ما هي مكونات أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية على الأسطح؟

استناداً إلى أهداف الحياد الكربوني العالمية، نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية على السطح تستمر التركيبات في التزايد. بلغت الطاقة الإنتاجية العالمية الموزعة من أنظمة الطاقة الكهروضوئية 120 جيجاواط في عام 2023، حيث تم تركيب أكثر من 58% منها على أسطح المنازل، وفقًا لبيانات الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA). تُحدث هذه الأنظمة المتكاملة لتوليد الطاقة وتخزينها واستهلاكها ثورةً في قطاع الطاقة بفضل مكوناتها الأساسية وتقنياتها. فما هو نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية على الأسطح؟ دعونا نكتشف ذلك بالتفصيل.

المكونات الأساسية لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية على الأسطح

1.الوحدات الكهروضوئية

باعتبارها النواة المركزية للنظام، شهدت الوحدات الكهروضوئية ثلاثة أجيال من تطوير التكنولوجيا:

وحدات السيليكون البلوري من الجيل الأول

أحادي البلورة PERC (الباعث الخامل والخلية الخلفية): تتراوح كفاءة الإنتاج الضخم من 22.5% إلى 24.8%.

السيليكون متعدد البلورات: تتراوح الكفاءة من 17% إلى 19.6%، مع تكلفة أقل تبلغ حوالي 0.3 ين لكل واط.

وحدات الأغشية الرقيقة من الجيل الثاني

CIGS (سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم): يتميز بالمرونة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات المتكاملة في المباني مثل الواجهات.

البيروفسكايت: كفاءة المختبر تجاوزت 33.7%، مما يدل على إمكانات كبيرة للتسويق التجاري في المستقبل.

تقنيات الجيل الثالث المركبة

خلايا HJT (غير المتجانسة): تتميز بمعدل ثنائي الوجه بنسبة 95% ومعدل تحلل سنوي أقل من 0.25%.

وحدات TOPCon (اتصال أكسيد النفق الخامل): تحقق مخرجات طاقة منتجة بكميات كبيرة تتجاوز 700 واط+، مما يقلل من تكلفة الطاقة المستوية (LCOE) بنسبة 12%.

اختراقات التغليف

وحدات الزجاج المزدوج: توفر مقاومة للطقس أكثر بثلاث مرات من الوحدات التقليدية، مما يطيل عمرها التشغيلي إلى 35 عامًا.

الوحدات الذكية: مدمجة مع شرائح التحسين، تعمل هذه الوحدات على تعزيز توليد الطاقة من لوحة واحدة بنسبة تصل إلى 20%.

2.العاكسون

تتطور تقنيات العاكس في ثلاثة اتجاهات رئيسية:

3.أنظمة تخزين الطاقة (اختياري)

بالنسبة لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية على الأسطح غير المتصلة بالشبكة، يُمكّن تخزين الطاقة من استخدام الكهرباء ليلاً. تشمل أنواع البطاريات الشائعة ما يلي:

هندسة النظام وإدارة الطاقة

1.مقارنة بين ثلاثة أنواع من الأنظمة

2.أنظمة التحكم الذكية

طبقة الأجهزة

أجهزة الاستشعار البيئية: مراقبة الإشعاع ودرجة الحرارة المحيطة وسرعة الرياح بشكل مستمر.

أجهزة توجيه الطاقة: إدارة موازنة الطاقة في شبكات التيار المستمر الصغيرة لضمان التشغيل المستقر.

طبقة البرمجيات

خوارزميات تخزين وتوزيع الطاقة: تخصيص الطاقة المخزنة بذكاء لتحقيق أقصى قدر من كفاءة الاستخدام.

منصات المراقبة والتحليلات في الوقت الفعلي: توفر رؤى شاملة حول أداء النظام، مما يسمح بالصيانة الاستباقية.

واجهات التحكم عن بعد: تسمح بالتحكم في الأنظمة عبر واجهات تعتمد على السحابة أو تطبيقات الهاتف المحمول.

هياكل التركيب والملحقات

1. رفوف التركيب

تُعدّ حوامل التركيب أساسيةً لتثبيت ألواح الطاقة الشمسية الكهروضوئية بإحكام على الأسطح. فهي تتطلب قوةً ميكانيكيةً عاليةً ومقاومةً للتآكل لتحمل الظروف الجوية القاسية. تُناسب الحوامل القابلة للتعديل أنواعًا واتجاهاتٍ مُختلفة من الأسطح (مثل المائلة والمسطحة)، وتُحسّن زوايا إمالة الألواح لتحقيق أقصى استفادة من الإشعاع الشمسي.

2. الكابلات والمواد المانعة للتسرب

الكابلات: توفر الكابلات المتينة والمقاومة للأشعة فوق البنفسجية نقلًا فعالًا للطاقة بين المكونات مع انخفاض فقدان الطاقة.

المواد المانعة للتسرب: تعمل المواد المانعة للتسرب المقاومة للماء والمطاطية على ملء مساحة سطح إطار الوحدة الزجاجية ومنع الرطوبة، مما يؤدي إلى إطالة عمر الوحدة.

مكونات إضافية

1. أجهزة الحماية من الصواعق

تقع لحماية الأنظمة من طفرات الجهد الكهربائي الناتجة عن ضربات البرق، كما أنها تمنع تلف المعدات وخطر الحرائق.

2. معدات حماية الدائرة

قواطع الدائرة: تقطع الطاقة تلقائيًا في حالة التحميل الزائد أو الدوائر القصيرة.

المرحلات: قم بإيقاف تشغيل الدوائر المعيبة لحماية النظام والمستخدمين النهائيين.

أنظمة مراقبة الأداء

مسجلات البيانات: تسجيل مستمر للمعلمات مثل الجهد والتيار ومخرجات الطاقة.

برنامج اكتشاف الأخطاء: استخدم خوارزميات تعتمد على التعلم الآلي لتحديد الشذوذ (على سبيل المثال، تدهور اللوحة، مشاكل التظليل) في الوقت الفعلي.

من ألواح السيليكون أحادية البلورة إلى الشبكات الذكية الصغيرة، تتحول أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية على أسطح المنازل من "مولدات طاقة" مستقلة إلى "مراكز طاقة" متكاملة. ومع التطور التكنولوجي المتواصل، سواءً من خلال تسويق البيروفسكايت، أو إدارة الطاقة المدعومة بالذكاء الاصطناعي، أو وفورات الحجم في بطاريات الليثيوم أيون، من المتوقع أن تصبح الطاقة الشمسية على أسطح المنازل "أصلًا أخضر" شاملًا للشركات والمستهلكين على حد سواء، مما يوفر استدامة بيئية وعوائد اقتصادية طويلة الأجل.