ما مقدار الكهرباء التي تنتجها الألواح الشمسية؟

في عام واحد، نستخدم نفس كمية الطاقة التي يتلقاها كوكبنا من الشمس في ساعة واحدة فقط. ترسل الشمس إلى كوكبنا حوالي 222،500،000 تيراواط ساعة من الطاقة كل عام. للمقارنة، في عام 2014، بلغ إجمالي كمية الطاقة التي استهلكناها 109609 تيراواط ساعة . هذا يعني أنه في عام 2014، وفرت الشمس 2000 مرة طاقة أكثر مما استخدمناه في جميع أنشطتنا.

لكن طاقة الشمس ليست متاحة بسهولة لاستخدامنا. يجب تحويلها إلى كهرباء . تؤثر كفاءة هذا التحويل على كمية الطاقة الشمسية التي يمكننا حصادها في الوقت الحالي. تتمتع الألواح الشمسية الأكثر كفاءة في السوق بكفاءة قصوى تبلغ 22 بالمائة، لكن معظم المصفوفات الشمسية التي تراها حولك تصل إلى 15 بالمائة فقط .

لذلك على الرغم من أن الطاقة الشمسية مجانية ووفرة، إلا أنه لا يزال هناك مساحة كبيرة للتحسين عندما يتعلق الأمر بقدرتنا على حصادها. وكفاءة الألواح الشمسية ليست سوى أحد العوامل المحددة.

العوامل المؤثرة في إنتاج الألواح الشمسية

على الرغم من اختلاف كل مجموعة شمسية، إلا أن هناك سبعة عوامل عامة تؤثر على إجمالي إنتاج الكهرباء لكل نظام. هذه العوامل هي:

• • • الحجم: يتراوح حجم معظم أنظمة الطاقة الشمسية السكنية من 1 كيلو واط إلى 5 كيلو واط. للحصول على فكرة أفضل، قد تتكون 5 كيلو واط من 20 لوحة (اعتمادًا على نظامك)، لتوليد طاقة كافية لتغطية احتياجات الكهرباء بالكامل لمنزل عائلي متوسط ​​[3] .

• • • الاتجاه: موضع الألواح على السطح أمر بالغ الأهمية. في نصف الكرة الشمالي، يجب أن تواجه الألواح الجنوب، وفي النهاية الجنوب الغربي أو الجنوب الشرقي، لتحقيق أفضل نتيجة. في نصف الكرة الجنوبي، العكس هو الصحيح.

• • • زاوية السقف: نظرًا لأن الطريقة الأكثر تكلفة هي تركيب الألواح على السطح ، فإن الزاوية تعتمد على ميل السقف. على الرغم من أنه لتحقيق أقصى قدر من إنتاج اللوحات، يمكنك الحصول على تثبيت قابل للتعديل، حيث يمكنك إمالة اللوحة وفقًا للموسم. القاعدة الأساسية لتحديد الزاوية المناسبة هي إمالة اللوحة بمقدار 15 درجة عموديًا أكثر من موضع البداية في الشتاء وبمقدار 15 درجة أفقيًا في الصيف [4] .

• • • الموقع: يحدد موقعك الجغرافي مقدار ضوء الشمس خلال المواسم المختلفة التي يحصل عليها نظامك الشمسي. ستولد نفس اللوحة كهرباء في كاليفورنيا أكثر من سياتل، لأن سياتل تزداد غيومًا بشكل عام.

• • • الظل: القاعدة الأساسية هي تجنب التظليل قدر الإمكان. تتكون الألواح الشمسية شائعة الاستخدام من 60 خلية شمسية. عندما تكون 4 خلايا شمسية فقط من أصل 60 في الظل، قد ينخفض ​​إنتاج الطاقة بنسبة 10 بالمائة [4] . يؤدي الظل الموجود على بعض الخلايا أيضًا إلى جعل الخلايا الأخرى تعمل بشكل مفرط، وبالتالي يقلل من عمر الألواح الشمسية.

• • • الصيانة: يمنع الغبار دخول ضوء الشمس إلى اللوحة بطريقة مماثلة مثل الظل. وفقًا للدراسة الحديثة ، قد تنخفض الكفاءة بنسبة تصل إلى 25 بالمائة بسبب الغبار. لتحقيق أفضل أداء، يجب أن يكون التنظيف المنتظم للألواح على رأس قائمة الأعمال المنزلية.

• • • درجة الحرارة: تقوم الألواح الشمسية بتحويل طاقة الضوء (وليس الحرارة) إلى كهرباء. يتم اختبار الألواح في ظل ظروف “مثالية”، والتي تكون من حيث درجة الحرارة 25 درجة مئوية أو 77 درجة فهرنهايت. ولكن عندما ترتفع درجة الحرارة بمقدار درجة مئوية واحدة، تفقد الألواح كفاءتها بنحو 0.4 بالمائة [2] . تكون درجات الحرارة الأكثر برودة مرغوبة أكثر لأن المواد الباردة توصل الكهرباء بشكل أفضل. المشكلة الوحيدة في المناخات الباردة هي تقليل كمية الأيام المشمسة.

قد يبدو أنه يجب أخذ الكثير في الاعتبار، ولكن الحقيقة هي أن العديد من العناصر المذكورة أعلاه هي مجرد حس عام مدمج مع الفيزياء الأساسية. لذلك، لا ينبغي أن يكون مفاجئًا أن أيًا من هذه العوامل أو مزيجها يمكن أن يضر بالقدرة الإنتاجية للألواح الشمسية.

كم هو على أي حال؟

اقرأ أيضا:

• كيف تعمل الألواح الشمسية؟

الكهرباء التي تنتجها لوحة شمسية واحدة

في المتوسط ​​، تنتج الألواح الشمسية الحديثة ما بين 250 إلى 270 واط في ظل ظروف أشعة الشمس ودرجة الحرارة المثالية. هذه هي الطاقة المكافئة لإضاءة 84 لمبة فلورسنت مدمجة لمدة ساعة واحدة في اليوم [6] . تتكون هذه اللوحة من 60 خلية شمسية. تولد خلية شمسية واحدة 5 واط، بكفاءة تتراوح بين 15 إلى 18 بالمائة. يبلغ حجم اللوحة في هذه الحالة حوالي 65 بوصة في الطول و 40 بوصة في العرض [2] .

ولكن يمكنك أيضًا الحصول على لوحات تولد ما يصل إلى 325 واط. ومع ذلك، يجب أن تعلم أن الألواح ذات الإنتاج الأعلى تكون أكثر تكلفة وعادة ما يتم تثبيتها عندما تكون المساحة الخالية عاملاً مقيدًا .

هذا ليس كل شئ…

يوجد على ظهر كل لوحة رقم يوضح أقصى تقدير للطاقة . هذا الرقم يعبر عن التيار المباشر الناتج في ظل ظروف الاختبار القياسية. نظرًا لأن الألواح الشمسية تنتج تيارًا مباشرًا وأن منازلنا تنفد من التيار المتردد، فيجب تحويل الطاقة المولدة. أثناء التحويل، تحدث المزيد من خسائر الطاقة. عادة، يصنعون حوالي 20 بالمائة [7] .

هذا يعني أنه من التيار المباشر الناتج عن الألواح الشمسية نحصل على 80 بالمائة من التيار المتردد لاستخدامنا. لذلك، إذا كنت تريد حساب عدد الألواح الشمسية اللازمة لتغطية احتياجاتك من الطاقة، فعليك أن تأخذ هذا الرقم في الاعتبار.

على سبيل المثال، أنت بحاجة إلى 5 كيلوواط (kW) من التيار المتردد. 5 kW يجب أن تقسم على 0.8 (مثل 80 بالمائة كفاءة أثناء التحويل). الرقم النهائي الذي تحصل عليه هو 6.25 كيلو وات من التيار المباشر، أي ما يعادل 25 لوحًا بقدرة 250 وات أو 20 لوحًا بقدرة 325 وات [7] .

يولد كلا النظامين نفس القدر من الطاقة، ويعتمد اختيارك فقط على المساحة المتوفرة والمال الذي ترغب في استثماره، لأن اللوحات ذات 325 واط تكلف أكثر.

في النهاية، يجب أن تعلم أن الحد الأقصى لتصنيف الطاقة للوحة الشمسية يوفر معلومات عامة فقط لتوجيه قرارك. سيعتمد ناتج الكهرباء الحقيقي دائمًا على ظروف معينة في موقعك. وحتى إذا كانت الطاقة الشمسية لا تبدو واعدة بالنسبة لك في الوقت الحالي، في هذا العصر الرائع لتقدم التكنولوجيا الخضراء، يمكننا توقع حلول مذهلة للمستقبل.