ما هي مكوّنات أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية على الأسطح؟

استناداً إلى أهداف الحياد الكربوني العالمية، تستمر عمليات تركيب أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية على الأسطح في الازدياد. وفقاً لبيانات الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA)، بلغت السعة المركبة العالمية من الأنظمة الكهروضوئية الموزعة 120 جيجاواط في عام 2023، منها أكثر من 58% على أسطح المنازل السكنية. هذه الأنظمة المتكاملة للتوليد والتخزين والاستهلاك تُحدث ثورة في قطاع الطاقة بفضل مكوّناتها وتقنياتها الأساسية. فما هو نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية على السطح؟ دعونا نستعرض بالتفصيل.

المكوّنات الأساسية لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية على الأسطح

1. الوحدات الكهروضوئية (الألواح الشمسية)

باعتبارها القلب المركزي للنظام، شهدت الألواح الكهروضوئية ثلاث مراحل من التطور التكنولوجي:

الجيل الأول: وحدات السيليكون البلوري

أحادية البلورة (Monocrystalline PERC): كفاءة الإنتاج تتراوح بين 22.5% – 24.8%.

متعددة البلورات (Polycrystalline): الكفاءة بين 17% – 19.6%، بتكلفة أقل (~0.3 يوان/واط).

الجيل الثاني: الوحدات الرقيقة (Thin-Film)

CIGS: تتميز بالمرونة وتناسب تطبيقات البناء المتكامل (مثل الواجهات).

البيروفسكايت: تجاوزت الكفاءة المخبرية 33.7%، مع إمكانات كبيرة للتسويق التجاري.

الجيل الثالث: التقنيات المركبة

HJT: بمعدل ثنائي الوجه 95% وتدهور سنوي أقل من 0.25%.

TOPCon: إنتاجية تفوق 700 واط، مع تقليل تكلفة الطاقة (LCOE) بنسبة 12%.

تطور في التغليف

الوحدات الزجاجية المزدوجة: عمر يصل إلى 35 سنة ومقاومة أفضل 3 مرات.

الوحدات الذكية: مدمجة برقائق تحسين ترفع إنتاجية اللوح الفردي حتى 20%.

2. العواكس (Inverters)

تتطور تقنيات العواكس في ثلاثة اتجاهات رئيسية:

3. أنظمة تخزين الطاقة (اختيارية)

في الأنظمة خارج الشبكة، يتيح التخزين استخدام الكهرباء ليلاً. من أنواع البطاريات:

بنية النظام وإدارة الطاقة

1. مقارنة بين ثلاثة أنواع من الأنظمة

2. أنظمة التحكم الذكية

المستوى المادي: مجسات بيئية، موجهات طاقة.

المستوى البرمجي: خوارزميات توزيع ذكية، منصات مراقبة وتحليل لحظي، تحكم عن بعد عبر تطبيقات سحابية.

الهياكل والأكسسوارات

الهياكل: تثبيت الألواح بقوة، مقاومة للتآكل، قابلة للتعديل حسب نوع السقف.

الكابلات والعوازل: كابلات مقاومة للأشعة فوق البنفسجية، عوازل مرنة ضد الماء.

أجهزة الحماية: مانعات صواعق، قواطع دوائر، مرحلات أمان.

أنظمة المراقبة: مسجلات بيانات، برمجيات كشف الأعطال.

من الألواح السيليكونية أحادية البلورة إلى الشبكات الذكية المصغرة، تتحول الأنظمة الشمسية على الأسطح من مجرد “مولدات طاقة” إلى “مراكز طاقة متكاملة”. ومع استمرار تطور التكنولوجيا — مثل تسويق البيروفسكايت، إدارة الطاقة بالذكاء الاصطناعي، أو وفورات الحجم في بطاريات الليثيوم — ستصبح الطاقة الشمسية على الأسطح أصلاً أخضر شائعاً للأعمال والمستهلكين على حد سواء، مما يحقق الاستدامة البيئية والعوائد الاقتصادية طويلة الأجل.