الطاقة الشمسية

الطاقة الشمسية

أنواع الخلايا الكهرضوئي

التكاليف الوسطية للخلايا الكهرضوئية

الأنظمة الكهربائية للنظام الكهرضوئي

المحطات الكهرضوئية ذات الاستطاعة الكبرى حول العالم

 أهم الشركات العالمية المصنعة للخلايا الكهرضوئية

 أنظمة كهرضوئية مدمجة مع أبنية وانشاءات مدنية -مشاريع عالمية

1-  الطاقة الشمسية

يتم الاستفادة من الطاقة الشمسية وذلك لأغراض توليد الطاقة الكهربائية عبر طريقتين أو نظامين:

• النظام الكهرضوئي: حيث يتم عبر استخدام الخلايا الكهرضوئية PV Cells تحويل الطاقة الضوئية الشمسية بشكل مباشر إلى كهرباء عبر تعريض هذه الخلايا للطاقة الضوئية.
• نظام المركزات الشمسية: أنظمة تعمد  لاستخدام العدسات والمرايا وذلك لتركيز الأشعة الشمسية المتناثرة الحاملة للطاقة الحرارية نحو بقعة معينة …ووفقاً لآليات متعددة و متنوعة يتم تحويل هذه الحرارة المركزة إلى طاقة كهربائية وبالتالي في هذا النظام يتم الحصول على الطاقة الكهربائية بشكل غير مباشر من الطاقة الشمسية

1-1  أنواع الخلايا الكهرضوئية (الشمسية):

يوجد ثلاث أنواع رئيسية من الخلايا الكهرضوئية بحيث الاختلاف المميز لها يكون حسب البنية التشكيلية للمادة السيليكونية المشكة للخلية كما يلي:

1. مونوكريستالين  : (Mono Crystalline) تتألف من سيليكونات وحيدة البلورة
2. البولي كريستالين (Poly Crystalline) : وهي تتألف من سيليكونات متعددة البلورات
3. الرقائق السيليكونية الفلمية: تتألف من سيليكونات ليس لها تصنيف شكلي أو بنيوي محدد فهي تعرف باسم Thin Films or Amorphous Silicon

وهذه التشكيلة البنيوية للأنواع الثلاث هي المحدد الرئيسي لكفاءة النوع على تحويل الفوتونات إلى كهرباء

المونوكريستالين : معظم الخلايا الكهرضوئية المنتجة تكون ذات تشكيلة وحيدة البلورة وما يميز هذا النوع أنهصاحب الكفاءة والكلفة الأعلى من النوعين الآخرين

• البولي كريستالين: احتياج هذا النوع للسيليكون المكلف مادياً يكون أقل وبالتالي كلفته تكون أقل ,  وكفاءته أقل أيضاً لأنه يتألف من بلورات كريستالية متعددة , ولكن مصنعي هذا النوع من الخلايا يصرّحون بأن الوفر الاقتصادي الذي يحققه هذا النوع نوعاً ما يتفوق على كفاءته الأقل من النوع السابق.
• 
  
• 

• 
  
• الأفلام الكهرضوئية الرقيقة: تختلف عن النوعين السابقين بأنه ليس لها تركيبة بنيوية محددة, حيث يتم تصنيعها عبر ترسيب طبقات رقيقة جداً من السيليكون المُسال في فراغ ما مع وجود طبقة زجاجية أو بلاستيكية أو معدنية كطبقة داعمة .تكمن الفائدة الكبيرة لهذا النوع بأن كلفة الواط الكهربائي المنتجة منه هي الأرخص بين الأنواع الثلاث, ولكن كفاءتها هي الأقل بين النوعين السابقين .
• 
  

الاستطاعةالكهربائيةالمنتجةمنالمادةالكهرضوئية

1-2  تكاليف النظام الكهرضوئي

في  سوق الصناعة النفطية يتم تقدير الكلفة بحسب سعر برميل الوقود كواحدة لقياس الكلفة, أما في سوق الطاقة الكهرضوئية فإن الواحدة الرئيسية لقياس الكلفة تكون حسب ال watt peakالتي يقدمها الموديولالكهرضوئي في شروط الاختبار القاسية.

حيث يشكل سعر الموديول الكلفة الأكبر للنظام الكهرضوئي الذي يحتوي على عناصر أخرى مثل المعرجات..وملحقات أخرى حسب النظام الكهربائي للنظام الكهرضوئي, وتقدر نسبة كلفته من 40-50 % من الكلفة الكلية للنظام الكهرضوئي

وتتراوح التكاليف ما بين $4.6 لل واط في حال استخدام موديولات الأفلام الرقيقة وما بين  $6.9 لل واط الواحد في موديول  المونوكريستالين .

تكلفة الكيلو واط المركب للنظام الكهرضوئي تتراوح وسطياً ما بين $6,000 إلى .$9,000

الموقع الاالكتروني التالي يقوم بتقديم سعر الجملة العالمي ل watt peak  لأنواع مختلفة من الخلايا الكهرضوئية, والتغيرات التي تطرأ على أسعارها بشكل شهري وفقاً للعرض والطلب . تم نشر الأسعار  لشهر شباط 2011, ويمكن عبر زيارة الموقع بشكل شهري الاضطلاع على الأسعار المحدًثة

http://www.solarserver.com/service/pvx-spot-market-price-index-solar-pv-modules.html

2-  أنواع الأنظمة الكهربائية للنظام الكهرضوئي:

تتنوع الأنظمة الكهرضوئية تبعاً للنظام الكهربائي بمعنى ربطها أو عدم ربطها بالشبكة الكهربائية, حيث يوجد نظامان رئيسيان:

1. نظام منفرد غير مرتبط مع الشبكةstand alone or grid-off system
2. نظام مرتبط مع الشبكة الكهربائية Grid connected system

وأيضاً هذه الأنظمة نفسها من الممكن أن تحتوي على بطاريات لتخزين الطاقة وقت الحاجة إليها أثناء الليل, أو قد لاتحتوي وذلك يعتمد على الغرض من إقامة النظام الكهرضوئي (تغذية منزل بالكهرباء, توليد الكهرباء لتغذية مضخة المياه …….إلخ )ووفقاً لدراسة اقتصادية وإلى اعتبارات كثيرة.

2-1         الأنظمة المنفردة stand alone system :

وهي الأنظمة الغير مرتبطة مع الشبكة وهذا يعني أنها مصدر الطاقة الوحيد للحمل سواء منزل أو مضخة مياه أو أي حمل آخر.

هذه الأنظمة يمكن أن تُصَمم لتعمل مع أو بدون بطاريات مثلاً مضخات المياه يمكن أن يتم الاستفادة من النظام الكهرضوئي لتوليد الطاقة من أجل تشغيل المضخة خلال ساعات النهار ويتم تخزين المياه فيما بعد ضمن خزانات لاستهلاكها فيما بعد خلال ساعات الليل ….مشكلة عدم توافر الشمس خلال الأيام الغائمة يمكن حلها بالاستعانة  بمحرك الاحتراق الداخلي Diesel Engines  كنظام مساعدة backup system .

أما في حال استخدام هذا النظام لتزويد منزل ما بالطاقة الكهربائية فلابدّ من الاستعانة بالبطاريات من أجل تخزين الطاقة الكهربائية خلال ساعات النهار أثناء توافر ضوء الشمس لاستخدامها في الليل.

يُعتبرهذا النظام مُربح وذو كفاءة اقتصادية بالمقارنة مع البدائل الأخرى في حال تم استخدامه لتغذية مناطق بعيدة عن خطوط الشبكة العامة وبالتالي ايصال خطوط التغذية الكهربائية إليها يكون ذو كلفة عالية. مثل القرى النائية والبعيدة المتواجدة في مناطق ذات اشعاع شمسي عالي والتي لم تصلها الكهرباء إلى الآن يمكن أن نعتمد على هذا النظام لتزويدها بالكهرباء.

2-1-1  الأنظمة المنفردة الغير مرتبطة بالشبكة:

2-1-2  الأنظمة الكهرضوئية المنفردة المرتبطة مع الشبكة:

 كمثال على هذه الأنظمة حالة المنزل الذي يتواجد على سطحه ألواح كهرضوئية و يحتوي على عداد الكتروني يعمل باتجاهين.

 يتواجد مثل هذا النظام في الدول الأوروبية التي تلقي اهتماماً ووعياً حقيقياً لأهمية الثروة الشمسية التي تتمتع بها بلدانها مثل ألمانيا. هذه البلدان تقدّر أهمية المساحات المتوفرة على سطوح المنازل حيث جعلت هذه المسا حات الوافرة تتحول إلى مصدر للطاقة وعملت على توفير ما يسمى بالشبكة الذكية Smart Grid وذلك لتشجيع المواطنين على الاستفادة من أسطح منازلهم لضخ الطاقة إلى الشبكة هذا يشكل على مستوى الدولة ككل مصدر حقيقي وهام للطاقة التي هي اليوم محور صراعات البشرية.

 مبدأ العمل هو وجود العداد الالكتروني الذي يعدُّ باتجاهين :

1. في حال كان النظام الكهرضوئي يؤمن طاقة كهربائية عاليه كافية لتغطية أحمال المنزل المستهلكة , وتتجاوزها فإن هذه الطاقة الفائضة يتم تصديرها من منزل الشخص إلى الشبكة ويصبح المستهلك في هذه الحالة هو الذي يبيع الكهرباء للشبكة
2. في حال كان الطقس لا يسمح بإنتاج طاقة كهربائية من النظام الكهرضوئي المتواجد على سطح المنزل, يتم استجرارا الطاقة من الشبكة بالشكل الطبيعي, أي المستهلك يشتري الكهرباء من الشبكة
3. وجود هذا النظام يعمل على التوفير الأمثل في قيمة الفاتورة الكهربائية , حيث في نهاية الشهر يتم وبناءاً على الفرق بين ما قدمه المستهلك من طاقة للشبكة وبين ما استجره منها تحديد قيمة الفاتورة وفي بعض الحالات الجهة الكهربائية المسؤولة عن الفوترة هي التي تدفع للمستهلك في حال كان ما قدمه من طاقة عبر نظامه الكهرضوئي يفوق ما استجره من الشبكة الكهربائية.

2-2 الأنظمة المرتبطة مع الشبكة :

يوجد نوعين رئيسيين  من هذه الأنظمة:

1)      مرتبط مع الشبكة بدون وجود بطاريات للنخزين

2)      مرتبط مع الشبكة مع وجود بطاريات للتخزين كنظام مساعد Backup system

2-2-1  الأنظمة المرتبطة مع الشبكة دون وجود بطاريات للتخزين :

 هذا النظام لا يحتوي على بطاريات تعمل على تخزين الطاقة الفائضة عن حاجة المستهلك ,حيث يتم فوراً ضخ هذا الطاقة إلى الشبكة العامة عبر نظام يدعى net-metering .

التيار الناتج عن الألواح الكهرضوئية هو تيار مستمرDC  لذلك نستعين بالمعرج Converter  ليحوله إلى تيار إلى تيار متناوب قبل ضخه للشبكة, يقوم المعرج بتحويل التيار المستمر إلى المتناوب بحيث يكون له نفس تردد وتوتر الشبكة. طبعاً في حال تم إضافة البطاريات فإن ذلك سيزيد من كلفة النظام بشكل كبير.

2-2-2  نظام مرتبط مع الشبكة مع وجود بطاريات للتخزين :

3-  المحطات الكهرضوئية ذات الاستطاعة الكبرى حول العالم :

المحطةالكهرضوئيةالأكبرفيالعالمفي أونتاريو – كندا هي محطة سارنيا