المفاضلة بين أنواع الأنظمة الشمسية

طلب زبون بنى بيتاً على الطرف الخارجي للشبكة الكهربائية من فني الطاقة الشمسية تقييم أيّ المحطات الشمسية تناسبه بشكل أفضل.

34

• أناقش: كيف يمكن الاستفادة من الطاقة الشمسية لتزويد المناطق النائية بالكهرباء؟
• أناقش: هل السيارات الكهربائية يمكن أن تعمل على الطاقة الشمسية؟

1. هي عبارة عن الأنظمة الشمسية التي تُربَط مع شبكة الكهرباء العامّة؛ إذ إنّها لا تحتاج إلى وسيلة تخزين للطاقة الكهربائية (بطاريات)؛ أي عند زيادة كمية إنتاج الطاقة الكهربائية من النظام الشمسي عن الكمية المطلوبة للأحمال، كما في فصل الصيف، إذ تُضَخّ الطاقة الفائضة في شبكة الكهرباء المحلية، الشكل (1).
2. وفي حالة عجز النظام الشمسي عن تغطية كامل الحمل المطلوب كما هو في فصل الشتاء، تُستهلَك الكمية المطلوبة من الشبكة المحلية والنظام الشمسي.

وتُعَدّ الأنظمة الشمسية المرتبطة مع شبكة التوزيع الكهربائية هي الأنظمة الأكثر استخداماً والأوسع انتشاراً في المناطق القريبة على شبكة الكهرباء، كما أنّها تتميّز عن الأنظمة المعزولة في سهولة إنشائها، وقلّة مكونات النظام، بالإضافة إلى انخفاض تكلفة إنشائها مقارنة بالأنظمة المنفصلة عن الشبكة، ويبيّن الشكل الآتي المكونات الأساسية لنظام توليد الكهرباء بالطاقة الشمسية المرتبط بالشبكة، وهي: 36

يتكوّن النظام المرتبط بالشبكة من العناصر الآتية:

1. الألواح الشمسية: تعمل على توليد الطاقة اللازمة وَفق إجمالي قدرة الألواح الشمسية.
2. الإنفيرتر الكهربائي: يُستخدَم لتحويل الجهد المستمر (DC) الخارج من الألواح الشمسية إلى جهد متناوب (AC).
3. عدّاد طاقة الكهربائية يُركّب وَفق نظام الاحتساب مع شبكة الكهرباء.
4. الحامل المعدني، والتوصيلات، والحمايات، وكوابل التوصيل، ونظام التأريض.

• لها عائد جيّد على الاستثمار، حيث يتمّ التعاقد مع صاحب المحطة على شراء الطاقة التي تولّدها الألواح لمدد طويلة تصل إلى 20 عاماً، ذلك على عكس أيّ مشروع استثماري آخر يخضع تسويقه لتقلّبات السوق.
• لا يوجد بطاريات ذات العمر الافتراضي القليل نسبياً، وهذا يقلّل من تكاليف المحطّة والمصاريف التشغيلية بالمقارنة مع المحطات المنفصلة عن الشبكة أو الهجينة.

• يُفصَل الإنفيرتر المربوط بالشبكة تلقائياً عند انقطاع التيار، ويولّد هذا النظام الطاقة فقط عند توفّر تيار الشبكة، وفي حالة انقطاعه يصبح النظام متوقفاً ولا يوفّر أيّ مصدر احتياطي للطاقة.
• تقلّ إنتاجية الألواح مع مرور الوقت بنسبة محدّدة في العام تقدر بِ 0.8%، وهذا يقلّل عوائد المحطة مع مرور الوقت.
• التطوّر السريع في تكنولوجيا الخلايا تضع المستثمر الحالي في وضع منافسة ضعيف مع المستثمر المستقبلي بعد سنوات معدودة، إلا إذا تغيرت القوانين المعمول بها.

هي محطات شمسية منفصلة عن شبكة الكهرباء، وهي محطات مستقلة ومكتفية ذاتياً اكتفاء كاملاً، وتغطّي 100% من احتياجات الطاقة طوال اليوم، ويُستخدَم هذا النوع من محطات الطاقة الشمسية في المناطق البعيدة عن شبكة الكهرباء الحكومية، وفي التطبيقات التي تعتمد على المولدات الكهربية التي تعمل بالديزل، وكنتيجة لارتفاع سعر الديزل وعملية نقله لمكان المولد، بالإضافة إلى سعر المولد نفسه، والصيانات المستمرة، والأعطال التي تتعرّض لها المولدات، فإنّ المحطات المنفصلة عن الشبكة تُعَدّ حلّاً اقتصادياً للتغلب على مشاكل مولدات الكهرباء التي تعمل بالديزل، والشكل (2) الآتي يوضّح مخطط مكونات النظام المنفصل عن الشبكة: 37

1. الألواح الشمسية.
2. منظّم الشحن.
3. البطاريات.
4. الإنفيرتر.
5. القواطع الكهربائية، والهيكل المعدني، وكوابل التيار المستمر والمتردد، والتأريض (Grounding).

• يقدم الحل للمناطق التي لا تصلها خدمات الشبكة الكهربائية.
• أقل تكلفة مادية بالمقارنة مع تشغيل مولدات الديزل أو البنزين.
• يحقق الاكتفاء الذاتي والاستقلالية في مجال الطاقة.

• التكلفة العالية مقارنة مع النظام الشمسي المتصل بالشبكة، حيث يحتاج لبطاريات.
• يحتوي على مكونات أكثر مثل منظّم الشحن.
• يحتاج لمهارة عالية في التصميم، والتنفيذ، والصيانة.

  38 نشاط عملي: تنتشر في فلسطين كشّافات تعمل بالطاقة الشمسية مثل الشكل الآتي، أحضر أحدها، وأفكّكه، وأعرف مدى تشابهه بأنظمة الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة.

1. ما الأنظمة الشمسية المرتبطة بالشبكة؟
2. أوضّح من خلال الرسم أجزاء النظام الشمسي المنفصل عن الشبكة.
3. متى نلجأ إلى استخدام الأنظمة الشمسية المنفصلة عن الشبكة؟
4. أوضّح ميزات الأنظمة الشمسية المتصلة بالشبكة.

   39

1. أيّ المكونات الآتية لنظام شمسي غير مرتبط مع شبكة الكهرباء المحلية؟

• أ. الألواح الشمسية.
• ب. الإنفيرتر.
• ج. منظّم الشحن.
• د. الأسلاك.

2. في المدن التي تقع في النصف الشمالي من الكرة الأرضية مثل فلسطين، إلى أيّ جهة توجّه الألواح؟

• أ. الشمال.
• ب. الجنوب.
• ج. الشرق.
• د. الغرب.

3. ما العلاقة بين التيار الناتج من اللّوح الشمسي وشدة الإشعاع الواصل إلى سطح الخلية؟

• أ. عكسية.
• ب. غير خطية.
• ج. طردية.
• د. لوغريتمية.

السؤال الرابع: لوح شمسي قدرته الاسمية (575wp)، إذا علمت أنّ أبعاده هي (طول = 2.41م عرض = 1.13م)، وكمية الإشعاع الشمسي الذي قيسَ على سطحه هي (1000 واط / متر مربّع)، أحسب كفاءته ($\eta$).

السؤال الخامس: أقارن -على شكل جدول- ميزة ومأخذاً واحداً بين الأنظمة الشمسية المتصلة والمنفصلة عن الشبكة: