إذا كنت تفكر في تحويل منزلك إلى طاقة شمسية ، فنحن نقدم لك نظرة عامة على أنواع الألواح الشمسية المتاحة للأنظمة السكنية ستساعدك على معرفة المزيد عن مزايا وعيوب كل منها عطوف.
ربما كان قرار تحويل منزلك إلى طاقة شمسية قرارًا سهلاً. الطاقة الشمسية ليست مفيدة فقط للكوكب - فهي تقلل من اعتمادنا على الوقود الأحفوري - ولكنها أيضًا مفيدة لمحفظتك حيث يمكنك تحقيق وفورات طويلة الأجل على فواتير الكهرباء.
تتناول هذه المقالة هذه الأنواع من الألواح الشمسية بمزيد من التفصيل وتسلط الضوء على تصميم الألواح الشمسية ، المواد وتقييمات الكفاءة لكل منها لمساعدتك في اختيار أفضل الألواح الشمسية لمنزلك و الدخل.
مواد الألواح الشمسية
في حين أن الالتزام بالتبديل إلى الطاقة الشمسية يمكن أن يكون سهلاً ، إلا أن التنقل في عملية التثبيت قد يكون مربكًا بعض الشيء. يتطلب انتقاء الألواح وحدها بعض البحث والفهم للعلم الكامن وراء الطاقة الشمسية السكنية.
تتكون الألواح الشمسية من عشرات الخلايا الكهروضوئية (وتسمى أيضًا الخلايا الكهروضوئية) التي تمتص أشعة الشمس التي تضرب سطح المنزل وتحول هذه الطاقة إلى تيار كهربائي مباشر (DC). تشتمل معظم أنظمة الطاقة الشمسية المنزلية على عاكس ، يقوم بتغيير كهرباء التيار المستمر إلى تيار متناوب (AC) والذي يمكنه بعد ذلك تشغيل المنزل. يمكن أن تخزن النسخ الاحتياطية للبطارية الطاقة الشمسية غير المستخدمة للاستخدام في الليل أو أثناء انقطاع التيار.
على الرغم من تعدد العلامات التجارية وأنماط الألواح الشمسية ، إلا أن الخبر السار هو أن هناك ثلاثة أنواع رئيسية فقط أنواع الألواح الشمسية المستخدمة حاليًا في أنظمة الطاقة الشمسية السكنية: أحادي البلورية ، متعدد البلورات ، و رقيقة. دعونا نلقي نظرة فاحصة على كل واحد.
الألواح الشمسية أحادية البلورية
الألواح الشمسية أحادية البلورية - الألواح الأحادية كما تشير إليها الشركات الشمسية غالبًا - سُميت على هذا النحو لأنها مصنوعة من سيليكون نقي واحد. الألواح أحادية البلورية هي الأكثر شيوعًا الموجودة على أسطح المنازل في أنظمة الطاقة الشمسية السكنية بسبب إنها أفضل لوحة مناسبة للمساحات الصغيرة وتستمر لفترة أطول من الكريستالات والأغشية الرقيقة الألواح.
هناك نوعان مختلفان من الألواح أحادية البلورية: الباعث المخمَّل والتلامس الخلفي (PERC) واللوح ثنائي الوجه. تحتوي لوحات PERC على طبقة موصلة تضاف إلى الجزء الخلفي من الخلايا لزيادة امتصاص الطاقة. تُستخدم ألواح PERC بشكل شائع في أنظمة الطاقة الشمسية على الأسطح.
وبالمثل ، يمكن أن تمتص الألواح ثنائية الوجه الضوء على كلا الجانبين ولكن بمعدل أعلى من ألواح PERC. لهذا السبب ، عادةً ما يتم حجز الألواح ثنائية الوجه للأنظمة المثبتة على الأرض والتي تترك جانبي الألواح مكشوفين.
تصميم الألواح الشمسية أحادية البلورية
غالبًا ما تكون الألواح أحادية البلورية سوداء صلبة ولكن بها مساحة بيضاء في جميع الأنحاء. التصميم الأسود يجعلها أقل وضوحًا على السطح. ومع ذلك ، فهي ليست ملساء مثل الألواح ذات الأغشية الرقيقة ، وهي سوداء بالكامل ومسطحة على الأسطح.
مواد الألواح الشمسية أحادية البلورية
يتم تصنيع الخلايا الشمسية أحادية البلورية من السيليكون باستخدام طريقة Czochralski ، حيث يتم وضع بلورة بذرة من السيليكون في وعاء منصهر من السيليكون النقي عند درجة حرارة عالية. ينتج عن ذلك بلورة سيليكون واحدة ، أو سبيكة ، يتم تقسيمها بعد ذلك إلى رقائق أرق. هذه الرقائق تشكل الألواح الشمسية.
الألواح الشمسية الكريستالات
تمثل الألواح متعددة الكريستالات تقنية الألواح الشمسية السابقة ، وبالتالي يمكن أن تكون ميسورة التكلفة أكثر من المجموعة الأحادية البلورية الأحدث. ومع ذلك ، نظرًا لأن التكنولوجيا أقدم ، فإن الألواح متعددة الكريستالات ليست فعالة مثل نظيرتها الأكثر حداثة. كما أنها لا تصمد جيدًا في درجات الحرارة المرتفعة ، لذا لا ينصح باستخدامها في المناخات الأكثر سخونة على مدار العام.
تصميم الألواح الشمسية الكريستالات
تتميز الألواح متعددة الكريستالات بلونها الأزرق بسبب عملية التصنيع الخاصة بها. اللون الأزرق رخامي إلى حد ما في المظهر ، لذلك هناك بعض الاختلافات في اللون والاتساق من لوحة إلى أخرى. يجب على مالكي المنازل المهتمين بإنشاء نظام الألواح الشمسية الدقيقة اختيار الألواح أحادية البلورية على الأصناف متعددة الكريستالات.
مواد الألواح الشمسية الكريستالات
تتكون الألواح متعددة الكريستالات من خلايا شمسية من السيليكون ، مثل الألواح أحادية البلورية. يكمن الاختلاف في عملية التبريد للألواح متعددة البلورات ، والتي تخلق بلورات متعددة بدلاً من بلورات واحدة فقط.
عادةً ما تحتوي الألواح متعددة الكريستالات المستخدمة في أنظمة الطاقة الشمسية المنزلية على 60 خلية شمسية تنتج حوالي 240 إلى 300 واط من الطاقة. بالمقارنة ، تحتوي الألواح الشمسية السكنية المتوسطة على 72 خلية وتولد 300 إلى 400 واط من الكهرباء.
الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة
نظرًا لانخفاض كفاءتها ، غالبًا ما تُستخدم الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة في التركيبات الشمسية الصناعية الكبيرة التي لا يمثل الفضاء فيها قيدًا. على العكس من ذلك ، يمكن أن تكون الألواح ذات الأغشية الرقيقة خيارًا جيدًا لمشاريع الطاقة الشمسية الأصغر ، مثل تشغيل قارب ، والمباني التجارية الأصغر ، مثل المستودعات ، ذات الأسطح المعدنية الرقيقة.
تصميم الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة
تتميز الألواح ذات الأغشية الرقيقة بأناقة مظهر بين أنواع الألواح الثلاثة. نظرًا لأنها سوداء تمامًا ومسطحة ومرنة في الشكل والحجم ، فإنها تمتزج بسهولة في المنزل على السطح ولا يتطلب بناء السقالات التي غالبًا ما تكون الألواح أحادية البلورية ومتعددة الكريستالات فعل.
ومع ذلك ، فإن الألواح ذات الأغشية الرقيقة ليست فعالة ، لذا ستحتاج إلى المزيد - ربما يكفي لتغطية سطح منزلك بالكامل - لتوليد الطاقة للمنزل. قد يؤدي ذلك إلى ارتفاع التكاليف الإجمالية وزيادة حالات مشكلات اللوحة والفشل والتدهور العام بمرور الوقت.
مواد الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة
يتم وضع طبقة رقيقة من مادة كهروضوئية مثل السيليكون غير المتبلور أو تيلورايد الكادميوم على سطح صلب ، غالبًا من الزجاج ، لإنشاء لوحة رقيقة. سيؤدي اختيار المادة الكهروضوئية المستخدمة في عملية التصنيع إلى إنشاء ألواح مختلفة من الأغشية الرقيقة ، بما في ذلك بعض الألواح شديدة المرونة.
قارن بين الأنواع الرئيسية للألواح الشمسية
| نوع الألواح الشمسية | الايجابيات | سلبيات |
|---|---|---|
| نوع الألواح الشمسية | الايجابيات | سلبيات |
| أحادي البلورية | ✔ يبلغ عمره أكثر من 25 عامًا ؛ ✔ مصنوع من السيليكون عالي الجودة ؛ تنتج أعلى النواتج وبالتالي تتطلب أقل قدر من مساحة السطح | ✘ بشكل عام أغلى ثمناً من نوعي اللوحات الآخرين ؛ ✘ يمكن أن تكون أقل كفاءة بقليل أثناء الطقس البارد |
| متعدد البلورات | يقدم حلاً أكثر فعالية من حيث التكلفة للطاقة الشمسية ؛ تنتج نفايات أقل أثناء عملية التصنيع من الألواح أحادية البلورية والأغشية الرقيقة ؛ تنتج أعلى النواتج وبالتالي تتطلب أقل قدر من مساحة السطح | يمكن أن تتأثر المتانة والإخراج بسهولة أكبر بدرجات الحرارة المرتفعة ؛ ✘ لديها تصنيف كفاءة أقل من الألواح أحادية البلورية |
| رقيقة | ✔ يمكن أن تتحمل درجات حرارة عالية ؛ ✔ هو خيار اللوحة الأقل تكلفة ؛ ✔ تزن أقل من الألواح أحادية البلورية ومتعددة الكريستالات | ✘ لديه أدنى تصنيف كفاءة بين أنواع اللوحات الثلاثة ؛ ✘ أقل متانة من الألواح أحادية البلورية ومتعددة الكريستالات |
تكاليف الألواح الشمسية
من منظور كل لوحة ، تعتبر الألواح أحادية البلورية هي الأكثر كفاءة وبالتالي فهي الأغلى ثمناً. يمكن في الواقع صنع الألواح متعددة الكريستالات باستخدام شظايا الكريستال المتبقية من إنتاج الألواح أحادية البلورية. نظرًا لأن تكاليف الإنتاج أقل وعملية التصنيع أبسط ، فإن الألواح متعددة البلورات أقل تكلفة بكثير من الألواح أحادية البلورية. تميل الألواح ذات الأغشية الرقيقة إلى أن تكون أرخص أنواع الألواح الشمسية بشكل عام بسبب بنيتها الرقيقة والخفيفة للغاية.
متوسط التكلفة لكل واط:
- فيلم رقيق: 0.43 دولار–$.70
- أحادي البلورية: 32 دولارًا–$1.50
- متعدد الكريستالات: $ .70–$1.50
كفاءة الألواح الشمسية
كلما زادت الكهرباء التي يمكن أن تولدها الألواح الشمسية ، زاد تصنيف الكفاءة. هذا يعني أيضًا أن الألواح الأكثر كفاءة ستشغل أقل قدر من المساحة وستكون هناك حاجة إلى عدد أقل لنظام الطاقة الشمسية المنزلية.
تتأثر الكفاءة بالتغيرات في ضوء الشمس على مدار اليوم حيث من الواضح أن السماء الملبدة بالغيوم ستقلل من كمية ألواح الطاقة الشمسية التي يمكن أن تمتصها. يمكن أن تؤثر مستويات الحرارة المرتفعة سلبًا على كفاءة الطاقة. تعمل اللوحات على زيادة الحرارة على مدار اليوم ويمكن أن يؤدي ذلك إلى خفض إنتاج الطاقة بنسبة تصل إلى 25٪ خلال تلك الأوقات.
كل من الألواح أحادية البلورية ومتعددة البلورات مناسبة لمعظم المواقع التي تتلقى كمية متوسطة من ضوء الشمس ولديها تقلبات موسمية في درجات الحرارة. تتمتع الألواح ذات الأغشية الرقيقة بمعامل درجة حرارة أقل من نوعي الألواح الآخرين ، لذا يمكن أن تكون خيارًا جيدًا للأشخاص الذين يعيشون في مناخات أكثر حرارة أو مناطق تحصل على المزيد من ضوء الشمس السنوي.
في حين أن هذه الاختلافات الطفيفة تؤثر على جميع الأنواع الشائعة من الألواح ، فإن أعلى أنواع الكفاءة تفسر التقلبات وتعوضها من حيث إجمالي خرج الطاقة.
يوجد أدناه تفصيل لتصنيفات الكفاءة وقدرة الطاقة لكل نوع من أنواع الألواح الشمسية المختلفة.
- أحادي البلورية:
- الكفاءة - أكثر من 20٪
- قدرة الطاقة - تصل إلى 300 واط
- الكريستالات:
- الكفاءة - 15-17٪
- سعة الطاقة - 240–300 واط
- رقيقة:
- الكفاءة - 6–15%
- سعة الطاقة - لا يوجد مقياس قياسي ، نظرًا لأن الألواح ذات الأغشية الرقيقة ليست موحدة الحجم ، ولكنها عمومًا ناتجة أقل من الألواح البلورية
العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار نوع اللوحة
إلى جانب التعرض لأشعة الشمس والحرارة ، هناك العديد من العوامل الأخرى التي يمكن أن تؤثر على أداء الألواح الشمسية.
تقييم حائل
يتم اختبار الألواح الشمسية لتأثيرات البَرَد عن طريق إسقاط كرات فولاذية صغيرة من ارتفاع معين أو إطلاق كرات جليدية مباشرة على الألواح لمحاكاة البَرَد.
الألواح أحادية البلورية ومتعددة الكريستالات مصنوعة من مواد أكثر سمكًا ، وبالتالي يمكنها تحمل تساقط البَرَد بسرعات تصل إلى 50 ميلاً في الساعة. من ناحية أخرى ، تكون الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة أقل قدرة على تحمل البرد لأنها خفيفة الوزن ومرنة.
تقييم الإعصار
ال وزارة الطاقة الأمريكية تحتفظ بقائمة من المواصفات الموصى بها للألواح الشمسية من حيث قدرتها على تحمل العواصف الكبرى مثل الأعاصير. سيتم تصميم اللوحات التي تلبي هذه المواصفات بآلية قفل أو تثبيت للمساعدة في منعها من أن تصبح محمولة بواسطة الرياح. مرة أخرى ، تكون الألواح أحادية البلورية ومتعددة البلورات ، من خلال بنائها ، أثقل وأكثر قدرة على التعديل باستخدام أجهزة التثبيت من الألواح ذات الأغشية الرقيقة.
الخلاصة: اختيار اللوحة الشمسية الصحيحة
بالنسبة لمعظم أنظمة الطاقة الشمسية السكنية ، تعد الألواح الشمسية أحادية البلورية هي الخيار الأفضل. في حين أنها أغلى من الألواح متعددة الكريستالات ، إلا أن الألواح أحادية البلورة تتميز بأداء أعلى وتدوم طويلاً. هذا يعني أنه على الرغم من التكلفة المرتفعة ، فإن زيادة الكفاءة وإنتاج الطاقة من الألواح أحادية البلورية قد يوفر لك المال بمرور الوقت فيما يتعلق بفواتير الكهرباء.
ومع ذلك ، لا تزال الألواح متعددة الكريستالات خيارًا عمليًا لأولئك الذين يرغبون في التحول إلى الطاقة الشمسية ولكن لا يمكنهم تحمل تكلفة الألواح أحادية البلورية. ضع في اعتبارك أنه إذا كانت الجماليات مهمة بالنسبة لك ، فإن الألواح متعددة الكريستالات هي أكثر أنواع الألواح الشمسية الثلاثة وضوحًا وربما عفا عليها الزمن.
لا نوصي باستخدام الألواح ذات الأغشية الرقيقة في نظامك الشمسي السكني نظرًا لعدم كفاءتها وأوجه قصور متانتها على المدى الطويل. ومع ذلك ، إذا كنت ترغب في تشغيل سقيفة أو ورشة عمل أو قارب أو مركبة ترفيهية ، فقد تكون الألواح ذات الأغشية الرقيقة خيارًا فعالاً من حيث التكلفة في تصميم دقيق.
قد يكون فهم الاختلافات في أنواع الألواح الشمسية - ناهيك عن الخيارات المتاحة حسب العلامة التجارية - أمرًا مربكًا. ستوصي معظم شركات تركيب الألواح الشمسية بنوع اللوحة والعلامة التجارية بناءً على احتياجات منزلك وميزانيتك. نوصي بالاتصال الزخم الشمسي للمساعدة في تصميم النظام الشمسي السكني واختيار الألواح الشمسية.
أسئلة وأجوبة حول الطاقة الشمسية السكنية
كم عدد الألواح الشمسية اللازمة لتشغيل منزل؟
ستحتاج معظم المنازل إلى حوالي 30 لوحًا شمسيًا. ويستند هذا التقدير إلى متوسط استهلاك طاقة يبلغ 1000 كيلوواط في الساعة وتركيب ألواح بقدرة 320 واط. ومع ذلك ، فإن العدد الدقيق للألواح التي ستحتاجها يعتمد على حجم منزلك ، والمساحة المتوفرة على السطح ، ومتوسط استهلاكك الشهري من الطاقة المنزلية.
هل يمكن تشغيل منزل بالكامل على الطاقة الشمسية؟
نعم يمكنك تشغيل منزل بالكامل على الطاقة الشمسية في كثير من الحالات. ومع ذلك ، فإن الطاقة الشمسية ليست بالضرورة حلاً قابلاً للتطبيق لكل منزل.
يجب أن تفكر أولاً في:
- كمية الكهرباء التي تستخدمها حاليًا على أساس شهري
- كمية ضوء الشمس التي يتلقاها منزلك
- ما إذا كان السقف الخاص بك يمكن أن يستوعب الألواح الشمسية
إذا كانت لديك احتياجات عالية للغاية من الطاقة و / أو تعيش في منطقة مظللة بشدة ، فقد لا تولد الألواح الشمسية كهرباء كافية لتشغيل منزلك. وبالمثل ، إذا كانت احتياجاتك من الطاقة طبيعية ولكن لديك مساحة محدودة على السطح ، فسيتم تقليل إنتاج نظامك الشمسي بشكل كبير.
ما هي المدة التي تدوم فيها الألواح الشمسية أحادية البلورية؟
تتحلل جميع أنواع الألواح الشمسية بمعدل حوالي 1٪ سنويًا. هذا هو البلى العادي دون تضمين الطقس العاصف أو التغيرات في درجات الحرارة. إذا تم تركيبها بشكل صحيح ، يجب أن تستمر اللوحات في أي مكان من 25 إلى 30 عامًا ، وهو النطاق القياسي لضمانات الأداء.
ومع ذلك ، فإن الألواح أحادية البلورية هي الأكثر ديمومة من بين الأنواع الثلاثة للألواح الشمسية. مع الصيانة الروتينية والتعرض المحدود لظروف الطقس القاسية ، يمكن أن تستمر الألواح أحادية البلورة في الأداء ، وإن كان ذلك بمستوى إنتاج أقل بشكل متزايد ، لمدة تصل إلى 50 عامًا.
ما هما عيبان رئيسيان للطاقة الشمسية؟
العيبان الرئيسيان للطاقة الشمسية هما التكلفة الأولية والقيود المفروضة على حجم المنزل والموقع على حجم النظام. بينما يمكن أن توفر لك الألواح الشمسية المال على المدى الطويل ، إلا أنها تتطلب حرفًا أوليًا ضخمًا الاستثمار - من 11000 دولار إلى 50000 دولار - وقد يستغرق الأمر عدة سنوات حتى تبدأ في رؤية أي عائد هذا الاستثمار.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تحد مساحة السطح المتاحة بشكل كبير من حجم النظام الشمسي للمنزل. هذا يعني أن أصحاب المنازل الذين يرغبون في التحول إلى الطاقة الشمسية قد يضطرون إلى استخدام نظام ليس كبيرًا بما يكفي لتلبية احتياجاتهم اليومية أو التخلي عن الفكرة تمامًا.
لمشاركة التعليقات أو طرح سؤال حول هذه المقالة ، أرسل ملاحظة إلى فريق التعليقات على [email protected].