Published in: الطاقات المتجددة

مكونات نظام الطاقة الشمسية – ما المكونات الأساسية لتركيبها في المنزل؟

Author م. ثراء حمود

Published on: 17 سبتمبر، 2023

م. ثراء حمود

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

ما هو نظام الطاقة الشمسية؟

النظام الشمسي مهمٌّ جداً في تلبية الاحتياجات اليومية للطاقة، حيث إنه يُعتمد من قبل معظم دول العالم، وذلك لتوفير فواتير الكهرباء، والاعتماد على الطاقة النظيفة الصحية المتطورة لتغطية الاستهلاك اليومي، وعندما نتكلم عن نظامٍ شمسي، فهذا لا يقتصر على أداةٍ واحدة أو مكونٍ واحد، وإنما يحتوي النظام الشمسي على عدة مكوناتٍ أساسيةٍ مُهمّة.

مهمّة النظام الشمسي بشكلٍ عام هو تجميع أشعة الشمس، وتحويلها إلى طاقةٍ كهربائيةٍ يمكن استخدامها في المنزل أو المصنع، وهذا يعني كلما كانت أشعة الشمس متزايدةً كلما زاد إنتاج الطاقة، كما يمكن الاستفادة من نور الشمس الذي يخترق الألواح الشمسية في الأيام الغائمة.

ما المكونات الأساسية لتركيب نظام طاقةٍ شمسي في المنزل؟

1- اللوحة الشمسية.

2- جهاز التحكم بالشحن (مُنظّم الشحن).

3- العاكس، أو المحول، أو ما يُسمّى (Inverter).

4- البطارية.

اللوحة الشمسية

تختلف أنواع الألواح الشمسية، وتختلف كفاءتها، وتكلفتها، وحجمها أيضاً، ولكن تبقى الوظيفة الأساسية لهذه الألواح جميعها هي امتصاص أشعة الشمس، وتحويلها إلى تيارٍ كهربائي، وتُصنع عادةً الألواح الشمسية من أنصاف النواقل، وخاصةً من السيليكون الذي يُعتبر من أجود المواد التي يُصنع منها اللوح نظراً لخصائصه الفريدة، وتختلف أنواع الألواح، ومنها ما تُسمّى أحادية البلورة، ومنها مُتعدّدة الكريستالات، ومنها ذات الأغشية الرقيقة، ويتراوح العمر التشغيلي للوح الشمسي إلى حوالي 20 سنة.

يجب تركيب الألواح الشمسية على حوامل متينةٍ مقاومةٍ للرياح، والأمطار، والعواطف الرعدية على مدى سنوات حيث تميل هذه الألواح بزاويةٍ معينة، ويختلف توصيل الألواح فيما بينها فيما إذا كانت توصل بالتسلسل أو على التوازي، وذلك اعتماداً على متطلبات الطاقة، والمناخ، ومساحة السطح، وحساب الحمل.

تعتمد كمية الطاقة المُنتجَة من الألواح على عدة عوامل بما في ذلك نوع اللوحة، والموقع الجغرافي، والطقس، وساعات الذروة اليومية، وأيضاً يجب مراعاة الحدّ الأدنى من التظليل، وزاوية الإشعاع العمودية على اللوح الشمسي بحيث تقارب 90 درجة. ^{[1] [2]}

جهاز التحكم بالشحن

يتلخص الهدف من تركيب جهاز التحكم بالنظام الشمسي بحماية البطارية والألواح الشمسية من التلف والحفاظ عليهم، وذلك من خلال تنظيم تدفُّق الطاقة ما بين البطارية والألواح حيث يسمح بمرور الطاقة وفق اتجاهٍ واحد، ويمنع التدفُّق العكسي.

نلاحظ عمل منظم الشحن من الناحية الأولى، وهي في حال جمع الألواح الشمسية كمية زائدة من الطاقة أي أكبر من الجهد الذي يمكن للبطارية تحمُّله حيث يتحكم في تدفُّق الطاقة من الألواح إلى البطارية، وذلك من خلال قراءة هذا الجهاز لجهد البطارية المُستخدمة، ومحاولة عدم تجاوز هذا الحدّ من الجهاز بهدف الحفاظ على البطارية، وحمايتها من التلف وزيادة عمرها.

أما من الناحية الثانية، في حال الأيام الغائمة التي لا تسمح للألواح الشمسية من تجميع الطاقة، فقد تتدفَّق الطاقة المُخْتزنة في البطارية إلى الألواح مما يُسبّب ضرراً فيها، ويعود السبب في ذلك إلى أن الكهرباء دائماً تسير من الجهد العالي إلى الجهد الأقل، ولكن وجود جهاز التحكم لا يسمح بذلك، وذلك بسبب خاصية عدم التدفُّق العكسي، والسماح بمرور الطاقة باتجاهٍ واحدٍ فقط. ^[3]

العاكس أو المحول (Inverter)

يعدُّ العاكس من الأجهزة المُهمّة والرئيسية في تركيب أي نظامٍ شمسي، وكما يوحي لك اسمه، فهو يقوم بتحويل التيار الكهربائي المستمر إلى تيارٍ متناوب، وذلك لأن الألواح الشمسية تُولِّد تياراً مستمراً لا يمكن استخدامه في التطبيقات المنزلية، وهنا يقوم المحول بتحويله إلى تيارٍ متناوبٍ أو ما يُسمّى التيار المُتردّد الذي يُستخدم في الأدوات الكهربائية المنزلية.

ما هي أنواع محولات الطاقة الشمسية؟

محولات السلسلة

تقوم بتحويل التيار المستمر إلى تيارٍ متناوبٍ لمجموعةٍ من الألواح الشمسية المُتصلة مع بعضها في موقعٍ مركزي واحد، ويمكن تثبيتها في مكانٍ قريبٍ يمكن الوصول إليه بسهولة مما يُسهل من عملية صيانة هذه المحولات، وتأتي معها ضمانة تصل إلى 12 عاماً تقريباً إضافةً إلى تكلفتها القليلة نسبياً مقارنةً مع أنواعٍ أخرى.

وفي الوقت نفسه لأن هذه المحولات تتواصل مع مجموعةٍ من الألواح الشمسية سوياً، فإن خروج لوحٍ عن الإنتاج يؤدي إلى تراجع أداء مجموعة الألواح كلها إضافةً إلى مشكلة الظل، ففي حال تعرُّض الألواح للظل، فإن هذا يؤثر على المحول بسبب ضعف التيار الكهربائي المُمْتص من الألواح.

المحولات الدقيقة (Micro inverters)

تتميز المحولات الدقيقة بوجودها في كل لوحٍ على حدة، ولا يتمُّ ربط الألواح إلى موقعٍ مركزي كما في ألواح السلسلة، وهذا يؤثر إيجابياً في مشكلة التظليل، فإن تعرُّض لوحٍ إلى الظل لا يؤثر على الألواح والمحولات الأخرى، أما من ناحية التكلفة، فإن تكلفتها أعلى، وذلك بسبب تكلفة صيانتها المرتفعة، وفي الوقت ذاته فهي من الأنواع ذات الكفاءة العالية، وتكون مناسبةً وأفضل من غيرها كما يأتي معها ضماناتٌ ذات مدةٍ طويلةٍ تصل إلى 25 عاماً. ^[4]

البطارية

تعدُّ خزان الطاقة الذي يتمُّ فيه تخرين الطاقة الفائضة عن إنتاج الألواح الشمسية، حيث تمكننا من استخدام الطاقة في الليل، وفي الأيام التي تغيب الشمس فيها عن الظهور، وللبطاريات أنواع وأحجام مختلفة، ومتعددة تُمكّننا من اختيار النوع المناسب أكثر من ناحية التكلفة، والعمر، والكفاءة. هناك أربعة أنواع رئيسية للبطاريات الشمسية المنتشرة في مجال الطاقة وهي: ^[5]

1- حمض الرصاص

 تعدُّ من أقدم أنواع البطاريات الشمسية المُستخدمة، ومن أكثرها انتشاراً، وتتميز هذه البطاريات بكثافة طاقةٍ قليلة، تدوم من سنة إلى 10 سنوات، وتعدُّ خياراً مناسباً للاستخدامات المنزلية كما أنها تستخدم في السيارات والتطبيقات الصناعية.

2- الليثيوم أيون

تعدُّ من البطاريات الحديثة التي تتميز بالكفاءة العالية إضافةً إلى أنها ذات كثافة طاقةٍ عالية أي يمكن الحصول على المزيد من الطاقة المُختزنة قبل الحاجة إلى إعادة شحنها مرةً أخرى مما يجعها مناسبةً جداً في أجهزة الهواتف المحمولة والحواسيب، أضف إلى ذلك بأنها تتميز بأنها أخفُّ وزناً وأصغر حجماً، ولكن في مقابل ذلك تحتاج إلى كلفةٍ عالية، ويمكن أن تُسبّب نيراناً في حال عدم الاستخدام الصحيح، وتدوم هذه البطاريات من 7 إلى 15 عام.

3- النيكل والكاديوم

تستخدم هذه البطاريات في التطبيقات الصناعية، وشركات الطيران نظراً لمتانتها وقدرتها على تحمُّل درجات حرارةٍ عالية، وتعدُّ ضعيفة الاستخدام في التطبيقات السكنية، وهي ذات تكلفة صيانةٍ منخفضة، ومن ناحيةٍ أخرى تُعتبر خطيرةً جداً على البيئة كون الكاديوم يُعتبر عنصراً ساماً، وله تأثيرٌ سلبيٌّ على البيئة.

4- التدفُّق

تعدُّ من البطاريات المميزة التي تعمل على التفاعلات الكيميائية، ويمكن تمثيل ذلك بافتراض وجود حجرتين في البطارية يتدفق بينهما سائلٌ كيميائي، وتُعتبر من البطاريات ذات الكفاءة العالية، ولكنها ذات كثافة طاقةٍ منخفضة، وتحتاج إلى مساحاتٍ كبيرةٍ لتركيبها، لذلك فهي غير مجديةٍ في التطبيقات السكنية، بل تكون ملائمةً في التطبيقات الضخمة نظراً لكبر حجمها. ^[6]