توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية - SOLAR POWER

توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية - SOLAR POWER

مع النمو السكاني في العالم و ازدياد الحاجة إلى الطاقة الكهربائية و مع تزايد أخطار توليد الكهرباء بالطرق التقليدية باستخدام مولدات الديزل التي تسبب التلوث وكذلك الطاقة المولدة من المفاعلات النووية التي باتت كابوس يجسم على صدر كل من يستخدمها خاصة بعد حادثتي تشيرنوبل في الإتحاد السوفيتي السابق عام 1986 و فوكوشيما في اليابان عام 2011 كان من الضروري التوجه إلى مصادر بديلة لتوليد الطاقة الكهربائية.

على الرغم من وجود هذه البدائل إلا أنها كانت تستخدم في نطاق ضيق و محدود ومن هذه البدائل الطاقة الكهرومائية كما في السد العالي في مصر و معظم الدول التي لديها مصادر مائية كالأنهار والشلالات. كما لجأت بعض الدول لاستخدام التيارات المائية البحرية في المحيطات والبحار مثل اسكتلندا.وبعض الدول الغنية بقوة الرياح تستخدم التوربينات الهوائية لتوليد الكهرباء.ولكن أهم مصادر هذه الطاقة البديلة هي الشمس.

الشمس:

الشمس هي النجم المركزي لمجموعتنا الشمسية وهي منذ بدء الخليقة تعتبر مصدر الضوء والدفء لكوكبنا العزيز ويستوقفني هنا ذكر بعض الحقائق عن الشمس فهي تشكل نسبة ما يتراوح من 99.86 من كتلة المجوعة الشمسية بكواكبها حيث أن كتلتها تبلغ 330000 ضعف كتلة الأرض و يبلغ قطرها 1392684 كيلومتر أي 109 أضعاف قطر الأرض ويشكل الهيدروجين ثلاثة أرباع مكوناتها و باقي المكونات معظمها من الهيليوم وعناصر أخرى من الغازات والمعادن.

طبيعة التفاعلات التي تحدت في باطن الشمس والتي تستغرق آلاف السنين كي تصل إلى سطح الشمس هي مصدر الضوء و الحرارة ,هذا الضوء و ما يحمله من طاقة  يستغرق وصوله إلى كوكب الأرض  8  دقائق وهو المصدر الأساسي لعملية التمثيل الضوئي إضافة إلى تأمين مناخ وطقس الأرض وظاهرة الليل والنهار وتحديد الوقت كل هذا وغيرها من خبايا الشمس التي لا تزال تخفى على العلماء وهنا لا يسعني إلا أن أقول سبحان الله و الحمد لله على نعمه التي أنعم بها علينا.

الطاقة الشمسية:

الطاقة الشمسية طاقة مجانية متجددة بتجدد كل صباح ليست حكرا على أحد ولكن لكل منطقة جغرافية لها نصيبها من شعاع الشمس وما ينتجه من طاقة تقدر بالكيلووات / ساعة للمتر المربع والخارطة أدناه توضح مقدار هذه الطاقة لكل منطقة في العالم سواء بشكل يومي أو سنوي .

الطاقة الشمسية ليست عرضة لمشاكل البشر حيث لا يمكن أن تحتكر كما حدث في العالم من أزمات في الطاقة بسبب الحروب وغلاء أسعار البترول أو كما حصل مع إيران في موضوعها النووي الذي يحتكره الغرب .

كما أن الطاقة الشمسية طاقة نظيفة بكل معنى الكلمة ولا تحتاج إلى استخدام التبريد بالمياه التي أصبحت عزيزة في منطقتنا فالمولدات التي تستخدم البترول أو التفاعلات النووية تحتاج إلى كميات مهولة من المياه للتبريد ناهيك عن العوادم المضرة بالبيئة ومعلومة أخرى فالشمس قادرة بإذن الله تعالى تزويد كوكب الأرض ب5000 ضعف ما يحتاجه من كهرباء.

تستخدم الطاقة الشمسية في العديد من المجالات مثل الزراعة و الإضاءة وتسخين المياه و التدفئة والتبريد وتقطير المياه والطهي وغيرها وفي هذه التدوينة فقط سأتطرق لموضوع توليد الكهرباء باستخدام ألواح الخلايا الضوئية الجهدية و ما يطلق عليها محولات فولتضوئية PHOTOVOLTAIC أو الخلايا الشمسية.

من أبسط استخدامات هذه المحولات وفي اعتقادي كلنا استفدنا منها في صغرنا أيام الدراسة في المدرسة هي الآلة الحاسبة التي تعمل بواسطة خلية تستمد الطاقة من الضوء وهذا أنحصر في نطاق محدود رغم أنه تم اختراع هذه الخلايا بواسطة مخترع أمريكي عام 1941 باستخدام مادة السليكون.

يتم توليد الكهرباء من الشمس بعدة طرق وهنا سأختار الطريقة التي يتم توليد الكهرباء من الشمس للاستخدام المنزلي لفائدة جميع القراء.لقد أصبح من المألوف في السنوات العشرة الماضية رؤية مصفوفات ألواح الخلايا الشمسية فوق العديد من أسطح المنازل في العديد من دول العالم مع العلم أن هذه التكنولوجيا تم استخدامها من قبل وكالة الفضاء الأمريكية منذ عام 1960 حيث أن غلاء ثمن هذه التكنولوجيا حد من استخدامها بشكل فردي ,الآن أصبح بإمكان غالبية سكان العالم استخدام هذه التقنية حتى في الدول الفقيرة مثل بنغلادش وذلك لهبوط أسعار هذه الأنظمة والتشجيع من بعض الدول على استخدامها كبديل كلي أو جزئي عن شبكة الكهرباء العامة,كما أن العديد من الدول الغنية استطاعت بناء محطات ضخمة لتوليد الكهرباء من الطاقة الشمسية ومنها الولايات المتحدة الأمريكية وألمانيا و إيطاليا وأستراليا واليابان وتعتبر المغرب من أول الدول العربية الرائدة في مجال استخدام الطاقة الشمسية.

نظام توليد الكهرباء من الشمس للمنازل:

يتكون هذا النظام من مكونات بسيطة و متوفرة في السوق المحلي عندنا في غزة :

1-    ألواح الخلايا الضوئية الجهدية (الخلايا الشمسية) SOLAR PANEL  

2- وحدة التحكم والشحن الشمسي SOLAR CHARGE CONTROLLER

3- بطاريات الرصاص LEAD ACID BATTERIES

            4- الانفرتر INVERTER

وطبعا يكتمل هذا النظام بمجموعة الأحمال المنزلية من أجهزة كهربائية .وسأقوم بشرح دور كل من المكونات السابقة في النظام وكيفية الحصول على الكهرباء للاستخدام المنزلي.

ألواح الخلايا الضوئية الجهدية (الخلايا الشمسية) :

ألواح الخلايا الضوئية الجهدية (الخلايا الشمسية) تقوم بإلتقاط الطاقة الشمسية باستخدام الخلايا الضوئية وهذه الخلايا لا يتطلب منها التعرض لضوء الشمس بشكل مباشر وبالتالي يمكن أن تكون فعالة حتى في حالة الأجواء المليئة بالغيوم.تقوم هذه الخلايا بتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء يمكن استخدمها في منازلنا لتشغيل الأجهزة الكهربائية و الإنارة.

هذه الخلايا المصنوعة من عدة طبقات من أشباه الموصّلات والتي غالبا ما تكون من السليكون عندما يمر الضوء من خلال هذه الطبقات يولد مجال كهربائي يزداد هذا المجال طبعا كلما زادت قوة أشعة الشمس.اللوح الواحد يحتوي على منظومة من الخلايا ويثبت هذا اللوح أو عدة ألواح على أسطح المنازل بزاوية تضمن إلتقاط أكبر كمية من أشعة الشمس على مدار نهار اليوم. يتم قياس قوة الخلية وخاصة في ساعات الذروة بالكيلووات.

ألواح الخلايا الضوئية تأتي في أشكال و أحجام مختلفة وكذلك بإمكانها تخريج جهد ملائم لشحن بطاريات 12 فولت أو 24 فولت أو 48 فولت.

الصورة أدناه توضح منظومة من ألواح الخلايا الضوئية الجهدية مركبة على أحد أسطح مدينة غزة و هي عبارة عن 6 ألواح قدرة كل لوح 250 وات وخرج كل لوح 30.6 فولت وشدة التيار لكل لوح 8.71 أمبير قبل التعديل من وحدة التحكم والشحن الشمسي.

بقي أن أذكر أنه يجب تنظيف الألواح بشكل دوري ومنتظم من الغبار كي تكون فعالة بشكل دائم حيث أن هذه الألواح تثبت عل السطح وتكون عرضة للأتربة و الغبار.

تمتاز هذه الألواح بأنها صديقة للبيئة بحيث لا ينتج عن توليد الكهرباء بواسطتها أي عوادم أو إشعاعات مضرة وتقدر الفترة الزمنية أو العمر الافتراضي لهذه الألواح أكثر من 25 عام مما يجعلها مجدية من ناحية اقتصادية.

وحدة التحكم والشحن الشمسي :

وحدة التحكم والشحن الشمسي SOLAR CHARGE CONTROLLER وظيفتها منع استمرار عملية شحن البطارية بعد امتلائها لأن عملية الشحن الزائد تتلف البطارية و على الوجه الآخر فإن عملية تفريغ البطارية بشكل تام يتلفها وبالتالي وحدة التحكم تعمل على وقف سحب التيار من البطارية في حالة قرب تفريغها.

وحدات التحكم هذه متنوعة الموديلات وتبدأ من 1 إلى 8 أمبير للاستخدام المنزلي وقد تصل في موديلات أخرى إلى 30 أمبير أو أعلى بكثير حسب لوازم الاستخدام.

اليوم تأتي وحدات التحكم غالبا مبنية في جهاز الإنفيرتر.

بطاريات الرصاص:

لقد شرحت موضوع البطاريات في تدوينة سابقة (إضغط هنا) ويفضل هنا استخدام البطاريات عميقة الدورة و المزودة بمادة الجل كوسيط لنقل التفاعلات بين ألواح الرصاص والبطاريات الممتازة من هذا النوع يزيد عمرها الافتراضي عن 8 سنوات .كما يحتاج مستخدمي النظام الشمسي إلى بطاريات تلائم سعتها التخزينية حسب حاجتهم للكهرباء.

الانفرتر:

وظيفة الانفرتر تحويل الكهرباء من تيار مستمر 12 فولت أو 24 فولت أو 48 فولت إلى تيار متردد 230 فولت يصلح لتشغيل الأجهزة الكهربائية المنزلية يوجد في السوق أنواع وأحجام ذات قدرات مختلفة من الانفرتر وهنا يفضل شراء و استخدام الانفرتر ذو الموجة الجيبية النقية PURE SINE WAVE حيث أن هذا النوع يحاكي الكهرباء المزودة للمنازل من الشبكة العامة وغير مضرة بالأجهزة الكهربائية المنزلية ويجب عند الشراء مراعاة الحاجة المنزلية من الكهرباء حسب قدرة الأجهزة المراد تشغيلها ويمكن معرفة قدرة كل جهاز بالوات من المواصفات المكتوبة خلف كل جهاز أو من دليل المستخدم لكل جهاز مع مراعاة أن بعض الأجهزة الكهربائية تحتاج إلى ضعف القدرة عند بدء التشغيل.

يمكنكم معرفة المزيد عن الإنفرتر(إضغط هنا).

مجموعة الأحمال المنزلية من أجهزة كهربائية لا يمكن تشغيلها في وقت واحد وهنا يجب مراعاة عمل جدول لتشغيل الأجهزة الكهربائية على سبيل المثال نفترض أن لدينا نظام مكون من 6 ألواح خلايا شمسية قدرة كل لوح 250 وات وتزودنا ب 30.6 فولت تم توصيل كل ثلاث ألواح على التوالي وتم توصيل المجموعتين على التوازي ويوجد لدينا عدد 4 بطاريات 12 فولت بسعة 220 أمبير حيث تم توصيل البطاريات على التوالي للحصول على بطارية 48 فولت 220 أمبير كما في حالة أحد أصدقائي هنا في غزة وتم تركيب انفرتر بقدرة 4500 وات هنا صديقي يستطيع تشغيل معظم الأجهزة الكهربائية ذات القدرة الخفيفة مثل شاشة تلفزيون LED و ريسيفر و مروحة و راوتر بالإضافة لعدة لمبات إنارة من اللمبات الموفرة للطاقة.بجانب ما ذكرت من أجهزة يمكنه استخدام الخلاط الكهربائي في المطبخ كما يمكن تشغيل أجهزة ذات قدرة عالية أثناء النهار مثل الغسالة أو مضخة المياه أو السخان الكهربائي بشكل منفصل وحسب جدول هو يرتئيه مع تخفيف بعض الأحمال التي ذكرت سابقا كي لا يتسبب هذا في زيادة الأحمال و بالتالي قطع التيار الكهربائي حيث أن أجهزة الانفرتر مزودة بدائرة OVERLOAD وظيفتها قطع التيار في حالة زيادة الأحمال.

النظام المذكور أعلاه مربوط أيضا بشبكة الكهرباء العامة ويستخدمه صديقي في حال قطع التيار الكهربائي و لكن هناك أنظمة معزولة عن الشبكة العامة وتستحدم في الآماكن النائية التي لا يوجد بها شبكات كهرباء.

بقى أن أضيف أنه في ساعات ذروة أشعة الشمس أثناء النهار يمكن تشغيل الانفرتر من ألواح الخلايا الشمسية مباشرة دون الحاجة للسحب من البطاريات كما يمكن تشغيل جميع الأجهزة التي تعمل بنظام 12 فولت مثل لمبات الإنارة و أجهزة الراوتر مباشرة من هذه الألواح.

أرجو أن أكون قد وضحت كيفية توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية وقد استندت لعدة مراجع بخصوص هذا الموضوع ويمكنكم التواصل معي للاستفسار عبر الفيسبوك عبر الفيسبوك باسم خريس أو جوجل+ BASEM .