حول الطاقة الشمسية : الطاقة الشمسية مقابل طاقة الرياح

يمكن أن يكشف الفحص الدقيق لها عن بعض أوجه التشابه والاختلاف بين الاثنين ، مما يسمح في النهاية للمستخدمين باختيار ما هو مناسب لهم.

جوانب للنظر

• تحليل التكاليف والفوائد

• تقييم دورة الحياة

• متانة

• ضوضاء

• موقع

• التعاون

تحليل التكلفة والمزايا

تتيح لك الطاقة البديلة تقليل بصمتك الكربونية ، والتحكم في إنتاج الطاقة ، وتوفير الضرائب.

يمكن أن يوفر لك أيضًا قدرًا كبيرًا من المال على الكهرباء.

لتحقيق أقصى استفادة من استثمارك في الطاقة البديلة ، فأنت تريد أن تزن تكلفة التثبيت بالمال الذي يوفره لك النظام.

عندما يتعلق الأمر بتكلفة تركيب الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح ، هناك بالفعل العديد من المتغيرات لإعطاء إجابة دقيقة واحدة تناسب الجميع.

سيعتمد الأمر كله على حجم النظام ، والعوامل البيئية (مثل التعرض لأشعة الشمس أو الرياح) ، والمراسيم والحوافز المحلية.

المنشآت

الطاقة الشمسية ، كقاعدة عامة ، تكلف حوالي 2.19 دولارًا لكل واط لتركيب الطاقة الشمسية ، وهو المتوسط لكل من المنشآت السكنية والتجارية.

كلما كان نظامك أكبر ، قل المبلغ الذي ستدفعه لكل واط.

كلما كان نظامك صغيرًا ، ستدفع أكثر لكل واط.

مع كل كيلو واط / ساعة من الكهرباء المجانية التي يولدها نظامك ، يبدأ في دفع ثمن نفسه.

الشركات والمزارع التي لديها فواتير كهربائية شهرية كبيرة لديها أنظمة شمسية تصل إلى مردودها في غضون بضع سنوات فقط.

مع عمر يتراوح من 25 إلى 30 عامًا ، فإن هذا يترك عقودًا من المدخرات المالية من الكهرباء المجانية.

الكل في الكل ، قد يكلف النظام الشمسي 10 كيلو واط حوالي 21900 دولار بعد الحوافز.

يمكن أن تكلف توربينات الرياح بقوة 10 كيلوواط حوالي 14700 دولار بعد الحوافز.

يمكن أن تكلف توربينات الرياح المخصصة للأغراض الكبيرة الحجم ملايين الدولارات.

بالنسبة للعقارات السكنية والتجارية الأصغر ، سيختلف السعر بناءً على ارتفاع البرج ونوع المعدات التي تقوم بتثبيتها.

وفقًا لجمعية طاقة الرياح الأمريكية ، يمكنك توقع دفع 1.50 دولارًا لكل واط من سعة التوليد.

في حين أن توربينات الرياح هي الخيار الأرخص في أجزاء كثيرة من البلاد ، إلا أنها تتمتع بتكلفة صيانة أعلى بكثير من الطاقة الشمسية ، واعتمادها على الرياح لا يجعلها ممكنة في كل مكان.

ومع ذلك ، لا يزال من الممكن أن تكون الطاقة الشمسية مربحة في المناطق الملبدة بالغيوم أو الممطرة أو الثلجية في البلاد.

صيانة

تقدمت تكنولوجيا الطاقة الشمسية وطاقة الرياح بشكل كبير منذ اعتمادها في وقت مبكر.

ساعدت هذه التطورات في خفض تكلفتها ، لكنها أدت أيضًا إلى منتجات موثوقة للغاية يمكنها تحمل العناصر القاسية وتستمر لعدة عقود.

ومع ذلك ، كلا النظامين ليسا خاليين من الصيانة بنسبة 100٪.

تتمثل إحدى فوائد نظام الطاقة الشمسية في عدم وجود أجزاء متحركة ، مما يعني أن هناك القليل من الأشياء التي يمكن أن تحدث بشكل خاطئ ، وأقل ما يجب الحفاظ عليه ، مقارنةً بطاقة الرياح.

إذا حدث خطأ ما ، فإن مكونات الطاقة الشمسية مضمونة جيدًا من قبل الشركة المصنعة.

تأتي العديد من الألواح الشمسية مع 25 ، وحتى ضمانات لمدة 30 عامًا من الشركة المصنعة ، مما يعني أنه يمكن استبدال الألواح المعيبة مجانًا لمدة تصل إلى ثلاثة عقود بعد تثبيتها.

العاكسات ، وهي جزء النظام الأكثر احتمالاً للفشل أولاً ، مضمونة لمدة 12 إلى 25 عامًا.

لكن ضمانات الشركة المصنعة لا تغطي تكاليف العمالة البديلة.

هناك القليل جدًا مما عليك القيام به للحفاظ على نظامك الشمسي.

في معظم مناطق البلاد ، لن يساعد تنظيف النظام بانتظام ، ولا يجب إزالة الثلج المتراكم.

نظرًا لأن توربينات الرياح تحتوي على أجزاء كبيرة ومتحركة ، فهناك عدد قليل جدًا من الأشياء التي يمكن أن تسوء ، وغالبًا ما تحتاج إلى صيانة مستمرة.

يمكن أن تتآكل تكاليف الصيانة هذه بسرعة مع توفير تكلفة طاقة الرياح.

من تشحيم الأجزاء المتحركة إلى فحص التوصيلات داخل النظام إلى اكتشاف أي مشكلات غير متوقعة وتصحيحها ، قد تتطلب توربينات الرياح صيانة وقائية مرتين إلى ثلاث مرات سنويًا.

مع تقدم نظامك في العمر ، قد تحتاج إلى زيادة وتيرة فحوصات الصيانة هذه.

يمكن أن تكلف هذه الزيارات المنتظمة الآلاف كل عام ، وتتناول بسرعة مردود توربينات الرياح.

بينما قد يكون تركيب توربينات الرياح أقل تكلفة ، إلا أنها غالبًا ما تكون أكثر تكلفة في الصيانة من الطاقة الشمسية.

قد يؤدي هذا التمايز إلى تكافؤ الفرص ، مما يجعل الطاقة الشمسية الخيار الأقل تكلفة ، اعتمادًا على تكاليف الصيانة.

تقييم دورة الحياة

الطريقة النموذجية والأكثر شمولية لقياس التأثير البيئي للألواح الشمسية على الأرض هي منهجية تحليل دورة الحياة (LCA).

تُعرّف دورة الحياة بأنها العمر الافتراضي الكامل للمنتج ، وتشمل كل شيء بدءًا من الحصول على المواد الخام والتصنيع إلى التخلص من الألواح الشمسية أو إعادة تدويرها.

باستخدام هذه المعلومات ، يمكن لصانعي القرار اختيار عمليات التصنيع والبناء وإعادة التدوير التي ينتج عنها أقل تأثير على البيئة.

يسمح تحليل دورة الحياة لصانع القرار بتقييم نظام المنتج بالكامل والأثر البيئي لأنه يشمل العمر الافتراضي الكامل للوحة الشمسية.

يشمل التحليل المدخلات (بما في ذلك المواد الخام والطاقة) والمخرجات (بما في ذلك انبعاثات الغلاف الجوي ، والنفايات المنقولة بالمياه ، والنفايات الصلبة ، والمنتجات المشتركة ، والإطلاقات الأخرى).

تنقسم معظم الألواح الكهروضوئية الشمسية إلى نوعين أساسيين وتتطلب دورتين مختلفتين من دورة حياة إعادة التدوير: الألواح الكهروضوئية القائمة على السيليكون والألواح الكهروضوئية الرقيقة القائمة على الأغشية.

تتكون الألواح الكهروضوئية القائمة على السيليكون بشكل عام من 76٪ زجاج و 10٪ بلاستيك و 8٪ ألومنيوم و 5٪ سيليكون و 1٪ معادن.

تتكون الألواح الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة من 89٪ زجاج و 6٪ ألمنيوم و 4٪ بلاستيك و 1٪ معادن.

يتم أولاً تفكيك الألواح الكهروضوئية القائمة على السيليكون (الأكثر شيوعًا بين اللوحين) ، ويتم فصل الزجاج والألمنيوم.

يتم إعادة استخدام 95٪ من الزجاج و 100٪ من المعدن.

يتم تسخين المواد المتبقية إلى 500 درجة مئوية مما يؤدي إلى تبخر البلاستيك من وحدات الخلايا المتبقية ، 85٪ من السيليكون.

يتم تقطيع الألواح الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة إلى قطع بحجم 5 مم تقريبًا وفصلها لإزالة الفيلم باستخدام البيروكسيد والحمض.

من خلال عمليات إزالة مواد الطبقة البينية وزجاج الشطف ، تتم إعادة استخدام ما يقرب من 90٪ من الزجاج.

95٪ من المواد شبه الموصلة يعاد استخدامها عن طريق الترسيب وعملية نزح المياه.

ثم يتم فصل المعادن المتبقية ومعالجتها.

قارنت دراسة التوربينات الريحية LCA الآثار البيئية لاثنين من توربينات الرياح بقدرة 2.0 ميجاوات باستخدام طريقتين (ReCiPe 2008 واسترداد الطاقة).

تم العثور على البرج والدوار والكنة ليكون لها أكبر مساهمة في التأثير البيئي في كل حالة.

بالنسبة للبرج ، فإن الكمية الكبيرة من الفولاذ المطلوبة هي المساهم الرئيسي في التأثير البيئي من المهد إلى اللحد.

تتمثل إحدى نتائج دراسة تقييم دورة الحياة هذه في التأكيد على أن التأثيرات البيئية لدورة الحياة الرئيسية لتوربينات الرياح تنشأ من مرحلة التصنيع.

عند مقارنتها بالعمل السابق ، تؤدي النتائج إلى استنتاج مماثل مفاده أن التأثيرات البيئية مدفوعة باستهلاك المواد ، وخاصة الفولاذ.

متانة

تفقد الألواح الشمسية قدرتها على امتصاص ضوء الشمس وتحويله إلى طاقة شمسية بسبب عوامل مثل الطقس الأكثر سخونة والانخفاض الطبيعي في الفاعلية الكيميائية داخل اللوحة خلال إطار زمني معين.

هذا هو ما يشار إليه باسم "معدل التدهور".

كلما انخفض معدل التدهور ، كانت اللوحة أفضل.

عندما يكون للوحة الشمسية معدل تدهور أقل ، فإنها ستنتج المزيد من الطاقة على مدار حياتها.

تختلف معدلات الانحطاط من علامة تجارية إلى أخرى ؛ تتمتع اللوحات عالية الجودة بمعدل تدهور أقل مقابل اللوحات ذات الجودة الأقل.

من المهم أن تضع في اعتبارك عند إجراء مقارنة بين الألواح الشمسية لأنه قد يكون من المنطقي ، على المدى الطويل ، إنفاق المزيد من الأموال على الألواح عالية الجودة.

وفقًا لدراسة أجراها المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) ، تقدم الشركات المصنعة للألواح الشمسية الحديثة المتميزة مثل Panasonic و LG ألواحًا بمعدلات تدهور منخفضة تصل إلى 0.30 ٪ سنويًا.

أسوأ معدل تدهور هو .80٪ سنويًا ، ولكن كمعيار ، يمكنك توقع متوسط معدل تدهور بنسبة 0.50٪ سنويًا لأي لوحة.

بالنسبة لمعظم الألواح الشمسية من المستوى 1 ، فإن معدل التحلل هو 30٪ مما يعني ذلك كل عام ؛ تم تقليل أداء اللوحة بنسبة .30٪.

على مدار 25 عامًا ، يضيف ذلك ما يصل إلى 6.96٪ مما يعني أن اللوحات الخاصة بك ستعمل بنسبة 93.04٪ من سعتها الأصلية في عام 2045.

العمر الافتراضي لتصميم توربينات الرياح الحديثة ذات النوعية الجيدة هو 20 عامًا.

اعتمادًا على مدى الرياح والاضطراب في الموقع ، يمكن أن يستمر التوربين لمدة 25 عامًا أو حتى أطول ، على الرغم من أنه كما هو الحال مع أي شيء ميكانيكي ، ستزداد تكاليف الصيانة مع تقدم العمر.

من غير المحتمل أن تدوم توربينات الرياح أطول من ذلك لأنها تتعرض لأحمال شديدة طوال حياتها.

ويرجع ذلك جزئيًا إلى شكل توربينات الرياح ، حيث يتم تثبيت العناصر الرئيسية (الشفرات والبرج) فقط في طرف واحد وتخضع لقوة الرياح الكاملة.

أيضًا نظرًا لأن القوة في الرياح تزداد مع زيادة مكعب السرعة ، فإن أحمال البقاء القصوى يمكن أن تصل إلى 100 ضعف "أحمال التصميم" عند سرعة الرياح المقدرة - ولهذا السبب يجب أن تغلق توربينات الرياح لحماية نفسها في الرياح التي تزيد عن 25 مترًا.

/س.

في نهاية عمرها ، يمكن ببساطة إزالتها واستبدالها بأخرى جديدة.

ضوضاء

أحد الجوانب التي نادرًا ما تتم مناقشتها هو مستويات الضوضاء في التشغيل على حلول الطاقة المتجددة.

هناك تناقض كبير هنا بين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ويمكن أن يلعب ذلك عاملاً ، اعتمادًا على المكان الذي تريد تثبيته فيه.

كما تعتقد ، لا تصدر الألواح الشمسية أي تلوث ضوضائي.

إنها ألواح ثابتة ، وهي صامتة أثناء التشغيل.

إذا كانت الضوضاء مصدر قلق بالنسبة لك ، فاستخدم الألواح الشمسية.

يمكن أن تكون توربينات الرياح مختلفة كثيرًا.

إذا كنت تتعامل مع سرعة رياح أعلى ، يمكن أن تكون التوربينات عالية جدًا.

يمكن أن تكون التوربينات الصغيرة على وجه الخصوص ، بسرعات عالية ، عالية مثل تهذيب الحشائش.

إذا لم تكن مهتمًا بالاستماع إلى صوت آلة تهذيب الحشائش وهي تعمل في الموقع الذي ستقوم بتثبيت هذه التوربينات فيه ، فقد لا تكون طاقة الرياح خيارًا رائعًا.

موقع

الطاقة الشمسية مصطلح يستخدم لتعريف عملية تحويل الخلايا الشمسية الداخلية للألواح الشمسية إلى ضوء الشمس إلى كهرباء قابلة للاستخدام.

تعد الألواح الشمسية خيارًا رائعًا لمنزلك لأن عدد الألواح التي ستحتاجها لتوفير جميع توليد الطاقة للكهرباء يمكن أن يتناسب بسهولة مع سطح منزلك.

تعتبر الشمس من أكثر مصادر الطاقة وفرة ، على الرغم من أن بعض الأماكن تتعرض بشكل طبيعي لأشعة الشمس لساعات أكثر من غيرها.

تسمح الولايات المشمسة مثل تكساس وكاليفورنيا للألواح الشمسية بتوليد كهرباء أكثر من ولايات مثل واشنطن ، حيث يكون الجو غائمًا في كثير من الأحيان.

يمكن أيضًا أن تزيد الاتجاهات التي يتم فيها تثبيت الألواح الشمسية من الكفاءة أو تقللها.

في نصف الكرة الشمالي ، من الأفضل وضع الألواح الشمسية في مواجهة الجنوب بدون غطاء ظل فوق الألواح.

في حين أن الأنظمة الشمسية المثبتة في أي حالة يمكن أن توفر كمية الطاقة التي يحتاجها منزلك ، إذا كنت تعيش في حالة غائمة ، فإن البقاء على اتصال بالشبكة أو تثبيت بطارية احتياطية يمكن أن يساعدك على العمل على الكهرباء النظيفة طوال اليوم.

تستحوذ توربينات الرياح على طاقة الرياح ، التي تشغل مولدًا داخل التوربين ، وتحول تلك الطاقة إلى كهرباء.

الرياح ليست متاحة دائمًا ، ولكن لديها ميزة طفيفة على الطاقة الشمسية لأنها يمكن أن تولد الكهرباء في الليل عندما تهب الرياح.

يتم قياس كفاءة طاقة الرياح من خلال المقدار الفعلي للطاقة الحركية المحولة - مما يعني أنه عندما تضرب الرياح التوربين ، فإن التوربين يتحرك لإنتاج الطاقة.

يمكن لمعظم توربينات الرياح تحويل حوالي نصف الرياح التي تضربها إلى طاقة كهربائية ، مع معدل تحويل أعلى لتوربينات الرياح البحرية بسبب سرعات الرياح العالية.

عند التفكير في استخدام توربينات الرياح ، فإن الجغرافيا هي العامل الأكثر أهمية.

تتطلب أنظمة الرياح بيئات قاحلة تقريبًا من مصدات الرياح الكبيرة والمباني ، لذا فإن وضعها في المحيط أو في البحيرات الكبرى في الولايات المتحدة أو الغرب الأوسط ، أمر منطقي للغاية.

قد تكون الألواح الشمسية هي خيارك الأفضل إذا كنت تعيش في وسط المدينة المليء بالعديد من المباني السكنية والتجارية حيث يمكن تركيبها في أي مكان تريده ولن تشغل مساحة كبيرة.

يجب أن توضع توربينات الرياح عالياً فوق أي عوائق قد تمنع الريح لتكون فعالة.

لذلك إذا كنت تعيش في منطقة ريفية بها الكثير من المساحات المفتوحة ، فستعمل توربينات الرياح بشكل جيد بالنسبة لك.

التعاون

إن الزيادة الكبيرة في تركيب أسطح المباني الشمسية والاعتماد السريع في المجال المعماري هي الدوافع الرئيسية للطلب المتزايد على الخلايا الشمسية.

علاوة على ذلك ، عززت الأعاجيب التكنولوجية الحديثة اعتماد الألواح الشمسية لتوليد الكهرباء.

على سبيل المثال ، طور الباحثون تصميمًا جديدًا يمكنه ضغط المزيد من الطاقة من الألواح الشمسية.

بالإضافة إلى ذلك ، انخفضت أسعار الألواح الشمسية بشكل ملحوظ خلال العامين الماضيين.

علاوة على ذلك ، نشر باحثون في جامعة هيوستن مؤخرًا ورقة تكشف النقاب عن جهاز هجين يمكنه التقاط وتخزين الطاقة الشمسية.

في توربينات الرياح ، نظرًا لعقود من التحسين ، أصبحت الشفرة الحديثة "أكثر تطورًا في التصميم الديناميكي الهوائي ، واستخدام المواد ، وعملية التصنيع ، والهيكل من أي وقت مضى ، ولها ميزات مختلفة اختلافًا جوهريًا عن التطبيقات الديناميكية الهوائية الأخرى مثل أجنحة الطائرة ، كتب الخبراء.

"تتضمن بعض الابتكارات الرئيسية سرعات أعلى للطرف لتقليل عزم الدوران وتقليل وزن مجموعة نقل الحركة ؛ وسرعة أعلى وجنيحات عالية الرفع للحصول على شفرة أكثر رشاقة وأخف وزناً ؛ وأشكال الأطراف المبتكرة لتخفيف الضوضاء.

أدت الابتكارات بمرور الوقت إلى شفرات حديثة وأشاروا إلى أن النصل أخف بنسبة 90٪ من نصل الثمانينيات إذا تم تغيير حجمه إلى الأطوال الحالية ".

ومن الأمثلة على الإنجازات البارزة التي حدثت مؤخرًا ، الخياطة المطاطية الهوائية ، "التي تقلل الأحمال بشكل سلبي من خلال ثني شفرات الوصلة وتثبيتها" ؛ الأجنحة السميكة المسطحة الخلفية ، والتي تتيح تحسين الأداء الديناميكي الهوائي من قسم الحاملة بالقرب من المحور ؛ والإضافات مثل مولدات الدوامات وأسوار التدفق ؛ بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من تحسينات التصنيع.

الطاقة الشمسية مقابل طاقة الرياح الخلاصة

لن ينتج النظام الشمسي الكهرباء عندما لا تشرق الشمس.

لن تنتج توربينات الرياح الكهرباء عندما لا تهب الرياح.

تعتمد الإجابة على نوع مصدر الطاقة البديلة المناسب لك على نوع الطقس في منطقتك.

ومع ذلك ، من المهم ملاحظة أنك لست بحاجة إلى العيش في أريزونا أو كاليفورنيا أو فلوريدا لجعل الطاقة الشمسية مربحة.

حتى الأنظمة الشمسية المثبتة في مناطق من البلاد معروفة بكونها غائمة ، مثل Upstate New York أو Ohio ، يمكن أن يكون لها أنظمة مربحة للغاية.

في حين أنه من المرجح أن تكون توربينات الرياح أقل تكلفة للتركيب في البداية ، إلا أنها ستكلف أكثر بكثير على مدى عمر النظام للصيانة والتشغيل.

من ناحية أخرى ، سيتطلب النظام الشمسي القليل من الصيانة.

لتلخيص كل ذلك ، نحن جزئيون للطاقة الشمسية (على الرغم من أننا قد نكون متحيزين قليلاً ...).

ولكن في النهاية ، يمكن أن يساعدك النظام الشمسي أو توربينات الرياح في توفير مبلغ كبير من المال على فواتير الكهرباء الخاصة بك كل شهر.

سيمكنك أي منهما أيضًا من إحداث فرق من خلال تقليل اعتمادك على مصادر الطاقة غير المتجددة وخلق عالم أنظف للأجيال القادمة.