاستثناءات. تبدو بعض المجمعات الحرارية كصناديق كبيرة مسطحة أو بها خزانات أسطوانية ملحقة بها. البعض الآخر يتكون من سلسلة من الأنابيب الزجاجية الكبيرة. تشمل أكثر أنواع المجمعات الحرارية الشمسية شيوعًا:

• جامعي لوحة مسطحة الحراريةمصممة للتدفئة ، عادةً ما تكون أسوار مستطيلة بسمك 4 إلى 5 بوصات وأغطية زجاجية في الأعلى. داخل العلبة ، ورقة امتصاص سوداء اللون مع ممرات متكاملة يتدفق خلالها السائل لسحب حرارة الشمس. يمكن بعد ذلك استخدام السائل المسخن في المياه المنزلية أو لتسخين الفضاء. تنتقل الأنابيب عبر حاوية المجمّع ، بحيث يمكن توصيلها بجامعات إضافية وكذلك بمصدر الإمداد والعودة. السائل الذي يدور من خلال المجمع هو عادة ماء أو مضاد للتجمد (غليكول) ، أو مزيج من الاثنين.

• جامعي الأنبوب المفرغ، وهو نوع جديد من المجمعات الحرارية ، مصنوع من صف من الأنابيب المفرغة ، ولكل منها لوحة امتصاص خاصة بها وأنابيب. السائل يزيل الحرارة من لوحة الامتصاص ، تمامًا كما يفعل مع المجمع الحراري التقليدي. ازداد استخدام جامعي الأنابيب المفرغة في السنوات الأخيرة ، لكنهم لا يزالون يمثلون نسبة صغيرة من سوق اليوم.

• جامعات الحرارية غير المزجج عادة ما يتم البثق من بوليمر أسود وتشمل سلسلة من الأنابيب يمكن من خلالها ضخ السائل المراد تسخينه. المجمعات الحرارية غير المزججة مناسبة للتطبيقات ذات درجات الحرارة المنخفضة ، مثل تلك المستخدمة لتسخين حمامات السباحة والمنتجعات الصحية.

• جامعي الهواء الساخن تميل إلى أن تكون أكبر من المجمعات التي تسخين السائل ، وتغطي في بعض الأحيان جدار خارجي كامل للمبنى. وبالتالي فهي تستخدم في كثير من الأحيان في التطبيقات التجارية. مزجج بعض مجمعات الهواء الساخن ، وتسمى أيضا جامعي "تبريد الهواء". وتستخدم هذه المجمعات للتدفئة الفضاء. لا يوجد الكثير من الأمور التي يمكن أن تسير بشكل خاطئ معهم ، لأن التجميد والإفراط في النشاط ليسا مشكلتين.

كيف تعمل الأنظمة الشمسية
تقوم المجمعات الكهربائية الشمسية بتحويل الإشعاع الشمسي مباشرة إلى كهرباء ، والتي يمكن استخدامها على الفور أو تخزينها في بطاريات أو إرسالها إلى الشبكة الكهربائية. في الحالة الأخيرة ، يتلقى مالك المنزل الائتمان مقابل ما يتم إنتاجه ، وبالتالي تخفيض فاتورته الكهربائية. في الواقع ، تعمل شركة المرافق بمثابة تخزين للكهرباء التي يتم إنتاجها خلال فترات اليوم عندما لا تحتاج إليها. توجد الشبكة أيضًا كنسخة احتياطية لفترات غائمة ، عندما لا تنتج الكثير من الطاقة الشمسية.

تقوم المجمعات الحرارية بتحويل الطاقة الشمسية إلى حرارة. يضرب الإشعاع لوحة الامتصاص ، ويتم سحب الحرارة بعيدًا عن طريق السائل أو الهواء. يجب وضع أحكام للتعامل مع ارتفاع درجة حرارة أنظمة التبريد السائل ، عندما لا يكون هناك طلب على الحرارة. إذا تم استخدام الماء ، يجب وضع أحكام للتجميد. يمكن استخدام الحرارة على الفور أو تخزينها لاستخدامها لاحقًا. في أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية ، يخزن الخزان الماء الساخن. في حالة حمامات السباحة ، يعمل المسبح كخزان للتخزين.

في تسخين الفضاء الشمسي ، قد يتم تخزين الحرارة في خزانات كبيرة من الماء أو في بعض أنواع البناء ، بما في ذلك الصناديق المملوءة بالحجارة. يمكن توزيع الهواء الساخن على العديد من الغرف عن طريق القنوات أو الأنابيب بنفس طريقة أنظمة التدفئة التقليدية.

أفضل عائد على الاستثمار
قد تكون هناك حوافز فدرالية وحكومية مختلفة لأصحاب المنازل الذين يرغبون في تثبيت نظام شمسي. يمكنك معرفة ما هو متاح في منطقتك من خلال الانتقال إلى قاعدة بيانات حوافز الدولة للطاقة المتجددة والكفاءة (DSIRE).

بشكل عام ، تطبيقات التدفئة بالمياه الساخنة وتسخين حمامات السباحة لديها أقصر عمليات الاسترداد (من 5 إلى 7 سنوات) وتتطلب أصغر الاستثمارات (من 3000 إلى 10،000 دولار قبل الحوافز). تكلف التركيبات أقل في المناخات حيث لا تكون درجة حرارة التجمد مشكلة. تتطلب منشآت الطاقة الشمسية التي تلبي جزءًا كبيرًا من احتياجاتك الكهربائية استثمارات أكبر بكثير ، على الرغم من انخفاض تكاليف المكونات في السنوات الأخيرة. إذا تم القيام به أثناء البناء ، تكون التكاليف أقل بكثير.

برامج التأجير ، إذا كانت متوفرة في منطقتك ، تقلل بشكل كبير من تكلفة تثبيت النظام. يتطلب تسخين مساحة الطاقة الشمسية أيضًا استثمارًا كبيرًا ، إلا إذا كنت ترغب ببساطة في تدفئة غرفة أو غرفتين على الجانب الجنوبي من منزلك.

بغض النظر عن نوع النظام الشمسي الذي تفكر فيه ، ابدأ في الحفاظ على الطاقة الآن. إن إطفاء الأنوار وتكلفة الاستحمام أقصر وعزل العلية والجدران أقل بكثير من تكلفة تركيب مجموعة من مجمعات الطاقة الشمسية.

النظر في الطاقة الشمسية لمنزلك؟ العثور على المقاول المهنية في منطقتك ، هنا.

ملاحظة المؤلف: بالإضافة إلى كونه مساهماً متكررًا ، فإن Joe Provey مؤلف مشارك ، مع Everett M. Barber ، حول تحويل منزلك إلى طاقة شمسية (The Taunton Press، 2010)


شاهد الفيديو: Energy 101 Solar PV صورة مختصرة عن طريقة عمل نظام الطاقة الشمسية (كانون الثاني 2022).