وفر المال مع الطاقة الشمسية : تكنولوجيا الطاقة الشمسية 101

نظرة سريعة على تاريخ الطاقة الشمسية

أنشأت Bell Labs أول خلية كهروضوئية من السيليكون في عام 1954.

على الرغم من أن الطاقة الشمسية قد تم التقاطها سابقًا وتحويلها إلى طاقة قابلة للاستخدام من خلال طرق مختلفة ، إلا أن الطاقة الشمسية لم تصبح حتى عام 1954 مصدرًا حيويًا للكهرباء لتشغيل الأجهزة لفترات طويلة.

حولت الخلايا الشمسية الأولى الإشعاع الشمسي إلى كهرباء بكفاءة 4٪ - للمقارنة ، يمكن للعديد من الألواح الشمسية المتاحة على نطاق واسع اليوم تحويل ضوء الشمس إلى طاقة شمسية بكفاءة 20٪ ، وهو رقم يتزايد باستمرار.

على الرغم من أن قبول الطاقة الشمسية كان بطيئًا في البداية ، إلا أن العديد من الحوافز والسياسات الحكومية والفيدرالية ساهمت في خفض تكلفة الألواح الشمسية بما يكفي لجعلها مقبولة على نطاق أوسع.

تعمل ملحقات السقف كقاعدة لأي لوحة شمسية.

هناك عدة أنواع وأنماط من الملحقات الشمسية ، كل منها مصمم لمواد تسقيف معينة.

أكثر مواد التسقيف شيوعًا هي تركيب القوباء المنطقية الإسفلتية.

تعمل منتجات تركيب أسقف الألواح الخشبية ذات التركيبات المختلفة كمرساة هيكلية ووميض مقاوم للماء.

تساعد هذه المنتجات "المتكاملة" على تقليل الوقت والتكلفة المرتبطة بتركيب ملحقات السقف.

من ناحية أخرى ، تتطلب أسطح البلاط والأردواز منتجات أكثر تعقيدًا وإجراءات تركيب تستغرق وقتًا طويلاً.

تتفاقم هذه الصعوبات بسبب حقيقة أن البلاط حساس ويمكن أن يتشقق إذا لم يتم التعامل معه بشكل صحيح.

عند قبول العطاءات من مُركِّبي الطاقة الشمسية ، يجب أن يتوقع أصحاب المنازل بهذه الأنواع من الأسقف أن يدفعوا أكثر قليلاً.

بالإضافة إلى ذلك ، من الأفضل أن تناقش مسبقًا كيف ينوي المثبت تجنب البلاط التالف أو استبداله.

ما تحتاج لمعرفته حول تكنولوجيا الطاقة الشمسية 101

الطاقة الشمسية هي مصدر طاقة نظيف وأرخص ثمناً ويمكن أن يكون بديلاً جيدًا للخدمة غير المتوقعة لشركة المرافق المحلية الخاصة بك.

باستخدام الألواح الشمسية ، يمكنك نسخ طاقتك احتياطيًا من أعطال المعدات إلى الكوارث الطبيعية وتكون المنزل الوحيد في منطقتك المضاء بالأضواء.

باستخدام نظام الطاقة الشمسية ، يمكنك تقليل اعتمادك على الشبكة الكهربائية التقليدية مع تحقيق وفورات شهرية في الطاقة تعمل على خفض فاتورة الكهرباء الشهرية.

تمتص الألواح الشمسية أشعة الشمس الموجودة على سطح منزلك ، وهو مصنوع من الخلايا الشمسية.

يتم تمرير الكهرباء التي تنتجها هذه الأشعة من خلال العاكس ، وهو أحد مكونات نظامك الذي يحول الطاقة التي تتلقاها الألواح إلى طاقة في منزلك.

إذا كان نظام السطح الخاص بك ينتج طاقة أكثر مما يمكنك استخدامه ، فيمكنك تخزينه باستخدام البطاريات الشمسية لاستخدامه لاحقًا ، مثل الليل أو عندما يكون الجو غائمًا ، بحيث لا تترك في الظلام أبدًا.

معظم الألواح الشمسية لها عمر يتراوح بين 25 و 30 عامًا.

ومع ذلك ، تفقد الألواح الشمسية قدرتها على امتصاص ضوء الشمس بمرور الوقت.

لذلك ، بينما سيستمرون بلا شك في العمل بعد بضعة عقود ، فإنهم سيفعلون ذلك بقدرة أقل وبكفاءة أقل مع مرور الوقت.

يشير العمر الافتراضي المحدد من قبل الشركة المصنعة للألواح الشمسية إلى متى ستتدهور قدرة اللوحة إلى النقطة التي لم تعد فعالة فيها.

داخل الشبكة أم خارج الشبكة؟

سيكون هناك اعتبار آخر وهو ما إذا كنت تريد أن تظل متصلاً بشبكة الكهرباء الخاصة بشركتك كمصدر احتياطي للطاقة أو تعمل بالطاقة الشمسية تمامًا.

سيتطلب الخروج تمامًا من الشبكة تخزين البطاريات الشمسية عندما لا تتوفر الطاقة الشمسية الكافية.

عندما يكون نظامك المتصل بالشبكة غائمًا أو في الليل ، ستحصل على طاقتك من الشبكة وتدفع أسعار طاقة الشبكة.

سوف تستمد أنظمة الطاقة الشمسية خارج الشبكة الطاقة من تخزين البطارية لديك للحفاظ على الأضواء مضاءة والانتقال السلس من النهار إلى الليل.

فيما يلي تفصيل لأنظمة الطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة وخارجها:

نظام الطاقة الشمسية على الشبكة

الألواح الكهروضوئية متصلة بشبكة المرافق.

خلال النهار ، توفر الوحدات الشمسية الكهرباء لمنزلك.

يمكن تركيب مجموعة الطاقة الشمسية على السطح أو الأرض.

قبل الاستثمار في نظام شمسي متصل بالشبكة ، يجب أن تعرف حجم المصفوفة التي ستحتاجها لتلبية جميع متطلبات الطاقة في منزلك.

يتم توصيل الوحدات الكهروضوئية بعاكس أثناء تركيب الألواح الشمسية.

هناك أنواع مختلفة من محولات الطاقة الشمسية في السوق ، لكنهم جميعًا يفعلون نفس الشيء: تحويل تيار التيار المباشر (DC) من الشمس إلى تيار متردد (AC) ، وهو مطلوب لتشغيل معظم الأجهزة المنزلية.

عندما تتجاوز احتياجاتك من الطاقة ما يمكن أن توفره اللوحات الخاصة بك ، مثل الليل أو في الأيام الملبدة بالغيوم ، توفر شبكة المرافق الكهرباء لمنزلك.

إذا كانت المصفوفة الشمسية الخاصة بك تولد كهرباء أكثر مما تحتاج إليه ، فسيتم إرسالها إلى شبكة الطاقة كتيار متناوب (AC) لتزويد المنازل أو الشركات الأخرى بالطاقة.

يتلقى أصحاب المنازل في الولايات القضائية للقياس الصافي في الولايات المتحدة فاتورة ائتمان للفائض.

قد يتلقى الأفراد المؤهلون للقياس الصافي أسعار البيع بالتجزئة أو البيع بالجملة ، اعتمادًا على المكان الذي يعيشون فيه.

في وقت لاحق ، عندما لا تولد مجموعة الطاقة الشمسية الخاصة بهم طاقة كافية لتلبية الطلب ، يقوم أصحاب المنازل "باسترداد" أرصدةهم باستخدام شبكة الكهرباء.

قد تفرض شركات الكهرباء في بعض المناطق معدلات أعلى خلال فترات ذروة الطلب.

قد يخفف أصحاب المنازل الذين يمتلكون الطاقة الشمسية من تأثير التكاليف المرتفعة خلال ذروة الطلب خلال النهار لأن مجموعة الطاقة الشمسية الخاصة بهم تعوض الحاجة إلى الكهرباء.

ومع ذلك ، يتسبب انقطاع التيار الكهربائي أيضًا في إيقاف تشغيل مجموعة PV الخاصة بك لأنك متصل بالشبكة.

هذا يحمي الكهربائيين الذين يقومون بإصلاح خطوط النقل من الإصابة أو القتل بسبب الجهد المباشر الذي ترسله اللوحات الخاصة بك.

نظام الطاقة الشمسية خارج الشبكة

قد يختار DIYers وأولئك الذين يسعون إلى الاستقلال الكامل للطاقة مجموعة شمسية قائمة بذاتها.

هذا النظام خارج الشبكة غير متصل بشبكة الطاقة.

خارج الشبكة مناسب أيضًا للأشخاص الذين يعيشون في مناطق نائية بعيدة عن خطوط الكهرباء لأن تكلفة تركيب كابلات النقل والتوزيع باهظة للغاية بالمقارنة.

تعد الطاقة الشمسية خارج الشبكة مثالية أيضًا للأشخاص الذين لديهم احتياجات محددة للتركيبات الكهربائية ، مثل الحظيرة أو سقيفة الأدوات أو السياج أو عربة سكن متنقلة أو قارب أو كابينة.

نظرًا لأن الأنظمة المستقلة غير متصلة بالشبكة ، فإن الطاقة الشمسية التي يتم التقاطها بواسطة الخلايا الكهروضوئية وتخزينها في البطاريات هي كل ما لديك من أجل الطاقة.

ما لم يكن لديك بالطبع مصدر آخر للطاقة المتجددة أو مولد يعمل بالوقود الأحفوري.

يفضل بعض الملاك خارج الشبكة الجمع بين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح عن طريق تركيب توربينات الرياح السكنية.

يذهب المنطق إلى أنه عندما تكون هناك غيوم تقلل من إنتاج الطاقة الشمسية ، فمن المحتمل أن تلتقط الرياح الركود.

يجب على الأفراد الذين يفكرون في استخدام الطاقة الشمسية خارج الشبكة حساب متطلبات الطاقة الخاصة بهم خلال فترة محددة (غالبًا عدة أيام على الأقل).

إذا لم تقم بذلك ، فقد تظل بدون كهرباء لفترة طويلة - ولا توجد شبكة توفر لك الطاقة.

بطبيعة الحال ، فإن ميزة الطاقة الشمسية خارج الشبكة هي أنك لا تتلقى فاتورة كهرباء أبدًا.

تتوفر العديد من الآلات الحاسبة عبر الإنترنت لمساعدتك في معرفة مقدار الكهرباء التي ستحتاجها لتشغيل جميع الأجهزة التي تريد استخدامها.

يحدد المبلغ الإجمالي حجم حزمة البطارية الخاصة بك (إذا قررت استخدام واحدة).

حزمة البطارية هي ببساطة مجموعة من البطاريات المترابطة.

يمكن أن تكون حزمة البطارية مكلفة.

في عام 2020 ، سيدفع المستهلكون ما بين 400 دولار و 750 دولارًا لكل كيلوواط ساعة ، على الرغم من أن التكلفة الإجمالية للعلامات التجارية عالية الجودة قد تكون أعلى من ذلك بكثير.

هناك طريقة أخرى للنظر إليها وهي أن البطاريات الشمسية تكلف عادةً ما بين 200 دولار و 2000 دولار لكل وحدة ، اعتمادًا على قدرتها على تخزين الطاقة.

يمكن أن تتضمن حزمة البطارية المعتادة خارج الشبكة 12 بطارية.

تبيع معظم الشركات مجموعات الألواح الشمسية خارج الشبكة التي تتضمن كل ما تحتاجه لإعداد نظامك خارج الشبكة.

مطلوب مراقب الشحن للأنظمة خارج الشبكة.

تعد وحدة التحكم في الشحن ، الموجودة بين الوحدات الكهروضوئية وحزمة البطارية ، مكونًا أساسيًا للأنظمة خارج الشبكة.

تحمي وحدة التحكم في الشحن البطارية بعدة طرق.

أولاً ، لمنع الشحن الزائد ، يحد هذا الجهاز من مقدار ومعدل الشحن الذي تتلقاه بطارياتك خلال اليوم.

كما أنه يمنع البطاريات من التصريف مرة أخرى باتجاه الألواح الخاصة بك أثناء الليل.

أخيرًا ، تحتوي وحدة التحكم في الشحن على فصل الجهد المنخفض.

هذا يعني أنه عندما تكون البطارية فارغة تقريبًا ، تقوم وحدة التحكم بإيقاف تشغيل الطاقة عن أجهزتك.

ستعيد تشغيلها بعد إعادة شحنها.

تحمي هذه الميزة البطاريات الخاصة بك من التلف الناتج عن الإفراط في التصريف.

يوجد في السوق اليوم نوعان من أجهزة التحكم بالشحن: PWM و MPPT.

يتم تحديد الأفضل بالنسبة لك من خلال جهد مجموعة الكهروضوئية ، والحمل ، والجهد الكهربائي لحزمة البطارية.

في معظم تطبيقات الطاقة الشمسية خارج الشبكة ، حيث تكون الوحدات الكهروضوئية أعلى بكثير في الجهد من حزمة البطارية ، فإن وحدة التحكم MPPT هي الخيار الأفضل.

نظرًا للحجم الكبير المطلوب لتشغيل منزل بأكمله لبضعة أيام أو أسابيع أو حتى أشهر ، فإن تكلفة النظام الشمسي خارج الشبكة غالبًا ما تكون فلكية ، حيث تصل بسهولة إلى 50000 دولار أو أكثر.

قد يكون الأمر أقل بكثير إذا أجريت بحثًا مكثفًا للحصول على أفضل الأسعار وقمت بتثبيته بنفسك.

تتناقص التكاليف الأولية مع تقدم تكنولوجيا الطاقة الكهروضوئية والبطاريات.

الإعفاءات الضريبية الفيدرالية والخاصة بالولاية متاحة أيضًا لمشاريع الطاقة الشمسية السكنية خارج الشبكة.

نظرًا لأن جميع البطاريات يتم شحنها فقط من خلال الطاقة المتجددة ، فهي أيضًا مؤهلة للحصول على ائتمانات ضريبية.

ومع ذلك ، إذا كنت تقوم أحيانًا بشحن حزمة البطارية الخاصة بك باستخدام مولد احتياطي يعمل بالوقود الأحفوري ، فلن تتمكن من الحصول على رصيد كامل لاستثمارك في البطارية.

نظام الطاقة الشمسية الهجين

النظام الهجين هو عندما تظل الألواح الشمسية متصلة بخطوط طاقة الشبكة ولديها نظام بطارية احتياطي لتخزين الطاقة الزائدة.

يتم تحويل الطاقة التي تمتصها الألواح الشمسية من الشمس إلى كهرباء قابلة للاستخدام بواسطة العاكس.

ثم يتم توجيه الكهرباء إلى منزلك أو بطاريتك أو الشبكة.

تتمثل ميزة النظام الشمسي الهجين في أنه سيكون لديك دائمًا الطاقة بغض النظر عن السبب.

يتم تخزين الطاقة الزائدة الناتجة عن الألواح الشمسية (ولكن لا يستخدمها منزلك) في بطارية احتياطية.

عندما لا تكون الشمس مشرقة ، ستبقيك هذه البطارية طوال الليل وانقطاع النظام وسوء الأحوال الجوية.

إذا كنت تستهلك كل الطاقة الموجودة في بطاريتك على نظام شمسي هجين ، فيمكنك استخلاص الطاقة من الشبكة الكهربائية.

يعمل النظام الشمسي الهجين عن طريق توجيه الطاقة الشمسية إلى العاكس الخاص بك ، وتوجيه الطاقة إلى منزلك.

يتم تخزين الطاقة الزائدة غير المستخدمة لتشغيل منزلك في بطارية منزلك.

عندما لا تقوم الألواح الشمسية بتوليد الكهرباء ، يمكن لهذه البطارية توفير الطاقة لمنزلك.

إذا بقيت طاقة متبقية بعد كل هذه الخطوات ، يتم إرسالها إلى الشبكة.

مراقبة أداء الطاقة الشمسية

تعد مراقبة الطاقة الشمسية من بين الاعتبارات الأساسية عند استخدام الطاقة الشمسية لأنها توفر معلومات حول مدى جودة تتبع إنتاج الطاقة الشمسية.

تضمن مراقبة الكهرباء التي ينتجها نظام الطاقة الشمسية أن الألواح الشمسية في حالة عمل جيدة.

مع تثبيت هذه المراقبة ، يمكنك تحديد ما إذا كانت اللوحات الخاصة بك تعمل بكفاءة وتولد أفضل إخراج ممكن ، كما هو مذكور عند شراء النظام.

أهم جانب في كل هذا هو أنك ستحصل على فكرة جيدة عن مقدار الأموال التي توفرها في فواتير الكهرباء وعائد الاستثمار الخاص بك لشراء واستخدام نظام الطاقة الشمسية الخاص بك.

في حال لاحظت أن نظامك لا يعمل كما ينبغي ، وهو أمر بعيد الاحتمال ، يمكن لنظام مراقبة الطاقة الشمسية تحديد المشكلات التي تتسبب في عدم أداء نظام الطاقة الشمسية لديك كما ينبغي ، ومساعدتك في حل المشكلة بسرعة.

، إما عن طريق الاتصال بمهندس طاقة شمسية مدرب أو ببساطة تنظيف الألواح الشمسية من أي غبار.

سيوفر لك نظام مراقبة الطاقة الشمسية المثالي بيانات في الوقت الفعلي حول الجوانب المختلفة لتشغيل نظامك الشمسي ، مثل تكوين الأجهزة والكفاءة والاستخدام طويل المدى والمزيد.

يمكن مراقبة توليد الطاقة الشمسية واستهلاكها وأدائها بعدة طرق:

اتصال مباشر بالكمبيوتر

يتم توصيل العاكس بجهاز كمبيوتر باستخدام جهاز Bluetooth أو كابل CAT5 بهذه الطريقة.

يمكنك الحصول على برنامج مراقبة مجاني من موقع الشركة المصنعة للعاكس.

تتمتع هذه الطريقة بميزة الحصول على البيانات وهي واحدة من أكثر طرق مراقبة الطاقة الشمسية بأسعار معقولة.

استخدام الجهاز المحمول

يمكنك الآن مراقبة نظامك الشمسي من هاتفك الذكي بفضل التقدم التكنولوجي.

نظرًا لأن معظم المحولات تدعم تكامل Bluetooth ، يمكنك توصيله بجهازك المحمول وتتبعه من هناك.

تتيح لك هذه الطريقة مراقبة إعدادات نظام الطاقة والتحكم المركزي عن بُعد لإنشاء ملفات تعريف مستخدم مخصصة.

مراقبة الطاقة الشمسية اللاسلكية ممكنة مع النظام.

بالإضافة إلى ذلك ، بناءً على إعداداتك ، يمكنك عرض البيانات عن بُعد عبر اتصالات الإنترنت أو الرسائل النصية القصيرة.

وحدة عرض المراقبة

تاريخيًا ، كانت هذه هي الطريقة الأساسية والوحيدة لمراقبة نظامك الشمسي.

تستلزم الطريقة جمع البيانات من واحد أو أكثر من المحولات المدمجة وعرضها على وحدة عرض.

يتم جمع البيانات باستخدام وحدات Bluetooth أو كابل CAT5.

المراقبة عبر الإنترنت

ترسل هذه الطريقة بيانات توليد الطاقة إلى جهاز التوجيه ، مما يجعلها متاحة على الإنترنت.

يمكن بعد ذلك الوصول إلى المعلومات بسهولة لأن كل مستخدم لديه موقع ويب مخصص محمي بكلمة مرور.

تتمثل إحدى مزايا هذه الطريقة في أنه يمكنك الوصول إلى هذه البيانات عن بُعد في أي وقت.

استخدام ميزات عرض البيانات التاريخية

يسمح الجيل الحالي من وحدات المراقبة الشمسية بربط بسيط مع أنظمة تخزين البيانات المختلفة.

نتيجة لذلك ، يتيح لك النظام عرض بيانات الأداء التاريخية لنظامك.

نتيجة لذلك ، يمكنك فهم عادات الاستخدام بشكل أفضل وتحديد مجالات التحسين.

ضمانات الطاقة الشمسية

تضمن ضمانات الألواح الشمسية استثمارك وهي عنصر أساسي في أي تركيب للطاقة الشمسية.

هناك عدة أنواع من الضمانات التي تحمي اللوحات الخاصة بك.

يعد فهم الاختلافات بينها وبين المنتجات التي لديها أفضل الضمانات أمرًا بالغ الأهمية لضمان حصولك على أفضل صفقة لنظام الطاقة الشمسية الخاص بك.

إذا قمت بتثبيت نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية لمنزلك أو عملك ، فمن المرجح أن تعمل الألواح الخاصة بك بدون مشكلة لعقود.

ومع ذلك ، تحدث مشكلات الألواح الشمسية من حين لآخر ، لذلك إذا كانت لديك مشكلة في الألواح الشمسية بعد تثبيتها ، فيجب أن تفهم أن باقي النظام الخاص بك لن يصبح غير صالح للعمل.

تأتي الألواح الشمسية عادةً مع نوعين من الضمانات: ضمان الكفاءة وضمان المعدات.

يضمن ضمان الكفاءة على الألواح الشمسية إنتاجًا بنسبة 90٪ بعد 10 سنوات و 80٪ بعد 25 عامًا.

من ناحية أخرى ، يركز ضمان المنتج على مهارة المنتج ويضمن لك ما لا يقل عن 25 عامًا.

ستقدم معظم الشركات المصنعة ضمانات أو ضمانات محدودة على بعض أو كل مكونات نظام الطاقة الشمسية لديك.

إذا كانت الشركة على استعداد للوقوف وراء منتج لعدة عقود ، فعادة ما يكون ذلك علامة على الجودة العالية.

يمكن أن يستمر نظامك لمدة 25 عامًا أو أكثر إذا اخترت المعدات ذات الجودة المناسبة والألواح الشمسية ولديك مُثبِّت كفء لمساعدتك على تحسين أدائها.

يمكن أن يساعد تقييم ومقارنة تغطية ضمان المنتجات الخاصة بمصنعي اللوحات في ضمان تلبية احتياجات الخدمة والدعم في حالة ظهور مشكلة في الألواح الشمسية.

وبالتالي ، تعد ضمانات المنتج الخاصة بالمصنعين مكملاً هامًا لعوامل أخرى في تقييم تفاصيل أداء الشركة المصنعة للوحة وممارساتها التجارية.

إذا فشلت إحدى الألواح الشمسية ، فسوف تقوم الشركة المصنعة بشحن لوحة بديلة ، وفي بعض الحالات ، ستدفع حتى تكاليف الشحن والعمالة لاستبدالها.