الطاقة الكهرضوئية

giant_photovoltaic_array

الطاقة الشمسية

أنواع الخلايا الكهرضوئي

التكاليف الوسطية للخلايا الكهرضوئية

الأنظمة الكهربائية للنظام الكهرضوئي

المحطات الكهرضوئية ذات الاستطاعة الكبرى حول العالم

 أهم الشركات العالمية المصنعة للخلايا الكهرضوئية

 أنظمة كهرضوئية مدمجة مع أبنية وانشاءات مدنية -مشاريع عالمية

1-  الطاقة الشمسية

يتم الاستفادة من الطاقة الشمسية وذلك لأغراض توليد الطاقة الكهربائية عبر طريقتين أو نظامين:

  • النظام الكهرضوئي: حيث يتم عبر استخدام الخلايا الكهرضوئية PV Cells تحويل الطاقة الضوئية الشمسية بشكل مباشر إلى كهرباء عبر تعريض هذه الخلايا للطاقة الضوئية.
  • نظام المركزات الشمسية: أنظمة تعمد  لاستخدام العدسات والمرايا وذلك لتركيز الأشعة الشمسية المتناثرة الحاملة للطاقة الحرارية نحو بقعة معينة …ووفقاً لآليات متعددة و متنوعة يتم تحويل هذه الحرارة المركزة إلى طاقة كهربائية وبالتالي في هذا النظام يتم الحصول على الطاقة الكهربائية بشكل غير مباشر من الطاقة الشمسية

1-1  أنواع الخلايا الكهرضوئية (الشمسية):

يوجد ثلاث أنواع رئيسية من الخلايا الكهرضوئية بحيث الاختلاف المميز لها يكون حسب البنية التشكيلية للمادة السيليكونية المشكة للخلية كما يلي:

  1. مونوكريستالين  : (Mono Crystalline) تتألف من سيليكونات وحيدة البلورة
  2. البولي كريستالين (Poly Crystalline) : وهي تتألف من سيليكونات متعددة البلورات
  3. الرقائق السيليكونية الفلمية: تتألف من سيليكونات ليس لها تصنيف شكلي أو بنيوي محدد فهي تعرف باسم Thin Films or Amorphous Silicon

وهذه التشكيلة البنيوية للأنواع الثلاث هي المحدد الرئيسي لكفاءة النوع على تحويل الفوتونات إلى كهرباء

المونوكريستالين : معظم الخلايا الكهرضوئية المنتجة تكون ذات تشكيلة وحيدة البلورة وما يميز هذا النوع أنه
صاحب الكفاءة والكلفة الأعلى من النوعين الآخرين
  • البولي كريستالين: احتياج هذا النوع للسيليكون المكلف مادياً يكون أقل وبالتالي كلفته تكون أقل ,  وكفاءته أقل أيضاً لأنه يتألف من بلورات كريستالية متعددة , ولكن مصنعي هذا النوع من الخلايا يصرّحون بأن الوفر الاقتصادي الذي يحققه هذا النوع نوعاً ما يتفوق على كفاءته الأقل من النوع السابق.


  • الأفلام الكهرضوئية الرقيقة: تختلف عن النوعين السابقين بأنه ليس لها تركيبة بنيوية محددة, حيث يتم تصنيعها عبر ترسيب طبقات رقيقة جداً من السيليكون المُسال في فراغ ما مع وجود طبقة زجاجية أو بلاستيكية أو معدنية كطبقة داعمة .تكمن الفائدة الكبيرة لهذا النوع بأن كلفة الواط الكهربائي المنتجة منه هي الأرخص بين الأنواع الثلاث, ولكن كفاءتها هي الأقل بين النوعين السابقين .

الاستطاعةالكهربائيةالمنتجةمنالمادةالكهرضوئية

الواط الأعظمي الممكن إنتاجه بشكل تقريبي من واحد متر مربع حسب المادة الكهرضوئية (أرقام تقريبية )

المساحة المطلوبة من المادة الكهرضوئية لإنتاج 1 كيلوواط  من الكهرباء (m2)

نوع المادة الكهرضوئية

110 – 142

7 – 9 m2

المونو كريستالين ( بنية وحيد البلورة)

90 – 125

8 – 11 m2

البولي كريستالين (بنية متعددة البلورات )

76 – 90

11 – 13 m2

الأفلام الرقيقة : (تستخدم النحاس كمادة داعمة )

50 – 62

16 – 20 m2 

السيليكون اللاشكلي (نوع من الأفلام الرقيقة الكهرضوئية)

 

1-2  تكاليف النظام الكهرضوئي

في  سوق الصناعة النفطية يتم تقدير الكلفة بحسب سعر برميل الوقود كواحدة لقياس الكلفة, أما في سوق الطاقة الكهرضوئية فإن الواحدة الرئيسية لقياس الكلفة تكون حسب ال watt peakالتي يقدمها الموديولالكهرضوئي في شروط الاختبار القاسية.

حيث يشكل سعر الموديول الكلفة الأكبر للنظام الكهرضوئي الذي يحتوي على عناصر أخرى مثل المعرجات..وملحقات أخرى حسب النظام الكهربائي للنظام الكهرضوئي, وتقدر نسبة كلفته من 40-50 % من الكلفة الكلية للنظام الكهرضوئي

وتتراوح التكاليف ما بين $4.6 لل واط في حال استخدام موديولات الأفلام الرقيقة وما بين  $6.9 لل واط الواحد في موديول  المونوكريستالين .

تكلفة الكيلو واط المركب للنظام الكهرضوئي تتراوح وسطياً ما بين $6,000 إلى .$9,000

الموقع الاالكتروني التالي يقوم بتقديم سعر الجملة العالمي ل watt peak  لأنواع مختلفة من الخلايا الكهرضوئية, والتغيرات التي تطرأ على أسعارها بشكل شهري وفقاً للعرض والطلب . تم نشر الأسعار  لشهر شباط 2011, ويمكن عبر زيارة الموقع بشكل شهري الاضطلاع على الأسعار المحدًثة

http://www.solarserver.com/service/pvx-spot-market-price-index-solar-pv-modules.html

 

2-  أنواع الأنظمة الكهربائية للنظام الكهرضوئي:

تتنوع الأنظمة الكهرضوئية تبعاً للنظام الكهربائي بمعنى ربطها أو عدم ربطها بالشبكة الكهربائية, حيث يوجد نظامان رئيسيان:

  1. نظام منفرد غير مرتبط مع الشبكةstand alone or grid-off system
  2. نظام مرتبط مع الشبكة الكهربائية Grid connected system

وأيضاً هذه الأنظمة نفسها من الممكن أن تحتوي على بطاريات لتخزين الطاقة وقت الحاجة إليها أثناء الليل, أو قد لاتحتوي وذلك يعتمد على الغرض من إقامة النظام الكهرضوئي (تغذية منزل بالكهرباء, توليد الكهرباء لتغذية مضخة المياه …….إلخ )ووفقاً لدراسة اقتصادية وإلى اعتبارات كثيرة.


2-1         الأنظمة المنفردة stand alone system :

وهي الأنظمة الغير مرتبطة مع الشبكة وهذا يعني أنها مصدر الطاقة الوحيد للحمل سواء منزل أو مضخة مياه أو أي حمل آخر.

هذه الأنظمة يمكن أن تُصَمم لتعمل مع أو بدون بطاريات مثلاً مضخات المياه يمكن أن يتم الاستفادة من النظام الكهرضوئي لتوليد الطاقة من أجل تشغيل المضخة خلال ساعات النهار ويتم تخزين المياه فيما بعد ضمن خزانات لاستهلاكها فيما بعد خلال ساعات الليل ….مشكلة عدم توافر الشمس خلال الأيام الغائمة يمكن حلها بالاستعانة  بمحرك الاحتراق الداخلي Diesel Engines  كنظام مساعدة backup system .

أما في حال استخدام هذا النظام لتزويد منزل ما بالطاقة الكهربائية فلابدّ من الاستعانة بالبطاريات من أجل تخزين الطاقة الكهربائية خلال ساعات النهار أثناء توافر ضوء الشمس لاستخدامها في الليل.

يُعتبرهذا النظام مُربح وذو كفاءة اقتصادية بالمقارنة مع البدائل الأخرى في حال تم استخدامه لتغذية مناطق بعيدة عن خطوط الشبكة العامة وبالتالي ايصال خطوط التغذية الكهربائية إليها يكون ذو كلفة عالية. مثل القرى النائية والبعيدة المتواجدة في مناطق ذات اشعاع شمسي عالي والتي لم تصلها الكهرباء إلى الآن يمكن أن نعتمد على هذا النظام لتزويدها بالكهرباء.

2-1-1  الأنظمة المنفردة الغير مرتبطة بالشبكة:

 

 

2-1-2  الأنظمة الكهرضوئية المنفردة المرتبطة مع الشبكة:

 كمثال على هذه الأنظمة حالة المنزل الذي يتواجد على سطحه ألواح كهرضوئية و يحتوي على عداد الكتروني يعمل باتجاهين.

 يتواجد مثل هذا النظام في الدول الأوروبية التي تلقي اهتماماً ووعياً حقيقياً لأهمية الثروة الشمسية التي تتمتع بها بلدانها مثل ألمانيا. هذه البلدان تقدّر أهمية المساحات المتوفرة على سطوح المنازل حيث جعلت هذه المسا حات الوافرة تتحول إلى مصدر للطاقة وعملت على توفير ما يسمى بالشبكة الذكية Smart Grid وذلك لتشجيع المواطنين على الاستفادة من أسطح منازلهم لضخ الطاقة إلى الشبكة هذا يشكل على مستوى الدولة ككل مصدر حقيقي وهام للطاقة التي هي اليوم محور صراعات البشرية.

 مبدأ العمل هو وجود العداد الالكتروني الذي يعدُّ باتجاهين :

  1. في حال كان النظام الكهرضوئي يؤمن طاقة كهربائية عاليه كافية لتغطية أحمال المنزل المستهلكة , وتتجاوزها فإن هذه الطاقة الفائضة يتم تصديرها من منزل الشخص إلى الشبكة ويصبح المستهلك في هذه الحالة هو الذي يبيع الكهرباء للشبكة
  2. في حال كان الطقس لا يسمح بإنتاج طاقة كهربائية من النظام الكهرضوئي المتواجد على سطح المنزل, يتم استجرارا الطاقة من الشبكة بالشكل الطبيعي, أي المستهلك يشتري الكهرباء من الشبكة
  3. وجود هذا النظام يعمل على التوفير الأمثل في قيمة الفاتورة الكهربائية , حيث في نهاية الشهر يتم وبناءاً على الفرق بين ما قدمه المستهلك من طاقة للشبكة وبين ما استجره منها تحديد قيمة الفاتورة وفي بعض الحالات الجهة الكهربائية المسؤولة عن الفوترة هي التي تدفع للمستهلك في حال كان ما قدمه من طاقة عبر نظامه الكهرضوئي يفوق ما استجره من الشبكة الكهربائية.

2-2 الأنظمة المرتبطة مع الشبكة :

يوجد نوعين رئيسيين  من هذه الأنظمة:

1)      مرتبط مع الشبكة بدون وجود بطاريات للنخزين

2)      مرتبط مع الشبكة مع وجود بطاريات للتخزين كنظام مساعد Backup system

2-2-1  الأنظمة المرتبطة مع الشبكة دون وجود بطاريات للتخزين :

 هذا النظام لا يحتوي على بطاريات تعمل على تخزين الطاقة الفائضة عن حاجة المستهلك ,حيث يتم فوراً ضخ هذا الطاقة إلى الشبكة العامة عبر نظام يدعى net-metering .

التيار الناتج عن الألواح الكهرضوئية هو تيار مستمرDC  لذلك نستعين بالمعرج Converter  ليحوله إلى تيار إلى تيار متناوب قبل ضخه للشبكة, يقوم المعرج بتحويل التيار المستمر إلى المتناوب بحيث يكون له نفس تردد وتوتر الشبكة. طبعاً في حال تم إضافة البطاريات فإن ذلك سيزيد من كلفة النظام بشكل كبير.

 

 

2-2-2  نظام مرتبط مع الشبكة مع وجود بطاريات للتخزين :

3-  المحطات الكهرضوئية ذات الاستطاعة الكبرى حول العالم :

المحطةالكهرضوئيةالأكبرفيالعالمفي أونتاريو – كندا هي محطة سارنيا

محطة سارنيا تعمل على الطاقة الشمسية الكهرضوئية/ أونتاريو/ كنـــــــــــــــــــــدا

97ميغاواط من الطاقة النظيفة الخالية من الانبعاثات

الاستطاعة

هيئة أونتاريو للطاقة

الجهة المشترية للكهرباء

تحتل مساحة 950 هكتار حوالي 3.844 كيلو متر مربع

مساحة المحطة

تحتل الألواح الكهرضوئية مساحة 966,000 متر مربع, ويصل عددها إلى 1.3 مليون لوح من الأفلام الرقيقة تم تقديمها من قبل شركة First Solar  المصنعة للألواح الكهرضوئية (الموديول)

مساحة الألواح الكهرضوئية

حوالي 120,000 ميغاواط ساعي

الإنتاج السنوي

يفوق ال 39,000 طن في السنة

الوفر في CO2

أمنت المحطة حوالي 800 فرصة عمل في مجال البناء أي أثناء تشييد المحطة, إضافة إلى العشرات من الفرص المفيدة التي أمنها تواجد المحطة الطاقوية بشكل غير مباشر بما يتضمن ذلك شركات الهنسة والتصميم والمقاولات ومقدمي الخدمات………إلخ

فرص العمل التي  وفرتها المحطة

منذ شهر أوكتوبر عام 2009 وولاية أونتاريو الكندية تحقق نجاحات واسعة في تطبيق نظام Feed in Tariff  الذي يهدف إلى تشجيع المواطنين على استخدام أنظمة كهرضوئية مرتبطة مع الشبكة وذلك للاستفادة من المساحات المتوافرة على أسطح منازلهم, حيث تلعب ولاية أونتاريو دوراً رائداً في أميريكا الشمالية من حيث سن القوانين ومنح الحوافز لتشجيع الطاقات المتجددة وهذا ما نود أن نراه في بلداننا العربية التي تتمتع بثروة هائلة من الطاقة الشمسية 

 

أكبر 10 محطاتكهرضوئيةعلىمستوىالعالم

كلفة المشروع (million)

الموقع

البلد

الاستطاعة

(Mwp)

الترتيب

_____________

سارنيا (ولاية أونتاريو)

كندا

97

1

€120

مونتالتو دي كوسترا

ايطاليا

84.2

2

_____________

فينستيرويلد

ألمانيا

80.7

3

$382

روفيجو

ايطاليا

70

4

€384

كاستيلا لا مونتشا

اسبانيا

60

5

_____________

ستاربرينتشين

ألمانيا

54

6

$238 approximately  €173

ليبيروس

ألمانيا

53

7

_____________

كاستيلا لا مونتشا

أسبانيا

50

8

€250

آلينتيجو

البرتغال

46

9

€183

كوثين

ألمانيا

45

10


4-  أهم الشركات العالمية المصنعة للخلايا الكهرضوئية

وفقاَ لعمليات المسح السنوي لسوق الطاقة الكهرضوئية فقد تبين أنه في عام 2009 كان الإنتاج العالمي للألواح الكهرضوئية ما يعادل 12.3 غيغا واط من الطاقة. وقد شكلت الشركات العشر الأوائل ما نسبته 45% من هذا الإنتاج العالمي الكلي .

الاستطاعة المُنتجة من الألواح الكهرضوئية (Mw)

الدولة

اسم الشركة

الترتيب

1100

أميريكا

First Solar

1

704

الصين

Suntech

2

595

اليابان

Sharp

3

586

ألمانيا

Q-cells

4

525.3

الصين

Yingli

5

520

الصين

Ja Solar Holding

6

400

اليابان

Kyocera

7

399

الصين

Trina Solar

8

397

الفلبين

Sunpower

9

386

تايوان

Gintech

 10

5-   أنظمة كهرضوئية مدمجة مع أبنية وانشاءات مدنية :

 كمثال على مشاريععالميةلأنظمةكهرضوئيةمدمجةمعأبنيةوإنشاءاتعالمية(BIPV) سندرج

أولاً: المبنى الأكبر في العالم المزود بالخلايا الكهرضوئية المدمجة مع هيكله في الصين

 

ولاية شاندونغ , الصين

الموقع

 

 75,000 م2

مساحة المبنى

6.6 مليون كيلو واط ساعي

الطاقة المُنتجة

 8672.4 طن سنوياً

كمية الانبعاثات التي تم توفيرها

2640 طن من الفحم المعياري

كميات الفحم التي سيتم توفيرها سنوياً (في حال تم توليد نفس الطاقة المنتجة  من محطة تعمل على الفحم )

كفاءة الطاقة لهذا المبنى تصل إلى 88%

  

ثانياً: الملعب الأول في العالم الذي يعمل بنسبة 100% على الطاقة الشمسية

في تايوان, تم بناؤه لبطولة الألعاب العالمية لعام 2009

الموقع

40,000 ألف مقعد

استطاعة الملعب

1.14 مليون كيلو واط ساعي سنوياً

الطاقة الكهربائية

660 طن من CO2 في السنة

التوفير في CO2

كلّ مواد البناء المستخدمة في بناء الملعب هي100 % قابل للإستعمال ثانية

 

ثالثاً: برج التأمين التعاوني الاجتماعي في مانشيستر في المملكة المتحدة:

  • أكبر برج في العالم يحتوي على خلايا كهرضوئية تغطي واجهاته الثلاث حيث تمَ كسوته بما يقارب 7,244 من الألواح الكهرضوئية من نوع شارب لتنتج 390 كيلو واط من الطاقة بما يكافئ الطاقة التي نحتاجها لتغذية 55 منزل خلال عام , أو ما يعادل من الطاقة التي تكفي لتغذية 1,000 كومبيوتر شخصي لمدة عام كامل أيضاً
  • بدأت هذه الألواح المغطية للمبنى بتقديم الطاقة الكهربائية للشبكة العامة في شهر نوفمبر/ تشرين الثاني من عام 2005
  • يحتوي المبنى أيضاً على 24 عنفة ريحية تتواجد على سطحه, وتعمل على تأمين حوالي 10% من حاجة المبنى الكلية للطاقة

 

 

 

 

 

 

 

يمكن تحميل البحث كاملأ بصيغة PDF  من الرابط التالي:

الطاقة الكهرضوئية

عن الكاتب

م.هبه الحلبي

م.هبه الحلبي
مهندسة طاقة كهربائية / طاقات متجددة تخرجت عام 2009 من جامعة دمشق/ كلية الهندسة الميكانيكية والكهربائية عضو في مشروع سوا (الأكاديمية العالمية للأعمال المستدامة), الذي يهدف لإعادة توجيه السياسات والإجراءات في سوريا نحو الاستدامة بما يتوافق مع التوجه العالمي عملت كمهندسة طاقات متجددة في قسم تطوير المشاريع في شركة سنا/ مرافق صفحة الكاتب
2 Comments - Leave a comment
  1. Mohammad says:

    جزاك الله خير بحث رائع ومنسق

    اتمنى لك التوفيق

  2. Mokhtar Al-Hamadi says:

    روووعة إبداع. من أفضل البحوث والمواضيع ابالعربية التي وجدتها في النت تتحدث عن الطاقة الشمسية.. مشكورة يابش مهندسه…

Leave a comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

تابعنا
FacebookGooglePlusLinkedInTwitterRSS
النشرة البريدية

اشترك بالنشرة البريدية للرسائل الإخبارية:

شارك
استفتاءات

كيف وجدت التصميم الجديد للموقع ؟

View Results

Loading ... Loading ...