ما هي الطاقة الشمسية؟
الطاقة الشمسية طاقة نظيفة تُستمد من إشعاع الشمس ويمكن استخدامها لتوليد الكهرباء أو الحرارة.
على سبيل المثال، الألواح الشمسية تحوّل ضوء الشمس إلى كهرباء و سخانات المياه الشمسية تُستخدم لتسخين الماء.
لماذا نحتاج إلى الألواح الشمسية؟
نظراً لأوضاع الطاقة الحالية في إيران، أصبح امتلاك مصدر بديل وموثوق أمراً بالغ الأهمية. في الماضي كان معظم الناس يعتمدون على مولد كهربائي، أما اليوم فإن الألواح الشمسية أصبحت من أفضل الخيارات.
لا يحتاج هذا النظام إلى وقود، وتكلفة صيانته منخفضة، ويتطلب إصلاحات قليلة، والأهم من ذلك كله، يعمل بدون ضجيج.
مزايا تركيب الألواح الشمسية للمنزل أو مكان العمل
اليوم يمكن استخدام الألواح الشمسية في كثير من الاستخدامات المنزلية والتجارية. في الماضي كانت هناك قيود في الأنظمة الشمسية تجعلها غير مناسبة لجميع التطبيقات، أما الآن فقد عولج جزء كبير من هذه المشكلات وتحولت هذه التقنية إلى خيار عملي وموثوق.
هل مكان سكنك أو عملك مناسب لتركيب الألواح الشمسية؟
الشروط اللازمة للتركيب
لكي يحقق اللوح الشمسي أفضل أداء، يجب أن يتعرض مباشرة لضوء الشمس وألّا يقع قدر الإمكان أي ظل عليه.
أي يجب ألّا يقع على الألواح طوال النهار ظل شجرة أو جدار أو مدخنة أو أي عائق آخر.
تعتمد المساحة المطلوبة أيضاً على عدد الألواح. وفي المتوسط، يمكن أن يُخصَّص لكل لوح نحو 2.5 متر مربع من المساحة.
يمكن تركيب الألواح سواء على سقف مائل أو على سطح مستوٍ. ونظراً إلى الموقع الجغرافي لإيران، فإن أفضل اتجاه للتركيب عادةً هو نحو الجنوب.
المتطلبات المهمة لتركيب الألواح الشمسية
- يجب أن يُثبَّت اللوح على هيكل مخصص للطاقة الشمسية.
- يجب أن يكون الهيكل قادراً على تحمل وزن الألواح.
- الزاوية المناسبة للوح نسبة إلى الأفق عادةً بين 30 إلى 35 درجة.
- يُفضَّل أن يكون الجزء الأدنى من اللوح على ارتفاع لا يقل عن متر واحد عن سطح الأرض.
- يجب أن يكون موقع التركيب متيناً وآمناً وموثوقاً.
- يجب أن يكون سطح اللوح موجهاً نحو الجنوب.
الإشعاع الشمسي وقدرة التوليد في إيران
تتمتع إيران بظروف ممتازة جداً من حيث الإشعاع الشمسي، ويمكن الاستفادة الفعلية من الطاقة الشمسية في جميع مناطق البلاد تقريباً.
حتى بعض المناطق الشمالية من إيران، رغم إشعاعها الأقل مقارنة ببقية أنحاء البلاد، لا تزال تتفوق على بعض المدن الأوروبية مثل ميونخ، ألمانيا في تلقي قدر أكبر من أشعة الشمس.
في المتوسط، يُفترض في إيران نحو 5.5 ساعات إشعاع مفيد يومياً. بالطبع هذا الرقم ليس ثابتاً؛ ففي الصيف قد يصل إلى 9 ساعات وفي الشتاء قد ينخفض إلى نحو 3 ساعات.
العوائق المحتملة في تركيب الألواح الشمسية
عند اختيار موقع التركيب، يجب فحص جميع العوائق المحتملة بدقة.
على سبيل المثال، إذا كانت هناك شجرة قرب موقع التركيب، فعليكم التأكد من ألا يُلقي أي غصن منها ظلاً على اللوح في أي ساعة من النهار. وجود الظل لا يُعطّل اللوح بالكامل، لكنه يخفض كفاءة توليد الكهرباء.
نقطة مهمة أخرى هي ضرورة مراعاة احتمال البناء في المباني المجاورة؛ إذ قد تُلقي مستقبلاً بظلالها على الألواح.
المكونات الرئيسية للنظام الشمسي
1) الألواح الشمسية
يُصنع اللوح الشمسي من خلايا سيليكونية، ويُغطّى بطبقة زجاجية مقاومة لحماية الأجزاء الداخلية.
كما يحيط باللوح عادةً إطار من الألومنيوم يحافظ على متانته طوال سنوات التشغيل.
2) القواعد والإطار وهيكل التركيب
يتولى الهيكل الشمسي مهمة حمل الألواح ويجب أن يقاوم الرياح والمطر والثلج والتآكل.
تؤدي جودة هذا الجزء دوراً بالغ الأهمية في متانة النظام بأكمله وأدائه السليم.
يمكن للهياكل أن تكون بشكل دقّ الركائز أو قاعدة خرسانية تُركَّب على الأرض. وعلى الأسطح المائلة أيضاً تُستخدم عادةً أنظمة السكك.
3) العاكس (إنفرتر) أو المحوّل
العاكس الشمسي جهاز يدير الكهرباء المولَّدة من الألواح الشمسية ويصححها ويجهزها للاستخدام أو التخزين في البطارية.
يُعد هذا الجزء أحد المكونات المهمة في النظام الشمسي.
4) الكابلات والوصلات
تُختار الكابلات الشمسية والموصلات والمشابك ولوحة الكهرباء والمعدات الملحقة الأخرى بحسب نوع النظام وموقع التركيب.
لجودة هذه المعدات تأثير كبير في السلامة وتقليل فقد الطاقة.
5) البطارية
إذا كان نظامكم من نوع تخزين الطاقة، فإن البطارية تتولى حفظ الكهرباء المولَّدة.
حالياً يُستخدم نوعان من البطاريات أكثر من غيرهما:
- بطارية رصاص حمضية مغلقة (SLA): عمرها أقصر، وتدوم عادةً نحو 3 إلى 4 سنوات.
- بطارية ليثيوم: خيار أحدث وأكثر استخداماً، ويبلغ عمرها عادةً 16 سنة على الأقل.
بالطبع يعتمد اختيار نوع البطارية على ظروف المشروع وتصميم النظام.
طريقة توصيل مكونات النظام الشمسي
لتركيب النظام الشمسي، يكتسب ترتيب توصيل المعدات أهمية كبيرة. وعادةً ما يسير العمل على النحو التالي:
- أولاً، البطاريات بحسب ترتيب على التوالي أو التوازي تُوصل ببعضها.
- ثم يُنشأ الاتصال بين البطارية والعاكس الشمسي.
- إذا كانت البطارية من النوع الليثيومي، فإن النظام BMS يُفعَّل أيضاً لإدارة أفضل للبطارية.
- في المرحلة التالية، تُوصل الألواح ببعضها وفق التوزيع المحدد، ثم تُوصل في النهاية بالعاكس الشمسي.
- وفي النهاية تُركَّب لوحة الكهرباء للدخل والخرج في النظام.
تصميم النظام وتحديد سعته
حساب استهلاك الكهرباء
للتصميم الصحيح لنظام شمسي، يجب أولاً تحديد جميع الأجهزة الكهربائية وعدد ساعات استخدام كل منها.
إذا كانت لديكم فاتورة كهرباء، فيمكنكم استخدام بياناتها لتقدير الاستهلاك بدقة أكبر.
وإلا، فيجب إعداد قائمة بالأجهزة الكهربائية ومدة استخدامها اليومي.
تحديد القدرة المطلوبة
بعد تحديد قدرة كل جهاز ومدة استخدامه، يجب حساب إجمالي الطاقة المستهلكة.
لهذا الغرض، نضرب قدرة كل جهاز في مدة استخدامه، ثم نحصل في النهاية على مجموعها جميعاً.
اختيار عدد الألواح وتوزيع التوصيل على التوالي/التوازي
يُحدد عدد الألواح المطلوبة بناءً على مقدار استهلاك الكهرباء وساعات الإشعاع الفعّال.
لكن التحديد الدقيق للتوزيع على التوالي أو التوازي أمر تخصصي تماماً ويجب أن تُراعى فيه عوامل مثل:
- نوع الاستهلاك
- سعة البطارية
- عدد البطاريات
- الحد الأدنى من الشحن المطلوب
- ظروف موقع التركيب
- المعلومات الفنية للمعدات
يُنفَّذ. لذلك من الأفضل أن يتم هذا الجزء تحت إشراف مختص.
فقد الطاقة في النظام
في الأنظمة الشمسية، عوامل مثل الحرارة وجودة الكابلات والظل قد تسبب انخفاض الكفاءة.
خلافاً لما يتصوره كثيرون، الحرارة الشديدة ليست دائماً في صالح النظام، وقد تؤدي إلى انخفاض الكفاءة.
ولهذا يلزم ألا تتعرض الكابلات قدر الإمكان لضوء الشمس المباشر.
للتقدير الأولي للسعة، استخدموا حاسبة محطة الطاقة الشمسية. ولدراسة ظروف موقع التركيب والتصميم التفصيلي، راجعوا خدمات هندسة الطاقة والطاقة الشمسية.
التراخيص واللوائح المتعلقة بالتركيب
الاستخدام الشخصي
إذا كان هدفكم استخدام الكهرباء الشمسية للاستهلاك الشخصي، فلا تحتاجون عادةً إلى ترخيص خاص.
بيع الكهرباء للشبكة
إذا أردتم بيع الكهرباء المولَّدة إلى شركة الكهرباء، فعليكم الحصول على ترخيص من قسم الطاقات المتجددة في شركة توزيع الكهرباء.
بعد تركيب النظام تُجرى معاينة نهائية أيضاً، وعند الموافقة يصبح الربط بالشبكة ممكناً.
تجهيز موقع التركيب
تنظيف الموقع
يجب أن يكون السطح الذي سيُركَّب عليه اللوح لمدة طويلة خالياً من أي أدوات زائدة وغبار وتلوث.
تقوية الهيكل
عند الحاجة، يجب تقوية موقع التركيب ليتحمل وزن الهيكل والألواح جيداً.
تختلف طريقة تركيب الهيكل بحسب نوع السطح؛ فعلى الأرض مثلاً تُستخدم قواعد خرسانية أو مدقوقة، وعلى الأسطح المائلة تُستخدم هياكل بسكك.
الفحص والاختبار والتشغيل
الفحص النهائي للوصلات
قبل التشغيل، يجب فحص جميع التوصيلات بشكل كامل:
- يجب ألّا تتدلى الكابلات خلف اللوح.
- يجب أن تكون وصلات القضبان (Busbar) محكمة.
- يجب أن تكون وصلات البطاريات والعاكس محكمة دون ارتخاء.
- لتوصيل الألواح، يجب حتماً استخدام موصّل مناسب.
اختبار الجهد والتيار
قبل توصيل أي لوح بالمعدات الأخرى، يجب قياس جهد الدارة المفتوحة له ومقارنته بالقيمة المدوَّنة في ورقة البيانات (datasheet).
في الظروف المناسبة وخصوصاً قرب الظهيرة، يجب أن يكون هذا الرقم قريباً من القيمة المعلنة.
يجب إجراء الفحص نفسه للبطاريات أيضاً بشكل منفصل.
فحص الأداء الدوري
يتمتع اللوح الشمسي عادةً بعمر طويل، ويمكنه أن يعمل لأكثر من 40 سنة.
كما أنها غالباً ما تتمتع بضمان أداء من حيث الكفاءة لمدة تصل إلى نحو 25 سنة.
من الأفضل فحص جهد الدائرة المفتوحة وجهد التشغيل لها مرة كل سنة للتأكد من سلامة أدائها.
مراقبة النظام
في الأنظمة الشمسية يمكن التحقق من حالة الأداء بطرق مختلفة:
- عبر شاشة العرض على العاكس (الإنفرتر)
- عبر التطبيق المخصص على الهاتف أو الحاسوب المحمول
نقاط السلامة والتحذيرات
خطر العمل على ارتفاع
نظراً لأن الألواح الشمسية تُركَّب غالباً على الأسطح، يُعد العمل على ارتفاع من أهم أجزاء تنفيذ المشروع.
أثناء التركيب يجب حماية أرواح الأفراد، وكذلك منع سقوط الألواح أو تضررها.
إذا سقط اللوح من ارتفاع، فعادةً ما يتضرر زجاجه الأمامي. قد يستمر مثل هذا اللوح في العمل، لكن كفاءته ستنخفض.
العوامل التي تسبب كسر الألواح
- السقوط من ارتفاع
- ضربة شديدة بجسم ثقيل أو حاد
- التغير المفاجئ في درجة الحرارة، مثل ملامسة ماء شديد السخونة أو شديد البرودة لسطح اللوح
السلامة في العمل مع الكهرباء
كلما أردتم فحص جزء من النظام أو إصلاحه، يجب أولاً فصل الكهرباء عن ذلك الجزء من لوحة الكهرباء لتجنّب خطر الصعق الكهربائي.
كما أن استخدام أدوات معزولة أمر بالغ الأهمية.
المخاطر البيئية
رغم أن الهياكل الشمسية مصممة لمقاومة الرياح والمطر والثلج، فمن الأفضل عند تساقط الثلوج الكثيفة تنظيف سطح الألواح، لتجنب الضغط الإضافي على الهيكل ومنع انخفاض إنتاج الكهرباء.
الصيانة والخدمة بعد التركيب
تنظيف الألواح
نظافة سطح اللوح ضرورية لامتصاص أفضل لضوء الشمس.
بحسب الظروف البيئية ومقدار الغبار والتلوث في المنطقة، يلزم غسل الألواح بين حين وآخر بالماء النظيف والأدوات المناسبة.
فحص الوصلات والبراغي
يُستحسن مرة كل 6 أشهر أن تُفحص الوصلات والبراغي ومختلف أجزاء النظام للتأكد من أن كل شيء محكم وآمن كما في اليوم الأول.
مراقبة أداء النظام
إلى جانب الفحص السنوي للجهود، ينبغي الانتباه إلى الأداء العام للنظام أيضاً.
فمثلاً إذا رُكّب النظام في الصيف، فقد يُلاحَظ في الشتاء فرق طفيف في الإنتاج بسبب انخفاض ساعات الإشعاع المفيد.
وبالطبع، إذا كان تصميم النظام قد أُنجز وفق الأصول، فلن تسبب هذه التغيرات مشكلة جدية.
إصلاح القطع واستبدالها
لا يحتوي اللوح الشمسي على أجزاء متحركة، ولهذا يكون احتمال تعطله منخفضاً.
كما أن بطاريات الليثيوم تتمتع عادةً بأداء مستقر.
من بين المعدات الرئيسية، يُعد العاكس الشمسي الأكثر عرضة للاستهلاك مقارنة بالأجزاء الأخرى، وقد يحتاج مع مرور الوقت إلى إصلاح أو استبدال.
يبلغ العمر المعتاد لهذه الأجهزة عادةً 5 سنوات على الأقل.
الأسئلة الشائعة
هل يمكن القيام بالتركيب ذاتياً؟
إذا كانت لديكم المعرفة والخبرة الكافية في الأنظمة الشمسية، فيمكنكم التركيب بأنفسكم.
أما إذا لم تكن لديكم الخبرة اللازمة، فمن الأفضل الاستعانة بمختص لتجنب الأخطاء وفقد الطاقة ومشكلات السلامة.
كم يستغرق تركيب النظام؟
لا يستغرق تركيب الألواح والبطارية عادةً وقتاً طويلاً، لكن تصنيع الهيكل وتنفيذه قد يستغرق بعض الوقت.
لمشروع منزلي، يلزم في معظم الحالات أقل من أسبوع واحد.
تختلف مدة المشاريع الصناعية بحسب حجمها وظروفها.
كم التكلفة التقريبية لكل جزء؟
تعتمد التكلفة النهائية على نوع المعدات وعددها وظروف التركيب.
إضافة إلى سعر المعدات، ينبغي أخذ التكاليف التالية في الحسبان:
- تكلفة شحن المعدات
- تكلفة التركيب
- تكلفة المستلزمات والملحقات اللازمة للتنفيذ
ما العمر الافتراضي للألواح؟
للألواح الشمسية عادةً نحو 25 سنة عمر افتراضي مضمون، لكنها عملياً قد تستمر في العمل حتى نحو 40 سنة أيضاً.
ما الضمان المتوفر لإنتاج الكهرباء؟
تعتمد درجة الثقة في إنتاج كهرباء مناسب إلى حد كبير على جودة تصميم النظام وتنفيذه وكذلك خبرة الشركة المنفذة.
إذا أُنجز التصميم بشكل صحيح وجرى تحديد حجم النظام وفق احتياج المستهلك، فيمكن توقع تأمين الكهرباء المطلوبة باستقرار جيد.
في بعض المشاريع، يُصمم النظام بسعة أعلى من الاحتياج الحالي ليظل قادراً على التلبية إذا ازداد استهلاك الكهرباء مستقبلاً، بل ولتتوفر إمكانية توسعته أيضاً.
