Author: Author

يتم ربط العواكس الشمسية المايكروية بكل لوح من الواح الطاقة الشمسية بشكل منفصل، وتعمل على تحويل التيار الكهربائي المستمر (DC) الخارج من كل لوح طاقة شمسي الى تيار كهربائي متناوب (AC), والذي يتم بعدها استخدامه في المبنى او يتم تصديره لتغذية الشبكة الكهربائية.

تكون العواكس الشمسية المايكروية متصلة بكل لوح طاقة شمسية على حده.

يمكن استخدام العواكس الشمسية المايكروية في المنظومات السكنية المتصلة بالشبكة الكهربائية و الابنية التجارية والتعليمية. ان الميزة الرئيسية التي يتحلى بها هذا النوع من العواكس هو انه عند حدوث أي مشكله في احد الواح الطاقة الشمسية او توقفه عن العمل فان المنظومة الشمسية لا تتاثر بأكملها. وكذلك تمتاز هذه العواكس بسهولة تركيبها. ولكن, عند الحاجة لاستبدال أي قطعة من هذا العاكس يكون الوصول اليها صعب مقارنة بغيرها من العواكس.

معدل قدرة هذا النوع من العواكس يتراوح من مائة الى بعض المئات من الواط.

عواكس الطاقة الشمسية السلسلية تتصل بكل واحدة من مصفوفات الواح الطاقة الشمسية. وتم تسميتهم “بالعواكس السلسلية” وذلك لانها تتصل ب” سلسلة” من الواح الطاقة الشمسية المربوطة على التوالي. يمكن لبعض هذه العواكس الاتصال بسلاسل عدة من الالواح وتسمى بالعواكس متعددة السلاسل. و هدف هذه العواكس هو اتحويل التيار الكهربائي المستمر (DC) من الواح الطاقة الشمسية الى تيار اكهربائي متناوب (AC)

عاكس شمسي متصل ب “سلسلة” من الواح الطاقة الشمسية

تحتوي المنظومات الشمسية الضخمة على عدة عواكس من هذا النوع. والبعض منها يولد طاقة كهربائية ثلاثية الاطوار.

منظومة طاقة شمسية ضخمة تحتوي على عدة عواكس “سلسلية”.

يتم استخدام هذه العواكس الشمسية في المنظومات المنزلية المتزامنة مع الشبكة الكهربائية, في الابنية الضخمة غير السكنية والتجارية, وفي المظومات الصغيرة المنفصلة عن الشبكة الكهربائية. ويمكن ايضا استخدامها في محطات الطاقة الشمسية الضخمة.

معدل قدرة هذه العواكس الشمسية “السلسلية” يتراوح من 1 كيلوواط الى اكثر من 50 كيلوواط للعواكس متعددة السلاسل، فضلا عن وجود عواكس اكبر حجما في الأسواق.

في جميع منظومات الطاقة الشمسية المتزامنة مع الشبكة الكهربائية On – grid يتم ربط مصفوفة الالواح الشمسية بالعاكس الشمسي والذي بدوره يقوم بتحويل التيار المستمر (DC) القادم من مصفوفة الالواح الى كهرباء على شكل تيار متناوب (AC).

تقوم عواكس الطاقة الشمسية بتحويل التيار المستمر القادم من الواح الطاقة الشمسية الى التيار المتناوب, والذي يتم استهلاكه في المبنى مباشرة او يتم تصديره لتغذية الشبكة الكهربائية الوطنية.

معدل القدرة (W) في العاكس يجب ان يكون يتلائم مع اعلى مقدارللطاقة (Wp) ممكن الحصول عليه من مصفوفة الالواح الشمسية المربوطة به ، ولكن هناك معايير أخرى يجب ايضا ان يتم اخذها بالاعتبار.

اذا كانت الشبكة مطفاة (فترة انقطاع او غير متوفرة), فأن العاكس الشمسي سيتوقف عن انتاج الطاقة الكهربائية وذلك لأسباب تتعلق بالسلامة. وعندما تعود الشبكة للعمل (متوفرة مرة اخرى) ستعاود المنظومة العمل مرة أخرى بطريقة اوتوماتيكية و تقوم بإنتاج الطاقة الكهربائية (اثناء النهار)

يكون العاكس متصل عادة بعدّاد لتسجيل كمية الطاقة التي يتم تغذيتها الى الشبكة . تكون كفاءة عواكس الطاقة الشمسية مرتفعة جدا بحيث تصل كفاءتها الى نسبة اعلى من 90%.

هنالك فئتان اساسيتان من عواكس الطاقة الشمسية:

• ⦁ العواكس السلسليّة, وهي عواكس تتصل بصف واحد من مصفوفات الواح الطاقة الشمسية, يتم استخدام هذه العواكس عادة في المنظومات الشمسية الأكبر حجما.
• ⦁ العواكس المركزية, وهي عواكس متصلة بأكثر من صف واحد من مصفوفات الواح الطاقة الشمسية, تستخدم هذه العواكس في محطات الطاقة الشمسية الضخمة.

بما ان عواكس الطاقة الشمسية تحتوي على مجموعة من الالكترونيات فانها قد تكون معرضة للفشل

هنالك نوعان من الكهرباء:

• التيار المتناوب (ِAC) :هو نوع من أنواع الكهرباء يتغير فيها اتجاه التيار الكهربائي 50 او 60 مرة في الثانية. يمكن الحصول على التيار المتناوب عن طريق شبكة الكهرباء الوطنية, مولدات الديزل الكهربائية والعواكس الشمسية
• كهرباء التيار المستمر (DC)، حيث لا يتغير اتجاه التيار الكهربائي. يمكن الحصول على التيار المستمر من البطاريات و الواح الطاقة الشمسية الكهروضوئية.

تقوم العواكس بتحويل الكهرباء من التيار المستمر (DC) الى التيار المتناوب (AC).

حيث تحتوي اغلب الانظمة الطاقة الشمسية الكهربائية على عواكس, بهدف تحويل تيار الكهرباء المستمر (DC) من الواح الطاقة الكهروضوئية او البطاريات الى التيار المتناوب (AC).

الرمز الكهربائي للعاكس الشمسي ، ويرمز الرمز(AC) للتيار المتناوب (اعلى اليسار) ; ويرمز الرمز (DC) للتيار المستمر (أسفل اليمين)

هنالك العديد من انواع العواكس المستخدمة في منظومات الطاقة الشمسية. عادة يتم استخدام اكثر من عاكس في المنظومات كبيرة الحجم، وفي بعض الحالات توضع نوعيات مختلفة من العواكس في منظومة واحدة. تعتمد أنواع العواكس بشكل رئيسي على ما اذا كانت المنظومة متصلة بالشبكة الكهربائية او غير متصلة بها. العواكس الحديثة ذات الجودة العالية تتحلى بمتوسط كفاءة يزيد عن 90%

وجود الظل على سطح لوح الطاقة الشمسية الكهروضوئية يمكنه ان يقلل من قدرتها الانتاجية بشكل ملحوظ، ويكون التاثير ملحوظا بصورة اكبر في حالة الواح سيليكون الكرستالين، وهو أكثر الانواع الالواح شيوعا.

تكون الخلايا داخل لوح الطاقة الشمسية الكهروضوئية مربوطة على التوالي، لذلك فأن حجب الظل عن أحد الخلايا يشبه اغلاق مسار جدول من المياه الجارية، لذلك من الممكن ان تقل الطاقة المنتجة بنسبة 80% او أكثر.

تظليل مصفوفة من الواح الطاقة الشمسية الكهروضوئية يمكنه ان يؤثر بنفس الطريقة أعلاه، حيث ان التيار الكهربائي الخارج من اللوح المظلل سوف يكون هو نفسه للمصفوفة كلها.

مثال على مصفوفة من الالواح الشمسية الكهروضوئية المظللة. المصدر: solid gGmbH, المانيا

يجب تجنب تظليل مصفوفة الالواح الشمسية٫ وهذا يمكن السيطرة عليه في حالة المنظومات ذات الالواح القليلة٫ اما بالنسبة للمنظومات ذات المصفوفات الضخمة يجب اجراء تحليل مفصل للظلال في مكان الانشاء خصوصا عند وجود بنايات او أشجار كبيرة قريبة. وهنالك ادوات خاصة يمكن استخدامها لاجراء عملية تحليل للظلال بدقة واحترافية.

يوجد دايودات في الواح الطاقة الشمسية والتي تقوم بتقليل مقدار التأثير الناتج عن الظل، ولكن بالرغم من ذلك فان الطاقة الكهربائية المنتجة ستكون اقل.

الانواع الرئيسية لتكنولوجيا الواح الطاقة الكهروضوئية, 95% تقريبا من السوق العالمي يتكون من :

• الواح سيليكون المونوكرستالين
• الواح سيليكون البوليكريستالين

الواح سيليكون البوليكرستالين تكون ذات كفاءة اقل نوعا ما من الواح السليكون المونوكرستالين. وهذا يعني ان الواح سيليكون البوليكرستالين تحتاج مساحة سطحية اكبر من سطح البناية او تحتاج اساسات بناء اكبر من الواح سيليكون المونوكريستالين حتى تنتج نفس الكمية من الطاقة الكهربائية.

يتم تصنيع كلتا النوعيتين حسب معايير عالمية عالية و كلتاهما مناسبتان لاغلب التطبيقات. اغلب الضمانات تنص ان بعد 20/25 سنة من الاستخدام سوف تقوم الالواح بانتاج 80% من الطاقة التي كانت تستطيع انتاجها في البداية

مقارنة تقريبية لكفاءة انواع مختلفة من سيليكون الكريستالين الموجود في الواح الطاقة الكهروضوئية، والمساحة السطحية المطلوبة لمصفوفة الواح شمسية 1kWp. كلما قلت الكفاءة كلما زادت مساحة الاواح المطلوبة للحصول على نفس الإخراج. تتحلى الواح البوليكريستالين من نوع (EFG) بكفاءة اعلى من الواح البوليكريسالين.

الالواح الشمسية من نوع بيرك “PERC” (تخميل الباعث والاتصال الخلفي) هي انوع ذات مستوى كفاءة اعلى مقارنتا بالواح الطاقة الكهروضوئية من نوعية سيليكون الكريستالين. الأنواع الأخرى من الاواح الشمسية تكون اقل كفاءة من الواح سيليكون الكريستالين, ولهذا تحتاج مساحة تركيب اكبر. وهذه الأنواع تتضمن السيليكون الغير متبلور (a-Si), الكاديوم تيلورايد (Cdte) و سيلينيد نحاس انديوم غاليوم (CIGS). قد تكون الأسعار ارخص; ولكن, بسبب طريقة التركيب المميزة و احتياجات إعادة تدويرهم, يمكن ايجادهم بشكل عام في المنظومات العملاقة المتصلة بالشبكة الكهربائية

يتكون لوح الطاقة الشمسية الكهروضوئية من مجموعة من الخلايا مربوطة على التوالي و/او على التوازي للوصول الى القدرة الكهربائية المطلوبة. ترتبط مجموعة الالواح الشمسية الكهروضوئية لتشكل المصفوفات…

تتكون الالواح الشمسية بدورها من مجموعة من الخلايا الشمسية المربوطة كهربائيا مع بعضها.

يتم كبس هذه الخلايا بين طبقتين من مادة تغليف شفافه ورقيقة ، يتم وضع هذه المادة فوق صفيحة عاكس للضوء تصنع عادة من مادة بوليفينيل و يتم غلقها باحكام باستخدام غطاء زجاجي داخل اطار من الالمنيوم. تعمل هذه الطبقات العازلة على حماية الخلية الشمسية من البيئة المحيطة و للتاكد من عدم نفاذ الرطوبة الى اللوح, والذي يعد احد اكثر الاسباب شيوعا والتي تتسبب التراجع في مستوى أداء اللوح الشمسي. اما التوصيلات الكهربائية فموجودة خلف اللوح الشمسي في المنطقة التي يتم فيها ربط الاسلاك.

عندما يتعرض سطح الخلية الشمسية لأشعة الشمس، تسقط الفوتونات الضوئية على الخلية الشمسية حيث يتم امتصاصها فتنتقل الطاقة الصادرة من هذه الفوتونات الى الالكترونات في داخل الخلية مما يتسبب بحركتها. عندما تبدأ هذه الإلكترونات في الحركة داخل السلك المعدني يتم توليد الطاقة الكهربائية (التيار المستمر).

هناك تطبيق رئيسي للمنظومات الكهروضوئية غير المتصلة بالشبكة الصغيرة وهو إمداد الطاقة للمعدات الخارجية، وكذلك للمناطق الحضرية، مثل:

• إنارة اللوحات
• عدادات مواقف السيارات
• أضواء مرأب الحافلة
• إنارة المساحات الخارجية
• معدات المراقبة البيئية (جودة الهواء، وتدفقات الحركة، إلخ)
• المعدات الأخرى منخفضة الاستهلاك للطاقة نسبيًا البعيدة عن شبكة الكهرباء

إن تركيب هذه المنظومات منخفضة الطاقة قد يكون أقل تكلفة من ربطها بالشبكة، حيث إن الربط بالشبكة قد يتطلب الحفر عبر الطرق ومد الكابلات تحت الأرض. وتباع هذه المنظومات عادةً كمجموعات وتعتبر سهلة التركيب نسبيًا. كما تتكون معظم المنظومات غير المتصلة بالشبكة من هذا النوع من وحدة (وحدات) كهروضوئية، ووحدة التحكم بالشحن، وبطارية.

عداد موقف سيارات يعمل بالطاقة الشمسية.

في المنظومات التي توفر الإنارة الخارجية، تكون المصابيح عادةً من نوع LED، حيث تستهلك طاقة قليلة وتتميز بعمر افتراضي طويل. ومن الناحية المثالية، يجب أن تكون البطارية بداخل حاوية تحت الأرض للمحافظة عليها من الحرارة الزائدة. إذا ارتفعت حرارة البطاريات، يقل عمرها التشغيلي بشكل ملحوظ. ومع ذلك، للحماية من خطر السرقة والفيضان، فإن معظم المنظومات بها حاوية بطارية في الجزء العلوي أسفل الوحدة الكهروضوئية. ويجب أن تكون البطارية أيضًا مناسبة لدرجات الحرارة التي تتعرض لها.

لوحة طريق تعمل بالطاقة الشمسية

إنارة المساحة الخارجية.

تتكون معظم المنظومات غير المتصلة بالشبكة من هذا النوع من وحدة (وحدات) كهروضوئية، ووحدة التحكم بالشحن، وبطارية والحمل.

وتتطلب كل هذه المنظومات خطة صيانة لتضمن عمرًا تشغيليًا طويلًا. وتتمثل مهمة الصيانة الأساسية في تغيير البطارية بشكل دوري. كما أن الغبار على الوحدات الكهروضوئية قد يمثل أيضًا مشكلة في بعض المناطق.

يمكن أيضًا استخدام منظومة الطاقة الشمسية غير المتصلة بالشبكة لتوفير مياه الشرب بواسطة:

• تنقية المياه
• تحلية المياه

تتوافر مجموعة كبيرة جدًا من المنتجات ذات الأحجام المختلفة. وتوفر العديد من الشركات حلولًا مصممة حسب الطلب لتنقية المياه وتحليتها، وخاصة للتطبيقات الأصغر.

منظومة تنقية المياه بالأشعة فوق البنفسجية تعمل بالطاقة الكهروضوئية حيث تمر المياه عبر أنبوب معرض للأشعة فوق البنفسجية. وتوفر الوحدات الكهروضوئية الطاقة للمضخة ومولد الأشعة فوق البنفسجية. وقد يكون ذلك نظامًا قائمًا بذاته أو مدمجًا في منظومة كهروضوئية أكبر.

محطة تحلية تعمل بالطاقة الكهروضوئية تستخدم أغشية شبه نفاذة للتناضح العكسي (RO) لتنقية المياه المالحة. توفر الوحدات الكهروضوئية الطاقة للمضخة. وهناك طريقة أخرى مشابهة وهي التقطير الغشائي (MD).

كما يمكن ضمان جودة المياه بواسطة أنظمة مراقبة تعمل بالطاقة الكهروضوئية. وتتطلب عمومًا طاقة قليلة جدًا وهي مثالية للمواقع البعيدة عن الشبكة الكهربائية.

كما تتوافر بدائل الأنظمة الشمسية الحرارية لتنقية المياه وتحليتها. وتستخدم الحرارة من الشمس كمصدر للطاقة.

تستخدم أنظمة الضخ الشمسية التي تقوم بضخ المياه من الأنهار، والبحيرات، والخزانات (ولكن أيضًا من بعض الآبار) مضخات سطحية تطفو على سطح المياه أو تغطس تحته بقليل. ويتم تخزين المياه داخل خزان أو يمكن استخدامها مباشرة.

تستخدم أنواع الأنظمة هذه لتوفير المياه للماشية أو الري. وتعتبر عالية الكفاءة وقوية ومتينة، وتتطلب صيانة قليلة جدًا وسهلة الصيانة. تتوافر الأنظمة بأحجام مختلفة. ومع ذلك، قد تتعرض المضخات للتلف بفعل البيئة (الفيضانات، والتجمد، إلخ)، والسرقة والتخريب.

ويجب أن تكون أنظمة الري للمضخات الشمسية عالية الكفاءة ولا تتسبب في فقد المياه. وغالبًا ما يستخدم الري بالتنقيط، الذي يغذي المحاصيل بالمياه بشكل مباشر وفعال. وتعد هذه مشكلة يجب مراعاتها عند استبدال نظام ضخ المياه بالديزل بنظام ضخ المياه الشمسي.

نظام ضخ المياه الشمسي بمضخة تطفو على سطح المياه أو تحته بقليل.