مصفوف ضوئي جهدي

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى التنقل اذهب إلى البحث
مصفوف ألواح ضوئية جهدية.
مصفوف ألواح شمسية بفرايبرج ألمانيا.
لوح شمسي يكفي لمد الياخت بكهرباء 12 فولط و 9 أمبير في يوم مشمس.

النظام الضوئي الجهدي أو المنظومة الضوئية الجهدية أو نظام الطاقة الشمسية، هو نظام طاقة كهربائية مصمم لتوفير طاقة شمسية قابلة للاستخدام عن طريق الأجهزة الضوئية الجهدية. يتألف من مجموعة من عدة عناصر بينها ألواح شمسية لامتصاص وتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، وعاكس شمسي لتحويل الخرج من تيار مستمر إلى تيار متناوب، بالإضافة إلى أنظمة تثبيت وتوصيلات وملحقات كهربائية أخرى لإقامة نظام يعمل. قد يستخدم أيضًا نظام تتبع شمسي لتحسين الأداء الكلي للنظام وقد يضم بطارية احتياطية مدمجة، إذ يُتوقع انخفاض أسعار أجهزة التخزين. تشمل المصفوفات الشمسية بتعريفها الدقيق مجموعة الألواح الشمسية فقط، أي الجزء المرئي من النظام الضوئي الجهدي، ولا تشمل كل المعدات الأخرى، التي تختصر عادةً باسم ميزان النظام. بما أن الأنظمة الضوئية الجهدية تحول الضوء مباشرةً إلى كهرباء، يجب عدم الخلط بينها وبين الأنظمة الشمسية الأخرى، كمركزات الطاقة الشمسية أو الأنظمة الشمسية الحرارية المستخدمة للتبريد والتسخين.

تتراوح الأنظمة الضوئية الجهدية بين الأنظمة الصغيرة، والأنظمة السطحية والمدمجة مع الأبنية، وتكون لها قدرات تتراوح من بضعة إلى عشرات الكيلوواطات، إلى محطات توليد كهرباء كبيرة لها مئات الميغاواطات. معظم الأنظمة الضوئية الجهدية في هذه الأيام موصولة على الشبكة، في حين تشكل الأنظمة غير المربوطة على الشبكة أو الأنظمة القائمة بذاتها حصةً صغيرةً من السوق.

تطورت الأنظمة الجهدية الضوئية، والتي تعمل بصمت ودون أجزاء متحركة أو انبعاثات بيئية، من كونها تطبيقات أسواق تخصصية إلى تكنولوجيا ناضجة تستخدم لتوليد الكهرباء على نطاق واسع. يستعيد النظام السطحي الطاقة المستهلكة لتصنيعه وتركيبه خلال مدة تتراوح من 0.7 سنة إلى سنتين وينتج نحو 95 بالمئة من الطاقة المتجددة الصافية النظيفة خلال 30 سنة من زمن الخدمة.[1]:30[2][3]

بسبب نمو استخدام التقنية الضوئية الجهدية؛ انخفضت أسعار الأنظمة الضوئية الجهدية بسرعة شديدة منذ بدء استخدامها. ولكنها تتراوح حسب السوق وحجم النظام. في عام 2014، كانت أسعار الأنظمة السكنية ذات قدرة 5 كيلوواط في الولايات المتحدة بحدود 3.29$ لكل واط، [4]في حين انخفضت الأسعار في السوق الألماني ذي المنافسة الكبيرة للأنظمة السطحية حتى 100 كيلوواط إلى 1.24$ لكل واط.[5] تشكل الوحدات الشمسية الضوئية الجهدية أقل من نصف الكلفة الإجمالية للنظام،[6] ما يترك بقية الكلفة لعناصر ميزان النظام الأخرى وللتكاليف غير المباشرة (التكاليف الناعمة)، التي تشمل استجلاب العملاء، والحصول على التراخيص، والفحص، والربط البيني، وأجور عمال التركيب وأجور التمويل.[7]

النظام العصري[عدل]

نظرة عامة[عدل]

يحول النظام الضوئي الجهدي إشعاع الشمس -على شكل ضوء- إلى طاقة كهربائية قابلة للاستخدام. يشمل المصفوفة الشمسية وعناصر ميزان النظام. يمكن تصنيف الأنظمة الضوئية الجهدية بحسب عدة طرق تصنيف، كالموصولة على الشبكة في مقابل القائمة بذاتها، أو المدمجة في الأبنية في مقابل الأنظمة الصندوقية، أو الأنظمة السكنية في مقابل الخدمية (للمدن)، أو الأنظمة الموزعة في مقابل المركزية، أو السطحية في مقابل الأرضية، أو ذات التتبع الشمسي في مقابل الأنظمة ثابتة الميل، والأنظمة المبنية حديثًا في مقابل المدخلة كتحديثات على أبنية سابقة. تشمل طرق التمييز الأخرة الأنظمة ذات العاكسات الصغرية في مقابل العاكس المركزي، وأنظمة بلورات السيليكون في مقابل تكنولوجيا الأغشية الرقيقة، والأنظمة ذات الشركات الصانعة الصينية في مقابل الأوروبية أو الأمريكية.

يتصل نحو 99% من أنظمة الطاقة الشمسية الأوروبية ونحو 90% من الأنظمة الأمريكية بالشبكة الكهربائية، في حين تشيع الأنظمة غير المتصلة بالشبكة أكثر إلى حد ما في أستراليا وكوريا الجنوبية.[8] نادرًا ما تستخدم الأنظمة الضوئية الجهدية التخزين في بطاريات. قد يتغير هذا مع تطبيق الحوافز الحكومية لتخزين الطاقة الموزع ومع تدرج الاستثمار في حلول التخزين ليصبح مجديًا اقتصاديًّا للأنظمة الصغيرة.[9][10] المصفوفة الشمسية السكنية التقليدية تكون صندوقية موضوعة على السطح، بدل أن تكون مدمجة في السطح أو واجهة البناء، الأمر الذي يكلف أكثر بكثير. محطات الطاقة الشمسية الخدمية مركبة على الأرض، بألواح شمسية ثابتة الميل بدل استخدام أنظمة التتبع الباهظة. بلورات السيليكون هي المادة الأكثر استخدامًا في 90% من الوحدات الشمسية في العالم، في حين خسر منافسها الغشاء الرقيق حصته في السوق.[1] تصنع نحو 70% من كل الخلايا والوحدات الشمسية في الصين وتايوان، وفقط 5% منها تصنعها شركات صانعة أمريكية وأوروبية.[1] تنمو السعة المركبة من كل من الأنظمة المركبة على الأسطح ومحطات الطاقة الشمسية الكبيرة بسرعة شديدة وبحصص متساوية، رغم وجود ميل جدير بالملاحظة تجاه أنظمة النطاق الخدمي، مع تحول تركيز التركيبات الجديدة من أوروبا إلى أماكن مشمسة أكثر، كالحزام الشمسي في الولايات المتحدة الأمريكية، حيث هناك معارضة أقل للمزارع الشمسية الأرضية والمستثمرون أكثر تأكيدًا على الكفاءة المالية.[8]

ينخفض سعر التكنولوجيا الضوئية الجهدية باستمرار[3] تبعًا للتقدم في التكنولوجيا وزيادة نطاق التصنيع وتقدمه. هناك عدة ملايين من الأنظمة الضوئية الجهدية موزعة في أرجاء العالم، معظمها في أوروبا، إذ تضم ألمانيا لوحدها 1.4 مليون نظامًا،[1] وكذلك أمريكا الشمالية إذ تضم الولايات المتحدة 440,000 نظامًا.[11] ازدادت فعالية تحويل الطاقة لوحدة شمسية تقليدية من 15 بالمئة إلى 20 بالمئة منذ عام 2004،[1] ويسترجع النظام الضوئي الجهدي الطاقة التي يتطلبها تصنيعه خلال سنتين. في الأماكن المضيئة بشكل خاص، حيث تستخدم تكنولوجيا الأغشية الرقيقة، يتناقص ما يسمى بوقت استرداد الطاقة إلى سنة واحدة أو أقل.[1] قياس استهلاك الطاقة الصافي والحوافز المالية، كالتعرفة حسب التغذية التي تفضل الكهرباء المولدة من الطاقة الشمسية دعمت أيضًا بشكل كبير تركيب الأنظمة الضوئية الجهدية في العديد من البلدان.[12] أصبحت التكلفة المستوية للكهرباء من الأنظمة الضوئية الجهدية واسعة النطاق قادرة على منافسة المصادر التقليدية للكهرباء في لائحة متنامية من المناطق الجغرافية، وتحقق تكافؤ الشبكة في نحو 30 دولة.[13][14][15]

اعتبارًا من عام 2015، تقترب سوق التكنولوجيا الضوئية الجهدية سريع النمو من عتبة المئتي غيغاواط، أي نحو 40 ضعف القدرة التي كانت مركبة في عام 2006.[16] تساهم هذه الأنظمة حاليًّا بنحو 1% من توليد الكهرباء حول العالم. أكبر مركبي الأنظمة الضوئية الجهدية من حيث القدرة حاليًّا الصين واليابان والولايات المتحدة، في حين أن نصف القدرة العالمية مركبة في أوروبا، حيث توفر ألمانيا وإيطاليا على التتالي 7% و8% من استهلاكهما المحلي للكهرباء بالطاقة الشمسية المحصلة بالتكنولوجيا الضوئية الجهدية.[17] تتوقع وكالة الطاقة الدولية أن تصبح الطاقة الشمسية أكبر مصادر الطاقة الكهربائية بحلول عام 2050، بمساهمة التكنولوجيا الضوئية الجهدية وأنظمة المركزات الحرارية الشمسية بنسبة 16% و11% من الطلب العالمي على التتالي.[7]

انظر أيضًا[عدل]

مراجع[عدل]

  1. أ ب ت ث ج ح "Photovoltaics Report" (PDF). Fraunhofer ISE. 28 July 2014. مؤرشف من الأصل (PDF) في 31 أغسطس 2014. اطلع عليه بتاريخ 31 أغسطس 2014. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  2. ^ Service Lifetime Prediction for Encapsulated Photovoltaic Cells/Minimodules, A.W. Czanderna and G.J. Jorgensen, National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO. نسخة محفوظة 25 مايو 2017 على موقع واي باك مشين.
  3. أ ب M. Bazilian; I. Onyeji; M. Liebreich; et al. (2013). "Re-considering the economics of photovoltaic power" (PDF). Renewable Energy (53). مؤرشف من الأصل (PDF) في 31 أغسطس 2014. اطلع عليه بتاريخ 31 أغسطس 2014. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  4. ^ "Photovoltaic System Pricing Trends – Historical, Recent, and Near-Term Projections, 2014 Edition" (PDF). NREL. 22 September 2014. صفحة 4. مؤرشف (PDF) من الأصل في 29 مارس 2015. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  5. ^ "Photovoltaik-Preisindex". PhotovoltaikGuide. مؤرشف من الأصل في 10 يوليو 2017. اطلع عليه بتاريخ 30 مارس 2015. Turnkey net-prices for a solar PV system of up to 100 kilowatts amounted to Euro 1,240 per kWp. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  6. ^ Fraunhofer ISE Levelized Cost of Electricity Study, November 2013, p. 19 نسخة محفوظة 4 فبراير 2015 على موقع واي باك مشين.
  7. أ ب http://www.iea.org (2014). "Technology Roadmap: Solar Photovoltaic Energy" (PDF). IEA. مؤرشف من الأصل (PDF) في 07 أكتوبر 2014. اطلع عليه بتاريخ 07 أكتوبر 2014. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  8. أ ب "Global Market Outlook for Photovoltaics 2014-2018" (PDF). www.epia.org. EPIA - European Photovoltaic Industry Association. مؤرشف من الأصل (PDF) في 12 يونيو 2014. اطلع عليه بتاريخ 12 يونيو 2014. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  9. ^ Joern Hoppmann; Jonas Volland; Tobias S. Schmidt; Volker H. Hoffmann (July 2014). "The Economic Viability of Battery Storage for Residential Solar Photovoltaic Systems - A Review and a Simulation Model". Renewable and Sustainable Energy Reviews. 39: 1101–1118. doi:10.1016/j.rser.2014.07.068. مؤرشف من الأصل في 7 مايو 2020. اطلع عليه بتاريخ 28 ديسمبر 2018. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  10. ^ FORBES, Justin Gerdes, Solar Energy Storage About To Take Off In Germany and California, 18 July 2013 نسخة محفوظة 15 ديسمبر 2018 على موقع واي باك مشين.
  11. ^ US Solar Market Grew 41%, Had Record Year in 2013 | Greentech Media نسخة محفوظة 16 مايو 2017 على موقع واي باك مشين.
  12. ^ Renewable Energy Policy Network for the 21st century (REN21), Renewables 2010 Global Status Report, Paris, 2010, pp. 1–80. نسخة محفوظة 7 يونيو 2015 على موقع واي باك مشين.
  13. ^ Branker, K.; Pathak, M.J.M.; Pearce, J.M. (2011). "A Review of Solar Photovoltaic Levelized Cost of Electricity". Renewable and Sustainable Energy Reviews. 15 (9): 4470–4482. doi:10.1016/j.rser.2011.07.104. hdl:1974/6879. مؤرشف من الأصل في 28 أبريل 2019. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  14. ^ "Levelized Cost of Electricity—Renewable Energy Technologies" (PDF). www.ise.fraunhofer.de. Fraunhofer ISE. November 2013. صفحة 4. مؤرشف (PDF) من الأصل في 03 أغسطس 2014. اطلع عليه بتاريخ 03 أغسطس 2014. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  15. ^ "Crossing the Chasm" (PDF). Deutsche Bank Markets Research. 27 February 2015. صفحة 9. مؤرشف (PDF) من الأصل في 01 أبريل 2015. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  16. ^ Tam Hunt (9 March 2015). "The Solar Singularity Is Nigh". Greentech Media. مؤرشف من الأصل في 10 مارس 2020. اطلع عليه بتاريخ 29 أبريل 2015. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  17. ^ "Snapshot of Global PV 1992-2014". www.iea-pvps.org/index.php?id=32. International Energy Agency — Photovoltaic Power Systems Programme. 30 March 2015. مؤرشف من الأصل في 30 مارس 2015. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)