الطاقة الشمسية

 

نظمة الطاقة الشمسية للمنازل:
حينما نقول تعبير " الطاقة الشمسية للمنازل " فاننا نعني بذلك كل التطبيقات التي تستطيع ان تحول    الطاقة الشمسية الي اي شكل من اشكال الطاقة التي تلبي احتياجاتنا اليومية داخل المنزل.
هذه التطبيقات قد تكون انظمة الألواح الشمسية الفولتوضوئية  او قد تكون سخانات شمسية لتسخين المياه او حتي قد تكون انظمة تبريد او تدفئة بالطاقة الشمسية او انها قد تكون حتي طهو الطعام بالطاقة الشمسية وكل ما قد يرد في ذهنك من تطبيقات الطاقة الشمسية المختلفة داخل المنزل.
ولكن بما اننا قد تعودنا ان الكهرباء تستطيع ان تلبي لنا جميع الاحتياجات التي نريدها داخل المنزل فان اول ما يرد في ذهن من ليس له خلفية عن الطاقة الشمسية حينما نقول مصطلح " الطاقة الشمسية للمنازل " هو هذه الصورة التي بالأعلي وهي صورة منزل يلبي احتياجاته من الكهرباء بالطاقة الشمسية عن طريق نظام الألواح الشمسية الفولتوضوئية 
لذلك فاننا في هذا الموضوع سنتحدث عن انظمة الطاقة الشمسية للمنازل لتوليد الكهرباء  محاولين تبسيط الموضوع للأجابة عن تساؤلات شخص عادي يريد ان يعرف ما سيحتاجه لتوفير احتياجات منزله من الكهرباء بالطاقة الشمسية وتكلفتها المبدئية وغيرها من التساؤلات. 
تستطيع ان تعلق علي الموضوع باي تساؤل يرد في ذهنك ولم نذكره في هذا الموضوع وسنجيب عليك بكل سرور "
ان كنت تفكر جديا في تشغيل منزلك بالطاقة الشمسية : فمن الطبيعي ان اول تساؤل لديك هو: ما هي تكلفة الطاقة الشمسية للمنازل وما هي المساحة التي احتاجها ؟؟ 
بالطبع نعلم ان هذا هو أهم سؤال يدور في ذهنك وقد تكون قرأت كثيرا وسمعت كثيرا ولكنك حتي الآن لم تصل الي شخص يخبرك بشكل مبسط كيف تعرف التكلفة المبدأية لاستخدام الطاقة الشمسية للمنازل. ولقد تركنا اجابة هذا التساؤل في آخر الموضوع نظرا لأهمية ان تفهم العديد من الامور أولا قبل ان نجيبك عليه. فتابع معنا ولا تتسرع فالأمر يحتاج الي القليل من الهدوء والصبر.

 

 

الطاقة الشمسية الفولتوضوئية للمنازل لتوليد الكهرباء 

انظمة الطاقة الشمسية للمنازل من هذا النوع هي عبارة عن تكنولوجيا تقوم بتحويل اشعة الشمس الساقطة علي الألواح الفولتوضوئية الي طاقة كهربية تستطيع ان تستخدمها لتلبية احتياجاتك داخل المنزل أو حتي جزأ منها وهذا يعتمد علي حجم النظام نفسه ومدي استهلاكك للكهرباء وموقعك الجغرافي علي الخريطة فشدة الاشعاع الشمسي يختلف من بلد الي اخري وحتي من مدينة الي أخري وأعتقد اننا في عالمنا العربي لايجب ان نقلق اطلاقا من موقعنا الجغرافي علي الخريطة فجميع البلاد العربية بفضل الله غنية بالطاقة  الشمسية. 

مكونات انظمة الطاقة الشمسية الفولتوضوئية للمنازل

لألواح الشمسية هي تعتبر العنصر الرئيسي والأساسي في انظمة الطاقة الشمسية للمنازل حيث انها هي التي تكمن فيها تكنولوجيا تحويل الطاقة الضوئية الي طاقة كهربية. واللوح الشمسي كما هو واضح في الصورة عبارة عن مجموعة من الخلايا الشمسية المتصلة مع بعضها بالتوالي او بالتوازي وموضوعة في اطار واحد اما اذا تم وضع مجموعة الواح في اطار واحد كبير فتسمي "  مصفوفة " كما في حالة المشاريع الضخمة ومحطات توليد الكهرباء بالطاقة الشمسية.

منظم الشحن

بكل بساطة وظيفته تنظيم الجهد والتيار الداخل الي البطارية حتي نحافظ عليها من التلف  كشاحن بطارية المحمول مثلا 

محول التيار 

الألواح الشمسية  تنتج تيار مستمر   

ولكن جميع الاجهزة الكهربية التي بداخل المنزل تعمل بتيار متردد وهنا تأتي وظيفة محول التيار أو الانفرتر.

فهو الذي يقوم بتحويل التيار من مستمر الي متردد وينظم الجهد الخارج ليتماشي مع نظام الاجهزة الموجودة في المنزل.

 البطاريات

بالطبع بطاريات الطاقة الشمسية هدفها الرئيسي هو تخزين الطاقة الكهربية لكي نستخدمها في الاوقات التي لا تكون الشمس ساطعة فيها كالليل مثلا. ومعظمها تكون بجهد 12 فولت

 

يمكن تقسيم انظمة توصيل الطاقة الشمسية للمنازل الى طريقتين رئيسيتين للتوصيل اولهما هو النظام الفردي وهو يعني ان النظام غير متصل بشبكة الكهرباء العمومية. اما النظام الآخر فهو النظام المتصل بالشبكة العمومية للكهرباء. 

 

 النظام الفردي

 

 

تركيب الواح الطاقة الشمسية

من المعروف ان الشمس يتغير موقعها في السماء من ساعة الي أخري ومن يوم الي آخر ومن شهر الي شهر. وعلي الرغم من أهمية ذلك لتتابع الليل والنهار وكذلك فصول السنة ولكن هذا لا يعجب المهتمين بالطاقة الشمسية كثيرا. ويجعلنا دائما نسأل السؤال المعروف في اي اتجاه احتاج الي توجيه الواح الطاقة الشمسية الخاصة بي؟؟ دعونا نحلل هذا السؤال سويا لكي تعرف وعن فهم كيف تستطيع تحديد اتجاه الواح الطاقة الشمسية في اي مكان كنت علي سطح الكرة الأرضية.

 

أولا : كيف يتغير اتجاه الشمس علي مدار اليوم؟

كما هو واضح في الصورة بالأسفل لو انك ثبتت عصا علي الأرض ستجد ان ظلها في أول النهار يكون أطول من العصا نفسها وأرفع منها ولكنك في وسط النهار ستلاحظ ان طول الظل اقصر وفي نفس سمك العصا تقريبا ثم في آخر النهار سيعود الظل رفيع وطويل كما بدأ في أول النهار

 

 

بالطبع هذا التغير يعتمد علي حركة دوران الأرض حول محورها, الأمر الذي يجعل وضع الشمس في السماء يختلف بشكل يتناسب مع زاوية دوران الأرض.

ثانيا : كيف يختلف اتجاه الشمس علي مدار السنة؟

 

 

من المعروف ان الأرض تدور حول محورها المائل بزاوية 23 درجة تقريبا وفي نفس الوقت تدور حول الشمس دورة كاملة كل 365.25 يوم . وهذا الميل يجعل أحد نصفي الكرة الشمالي أو الجنوبي مواجه للشمس والآخر بعيد نسبيا ولذلك ستجد دائما ان فصول السنة في اي وقت في نصف الكرة الشمالي يقابلها الفصل المعاكس في النصف الكرة الجنوبي.

ولهذه الأسباب ستجد وكما هو واضح في الصورة بالأسفل ان كمية الأشعاع الشمسي الساقط علي المنطقة التي تعيش انت فيها يتناسب مع درجة خط العرض التي تقع عليه مدينتك.

الصورة توضح فصول السنة بالنسبة لنصف الكرة الشمالي وستجد ان النصف الجنوبي هو العكس مباشرة.

في الصورة الآتية منزل يقع في نصف الكرة الجنوبي ستجد انه في اي فصل من فصول السنة الشمس دائما تميل ناحية الشمال وعلي العكس تماما فمن يعيش في نصف الكرة الشمالي ستجد ان الشمس دائما في اي فصل 

من فصول السنة تميل ناحية الجنوب.

السؤال الأول: في أي اتجاه سأقوم بتركيب الواح الطاقة الشمسية الخاصة بي؟؟

الأجابة بكل بساطة أيا كان المكان الذي تعيش انت فيه فدائما تشرق الشمس من الشرق وتغرب من الغرب. ولكن دائما الشمس متعامدة علي خط الاستواء ولذلك فأن كنت تعيش في نصف الكرة الشمالي ( وهذا هو الحال في معظم البلاد العربية تقريبا ) وبما ان خط الاستواء يقع في الجنوب منا فأنت ستحتاج دائما ان تجعل الواح الطاقة الشمسية الخاصة بك مواجهة دائما للجنوب. 

السؤال الثاني: بأي زاوية ميل اقوم بتوجيه الواح الطاقة الشمسية الخاصة بي؟؟

في الحقيقة وبرغم من اننا سنحاول وضع اجابة مباشرة لهذا السؤال لأن هدفنا هو التبسيط وليس التعقيد. ولكن عليك ان تعلم اولا ان اجابة هذا السؤال ملتوية قليلا وليست مباشرة كما تظن فمثلا لو نتحدث عن مدينة تقع علي خط الأستواء ستكون الاجابة المباشرة هو ان تجعل الواح الطاقة الشمسية تنظر الي الأعلي مباشرة بشكل افقي. ولو نتحدث عن مكان يقع في القارة الجنوبية ستكون الاجابة مباشرة اجعل الواح الطاقة الشمسية رأسية. ولكن في حالة البلدان المتوسطة ودعونا مثلا نتحدث عن مصر كمثال فان قمنا بتركيب الالواح الشمسية اعتمادا علي زاوية ميل الشمس في فصل الصيف سنجد انه في فصل الشتاء لن نستطيع ان نحصل علي اقصي قيمة.

فان الشمس ترتفع زاويتها في السماء في الصيف وتقل في الشتاء وتكون في وضع متوسط في فصل الخريف والربيع.

وهذا يقودنا الي ان زاوية الميل يجب ان تختلف في كل فصل عن الآخر حتي نحقق اقصي استفادة في كل فصل. ولكن هذا لن يحدث غالبا.

ولكن القاعدة تقول انه لتحقيق أعلي استفادة من الاشعاع الشمسي في كل الفصول في السنة فيجب اتباع الآتي:

في فصل الصيف : ( درجة خط العرض - 15 درجة ) هي زاوية الميل المثالية

في الخريف والربيع: ( درجة خط العرض ) هي درجة الميل المثالية

في فصل الشتاء: ( درجة خط العرض + 15 درجة ) هي درجة الميل المثالية

وان كنت لا تنوي تغيير زاوية الميل في كل فصل فيمكنك ضبط زاوية الميل علي فصل الشتاء وستعمل جيدا ايضا في باقي فصول السنة.

تبقي لك ان تعلم انه عند تركيب الواح الطاقة الشمسية حاول بقدر الأمكان ان تتفادر ان تقوم بتركيبها في مكان يقع عليه ظل اي مبني او منشأة او جبل محيط بالمكان .

 

 

 

سأطلب منك ان تضع لنا في تعليق معدل استخدامك للكهرباء وكذلك قيمة الفاتورة الشهرية التي تدفعها لكي يستفيد الجميع وكذلك لأننا سنحتاجك ان تساعدنا في عمل دراسة لمتوسط استخدام المنزل في العالم العربي للكهرباء.

ثانيا : تكلفة الطاقة الشمسية للمنازل :

بالطبع حينما نقول تكلفة الطاقة الشمسية للمنازل نعني بذلك تكلفة الحصول علي الكهرباء الكافية لادارة منزلك من الطاقة الشمسية باستخدام نطام الواح الطاقة الشمسية الفولتوضوئية Photovoltaic panels. 

 

قبل ان تشرع في ادارة منزلك بالطاقة الشمسية فمن الحكمة ان تعرف جيدا الجدوي الاقتصادية للأمر.

مثال تستطيع تطبيقه بمفردك : 
أسمحوا لي ان ابدأ بالحديث عن شقة عادية جدا يعيش فيها خمس افراد فيكون متوسط استهلاك الكهرباء الشهري بها حوال 200Kwh ( كيلو وات ساعة ) . " طبعا انت ستطبق نفس المثال ولكن حسب استهلاكك انت "
نقوم بقسمة هذا الرقم علي 30 وهو عدد الايام في الشهر سنجد ان معدل الاستهلاك اليومي هو تقريبا 6.5 كيلو وات ساعة.
اي ان هذه الشقة تستهلك يوميا 6.5 كيلو وات ساعة.

نقف هنا لحظة لنسأل انفسنا سؤال مهم هل تستطيع الواح الطاقة الشمسية الفولتوضوئية Photovoltaic panels انتاج الكهرباء طوال اليوم؟ .. الاجابة بالطبع لا لأنها تعمل اثناء النهار فقط لذلك تحدثنا مسبقا ان مكان البلد او حتي المدينة التي سيتم تركيب نظام الطاقة الشمسية بها هو عامل مهم جدا في الحسابات. علي اي حال فمتوسط فترة سطوع الشمس في معظم بلدان العالم العربي 6 ساعات تقريبا. فالنظام الشمسي سيقوم خلال هذه ال 6 ساعات بانتاج كل الطاقة التي سيحتاجها هذا المنزل في اليوم ويقوم بتخزينها في بطاريات تعمل طوال اليوم.

لذلك سنقوم بقسمة معدل الاستهلاك اليومي لهذه الشقة عل 6 فتكون المعادلة كالتالي :
6.5 كيلو وات ساعة / 6 ساعات = 1.1 كيلو وات (تقريبا) 
" لاحظ ان وحدة القياس الآن اصبحت بالكيلو وات وليست كيلو وات ساعة "
 هذا يعني اننا الآن اصبحنا نعلم اننا نحتاج لتركيب نظام لتوليد الكهرباء ب الطاقة الشمسية للمنازل يستطيع ان ينتج لنا 1.1 كيلو وات 
وسيتبقي لنا الآن نفس السؤالين المهمين ما هي تكلفة الطاقة الشمسية للمنازل ؟ وما هي المساحة المطلوبة للتركيب ؟

دعونا نبدأ بالسؤال الثاني : ما هي المساحة المطلوبة للتركيب ؟
نحن مازلنا نتحدث في نفس المثال ووصلنا الي اننا سنحتاج نظام يستطيع ان يولد لنا 1.1 كيلو وات ( 1100 وات )

" يجب ان تعلم ان هناك كفاءات مختلفة ومتعددة لألواح الطاقة الشمسية المتاحة في السوق و هي ما بين 100 الي 250 وات لكل متر مربع. " اي ان كل متر مربع من الالواح الشمسية يستطيع توليد ما بين 100 الي 250 وات حسب النوع والكفاءة والشركة المنتجة. وطبعا السعر يختلف.