هل تؤثر حركة الطاقة الشمسية على توليد الطاقة؟

قد تبدو الطاقة الشمسية أمرًا بديهيًا-- فالشمس موجودة دائمًا، أليس كذلك؟ لكن الطريقة التي تتحرك بها الشمس لها أهمية كبيرة في الواقع بالنسبة لمقدار العصير الذي تنتجه الألواح الخاصة بك. إنها مثل الرقصة: حيث تحدد الشمس متى وأين ستضرب تلك الأشعة ألواحك، مما يغير طاقتك. دعونا نرى كيف تغير رقصة الشمس هذه الأشياء من أجل قوتك.

تعمل الألواح الشمسية عن طريق تحويل الضوء إلى كهرباء. عندما يضرب الضوء اللوحة، فإنه يجعل الإلكترونات تتحرك، وهذه الحركة تولد تيارًا كهربائيًا. وتخضع كفاءة هذا التحويل لظروف تشمل موضع الشمس وشدة الضوء ومدة التعرض.

ترتبط كفاءة الألواح الشمسية بزاوية ضوء الشمس الوارد. على سبيل المثال، السقف المواجه للجنوب سيكتسب المزيد من ضوء الشمس في منتصف النهار مقارنة بالسقف المسطح.

تبلغ قوة ضوء الشمس ذروتها عندما تكون الشمس في أعلى نقطة لها، والتي عادة ما تكون في منتصف النهار تقريبًا. يمكن للظروف الجوية، مثل الغطاء السحابي أو الضباب الدخاني، أن تبعثر ضوء الشمس، مما قد يؤدي إلى خفض إنتاج الطاقة بحوالي 30%.

معلومة رائعة: ترسل الشمس حوالي 1360 واط لكل متر مربع إلى الغلاف الجوي. وبمجرد أن تتغلب على الغلاف الجوي والغبار لتصل إلى منزلك، فإن قوتها تكون أشبه بـ 1000 واط.

يبدو أن الشمس تتحرك حوالي 15 درجة كل ساعة، لأن الأرض، كما تعلمون، تدور. عادةً ما تقوم الأنظمة الشمسية بأحد أمرين للمواكبة:

أجهزة تتبع المحور الفردي-: تتحرك هذه اللوحات من الشرق إلى الغرب. إنها جيدة للحصول على طاقة أكثر بحوالي 20-30% مما لو كانت عالقة في مكان واحد.

أجهزة تتبع المحور المزدوج-: تتحرك لالتقاط أشعة الشمس كل يوم وخلال المواسم. إنها رائعة شمال أو جنوب خط الاستواء حيث يتغير مسار الشمس كثيرًا.

تتغير زاوية الشمس بالنسبة إلى خط استواء الأرض مع تغير الفصول.

تنتج أنظمة الألواح الشمسية كميات أكبر من الطاقة في أشهر الصيف حيث تتعرض لأشعة الشمس المباشرة لفترات أطول بالإضافة إلى توليد كمية متزايدة من الطاقة الناتجة عن ارتفاع درجات الحرارة الناتجة عن تلقي الطاقة من الشمس. على سبيل المثال، هناك ما يقدر بـ 60 كيلووات في الساعة يتم إنتاجها يوميًا باستخدام نظام توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية بقدرة 5 كيلووات خلال شهر يونيو وحوالي 35 كيلووات في الساعة يتم إنتاجها على نظام مماثل خلال شهر ديسمبر.

سيؤثر مقدار ضوء الشمس المتوفر خلال أشهر الشتاء وموقع الشمس في السماء خلال أشهر الشتاء على مدى جودة عمل النظام الكهروضوئي. على سبيل المثال، إذا تراكمت كمية كبيرة من الثلج على سطح الألواح الشمسية، فقد ينخفض ​​الأداء العام للنظام الكهروضوئي بنسبة 50% تقريبًا إذا لم تتم إزالة الثلج.

تستمر الألواح الشمسية في العمل حتى عندما يكون الجو غائمًا، على الرغم من انخفاض إنتاجها.

وذلك لأن السحب تشتت ضوء الشمس، مما يقلل من قوة الأشعة المباشرة. لكن هذا التشتت يسمح لبعض الضوء غير المباشر بالوصول إلى الألواح. ومع السحب الرقيقة، قد ينخفض ​​إنتاج الألواح الشمسية بمقدار النصف. وبالمقارنة، فإن الغطاء السحابي الثقيل يمكن أن يخفض الإنتاج إلى 10-20% فقط من الكمية المعتادة.

قام المهندسون بتطوير عدد من الحلول التي تسمح لهم بالتعامل مع فترات ضوء الشمس غير المتناسق من خلال تنفيذ معدات مثل:

بطاريات ليثيوم-أيون لتوفير طاقة إضافية عند الحاجة. على سبيل المثال، تمتلك شركة Tesla's Megapack القدرة الكافية لتزويد الطاقة لحوالي 3600 مسكن لمدة ثماني ساعات متتالية. عندما تقترن الألواح الشمسية مع توربينات الرياح، فإنها تخلق إمدادات مستمرة من الطاقة بسبب حقيقة أن مولدات الرياح تنتج الطاقة طوال الليل.

نجحت مزرعة ميدلغروندن للرياح في الدنمارك في الجمع بين تصنيع طاقة الرياح وتكنولوجيا الطاقة الشمسية الكهروضوئية، وتمكنت من تقليل اعتمادها على الشبكة الكهربائية بنحو 70 بالمائة.

التخزين الحراري هو حل آخر. وهي عبارة عن خزانات كبيرة من الملح المصهور المملوء بالطاقة الحرارية التي تنتجها تكنولوجيا الطاقة الشمسية. بمجرد امتلائها بالحرارة، يمكن احتواء الطاقة داخل الملح المنصهر لمدة تصل إلى 10+ ساعة أو أكثر. ولذلك، يمكن إنتاج الطاقة في الليل حتى لو لم يكن هناك ضوء الشمس متاح.

عند الحديث عن التحديثات، قامت CSIRO في أستراليا بتحضير بعض خلايا البيروفسكايت الشمسية. تعمل هذه الأشياء أيضًا عندما يكون الجو غائمًا وتزيد من إنتاج الطاقة الشمسية بنسبة 40%.

قفزت الطاقة الشمسية من لا شيء إلى ما يقرب من 7% من الطاقة العالمية منذ عام 2010! رائع جدا، هاه؟

ومع ذلك، هناك بعض الأشياء التي يجب اكتشافها:

الشبكات: في بعض الأحيان يتم تشغيل الطاقة الشمسية وإيقافها، وهو أمر صعب على شبكات الطاقة. يمكن للتكنولوجيا والأنظمة الذكية التي تتفاعل مع استخدام الطاقة أن تساعد.
إعادة التدوير: تستخدم الألواح الشمسية بعض الأشياء غير المرغوب فيها مثل الكادميوم. تريد أوروبا إعادة تدوير معظم الألواح بحلول عام 2030.
أخبار سارة: لدى المغرب محطة ضخمة للطاقة الشمسية توفر الطاقة لأكثر من مليون شخص! إنه يوفر الطاقة عندما لا تكون الشمس خارجة أيضًا.