بينما تعمل التقنيات التقليدية المستخدمة في ألواح الطاقة الشمسية، من خلال امتصاص أشعة الشمس فقط لتوليد الكهرباء، يواصل العلماء العمل لإيجاد تكنولوجيات حديثة، يمكن من خلالها توليد الكهرباء ليلًا.
وفي تكنولوجيا حديثة، يختبرها علماء في جامعتين، هما ستانفورد الأميركية ونيو ساوث ويلز الأسترالية، أظهرت التقنيات الجديدة إمكان توليد الكهرباء في الليل، من خلال تخزين الكهرباء أو الحصول على الموجات تحت الحمراء، وفق ما نقل موقع “سيا سات دايلي” العلمي.
وطوّر الباحثون بجامعة ستانفورد في ولاية كاليفورنيا الأميركية نوعًا جديدًا من ألواح الطاقة الشمسية، تجمع وتحوّل أشعة الشمس إلى كهرباء في النهار، ولكنها قادرة على تحويل الطاقة المنبعثة من التبريد الإشعاعي إلى كهرباء بعد الغروب.
إطالة عمر الألواح
قال تقرير لموقع “مونت كارلو”، إن هذه التكنولوجيا يمكنها إطالة عمر ألواح الطاقة الشمسية بشكل كبير.
وبحسب التقرير، فإن هذه التكنولوجيا ستجعل من الألواح الشمسية مصدرًا دائمًا للطاقة لأكثر من 750 مليون شخص حول العالم يعيشون في الظلام، دون أيّ مصدر للكهرباء.
ورغم أن هذه التكنولوجيا ما زالت في بدايتها، وتحتاج لأعمال تطوير قبل استغلالها تجاريًا، فإنها قابلة للانتشار بشكل كبير.
استخدام الإشعاع الحراري
أمّا عن تقنيات جامعة نيو ساوث ويلز، فقد طوّر الباحثون جهازًا يشبه نظارات الرؤية الليلية، يمكن من خلاله توليد الكهرباء من الإشعاع الحراري بوساطة ألواح الطاقة الشمسية.
ووفقًا لمجلة “إيه سي إس” العلمية، التابعة لمركز التميز “إكسيتون ساينس”، التي نشرت نتائج الأبحاث الأميركية، فقد يتمكن العالم قريبًا من استخدام الطاقة الشمسية هائلة القوة، حتى في الظلام، قريبًا، لا سيما مع التقدم الكبير في تطوير تقنيات الالتقاط الحراري.
ويسخّن الإشعاع الشمسي القشرة الأرضية بشكل كبير خلال ساعات النهار، لكن هذه الطاقة تُفقَد في برودة الفضاء عندما تغرب الشمس، لذا عمل الباحثون على اختبار الجهاز القادر على تحويل الأشعة تحت الحمراء إلى طاقة كهربائية.
واستخدم الفريق، بما في ذلك أعضاء مركز التميز، جهازًا لتوليد الكهرباء يسمى “الصمام الثنائي الإشعاعي الحراري”، إذ يستخدم تقنية مشابهة تمامًا لتلك الموجودة في تقنيات الرؤية الليلية.
محاكاة تقنيات قديمة
قال الباحث المساعد في مركز التميز إكسيتون ساينس، نيكولاس إيكينز دوكس، إن العالم اكتشف، في أواخر القرن 18 ومطلع القرن 19، أن كفاءة المحركات البخارية تعتمد على اختلاف درجة الحرارة عبر المحرك، ومجال الديناميكا، الآن تنطبق المبادئ نفسها على الطاقة الشمسية.
وأضاف: “توفر الشمس المصدر الساخن، وتوفر ألواح الطاقة الشمسية الباردة نسبيًا على سطح الأرض امتصاصًا باردًا، وهذا يسمح بإنتاج الكهرباء.. ومع ذلك، عندما نفكر في انبعاث الأشعة تحت الحمراء من الأرض للفضاء الخارجي، فإن الأرض هي الجسم الدافئ نسبيًا، مع الفراغ الشاسع للفضاء شديد البرودة”.
وتابع: “عادةً ما نفكر في انبعاث الضوء على أنه شيء يستهلك الطاقة، ولكن بالنسبة للأشعة تحت الحمراء، التي تجعلنا نتوهج جميعًا بطاقة مشعّة، اتضح أنه من الممكن استخراج الطاقة الكهربائية”.
ولفت إلى أنه لا توجد حتى الآن المادة “المعجزة” التي ستجعل الصمام الثنائي الإشعاعي الحراري حقيقة مستخدمة في واقعنا اليومي، لكن حتى الآن، قُدِّم الدليل على إمكان تطبيق هذا المبدأ، مضيفًا: “نحن حريصون على معرفة مدى قدرتنا على تحسين هذه النتيجة في السنوات القادمة”.
اقرأ أيضًا: أفضل أنواع الألواح الشمسية للاستخدام المنزلي.. الشركات والأسعار
تسلط “الطاقة” الضوء على أفضل أنواع الألواح الشمسية والجدوى الاقتصادية من استخدامها، في ظل انتشار الطاقة الشمسية في مصر، بشكل كبير خلال السنوات الأخيرة، والإقبال المتزايد من المواطنين على الاعتماد على الطاقة النظيفة لتشغيل الوحدات السكنية بعد ارتفاع أسعار فواتير الكهرباء،
وتهدف خطة الحكومة إلى زيادة الاعتماد على الطاقة المتجددة، وفي مقدمتها الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، في مزيج الطاقة بنسبة تتخطى 42% بحلول عام 2035.
وقال رئيس مجلس إدارة شركة إلكترو جيبل، المهندس أيمن الجبالي، إنه لا يوجد فرق بين الألواح الشمسية التي تُركَّب في المباني السكنية أو المستخدمة للأغراض الصناعية، موضحًا أن الاختلاف في محطات الطاقة الشمسية نفسها.
توفير فواتير الكهرباء
أوضح الجبالي -في تصريحات خاصة إلى “الطاقة”- أن هناك 3 أنواع من محطات الطاقة الشمسية؛ محطات متصلة بالشبكة وهذه مناسبة للاستخدام المنزلي أو الصناعي، ومحطات شمسية منفصلة عن الشبكة وهي مناسبة للتركيب على أسطح المنازل فقط؛ نظرًا لأن استخدامها في الأغراض الصناعية سيجعل تكلفتها مرتفعة للغاية؛ لذا فهي لا تُستخدم سوى على نطاق محدود للإنارة أو التشغيل المنزلي.
بينما يتمثل النوع الثالث في المحطات الشمسية التي تستخدم في الأراضي الزراعية فقط للري بالطاقة الشمسية بدلًا من الديزل.
وأضاف الجبالي أن أفضل المحطات هي تلك المتصلة بالشبكة؛ لأنها تعمل على توفير فواتير الكهرباء؛ فعلى سبيل المثال، المنزل الذي يدفع فاتورة كهرباء تُقدر بـ 3 آلاف جنيه مصري (163.56 دولارًا أميركيًا) شهريًا، عند تركيب محطة شمسية بقدرة 10 كيلوواط لن تزيد فاتورة الكهرباء على 500 جنيه مصري، بينما ستوفر المحطة القيمة المتبقية من سعر الكهرباء للشبكة، لافتًا إلى أن هذا النوع هو الأكثر انتشارًا في مصر حاليًا.
(دولار أميركي = 18.34 جنيهًا مصريًا)
وحول أفضل أنواع الألواح الشمسية المستخدمة في المنازل، أفاد الجبالي بأن السوق المصرية لا يتوافر فيها -حاليًا- سوى نوع واحد وهو المونوكريستالين (أحادية البلورة)، مشيرًا إلى أن البولي كريستالين (متعددة البلورات) لم تعد موجودة في الأسواق.
أنواع الألواح الشمسية
نشر موقع إيكو ووتش، المعني بالشؤون البيئية، -في سبتمبر/أيلول الماضي- مقالًا بعنوان “أيهما أفضل.. الخلايا الشمسية أحادية البلورة أم متعددة البلورات؟”، كتبه استشاري الطاقة الشمسية المهندس ليوناردو ديفيد؛ لتسليط الضوء على نوعي الألواح.
وتختلف الخلايا الشمسية أحادية البلورة والخلايا الشمسية متعددة البلورات في تكوين مادة السيليكون، وإن كان النوعان يؤديان الوظيفة نفسها بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.
وتتميز الألواح الشمسية أحادية البلورة “مونوكريستالين” بأن كل خلية شمسية كهروضوئية مصنوعة من بلورة سيليكون واحدة، وتتسم بمظهر مميز هو لون داكن وحواف مستديرة، وهي تكتسب فاعليتها من نقاء السيليكون الذي يجعل معدل كفاءتها قد يصل إلى 22%.
ويُعد هذا النوع أغلى من الألواح ثنائية البلورة؛ لأنه يتميز بدرجة كفاءة أعلى ويتراوح عمرها الافتراضي بين 20 و40 عامًا، كما يُفضل استخدامها عند الرغبة في تركيب نظام الطاقة الشمسية في مساحة محدودة؛ لأنها أكثر إنتاجية لكل قدم مربعة.
الخلايا متعددة البلورات
تتكون كل خلية كهروضوئية في الألواح أو الخلايا الشمسية متعددة البلورات “بوليكريستالين” من عدة قطع “كسر” بلورية من السيليكون تُدمج معًا في أثناء التصنيع.
وتتسم الألواح متعددة البلورات بظهر مختلف؛ إذ إن المربعات والزوايا غير المقطوعة معظمها يكون باللون الأزرق، ويتراوح عمرها الإفتراضي بين 20 و35 عامًا.
وتكون عملية إنتاج هذا النوع من الألواح الشمسية أسرع وأرخص إلى حد ما؛ لأنها تعتمد على إذابة السليكون الخام، وتكون درجة كفاءتها أقل من الألواح أحادية البلورة؛ إذ لا تتعدى 17%؛ ما يعني أن هناك حاجة إلى المزيد من الألواح للوصول إلى ناتج الكهرباء نفسه.
ويُعَد الفرق بين النوعين ليس كبيرًا؛ إذ يؤدي كلا النوعين من الألواح الشمسية الغرض والوظيفة نفسهما، وهما تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.
وبينما يواجه النوعان انخفاضًا مؤقتًا في الكفاءة عندما ترتفع درجة حرارتهما؛ فإن الخلايا الشمسية أحادية البلورة تُعَد أقل تأثرًا بالحرارة؛ إذ إن الألواح الشمسية متعددة البلورات تتميز بمعامِلات درجة حرارة أعلى؛ ما يعني أنها تفقد المزيد من الإنتاجية عند تسخينها.
الألواح الشمسية المستوردة من الصين
تحدث رئيس مجلس إدارة شركة إلكترو جيبل، المهندس أيمن الجبالي، عن أفضل أنواع الألواح الشمسية، مؤكدًا أن 90% من الألواح الشمسية في مصر مستوردة من الصين.
وأضاف أن الصين تُعَد الأولى في العالم في إنتاج الألواح الشمسية، بجانب الألواح الألمانية والإيطالية التي تتمتع بالجودة والكفاءة نفسهما ولكن فرق السعر أكبر بكثير؛ حيث يرتفع سعرها عن مثيلتها الصينية بنحو 30%.
وتحتل بكين الريادة في تصدير الخلايا الشمسية؛ نظرًا لتفوقها في ابتكار ألواح شمسية بتكنولوجيا عالية، وأسعار تنافسية وإنتاجها الضخم من الخلايا والألواح الشمسية، لتصبح -حتّى الآن- الأولى عالميًا في هذه الصناعة.
وتستحوذ شركات؛ منها “لونجي غرين إنيرجي تكنولوجي” و”توجوي” و”جي إيه سولار” و”جينكو سولار” و”جي سي إل” و”ترينا سولار”، على صناعة الطاقة الشمسية في الصين.
وذكر رئيس مجلس إدارة شركة إلكترو جيبل أن أكثر الألواح المنتشرة في السوق المصرية هي صن تك وجينكو سولار ولونجي سولار وترينا سولار، مشيرًا إلى أن الفروق بينها متقاربة للغاية.
وأوضح الجبالي أنه يُفَضِّل استخدام ألواح جينكو سولار؛ لأنها تتمتع بجودة وكفاءة عالية وبالفئة السعرية نفسها للأنواع سالفة الذكر.
شروط تركيب المحطات
أشار الجبالي إلى أن المحطات الشمسية مجدية اقتصاديًا وتوفر في فاتورة الكهرباء، إلا أن وزارة الكهرباء تفرض عددًا من الشروط لتركيب المحطات على المباني السكنية؛ ومن أبرزها أن يكون السطح الذي ستُركب عليه الألواح الشمسية ملكًا لصاحب المحطة أو توافر موافقة اتحاد الملاك، وأن يكون العداد الكهربائي عدادًا اسميًا (باسم صاحب المحطة)، وأن يكون في الوحدة السكنية 3 فاز (كابلات).
من جانبه، ذكر مدير قسم التصميم والتطوير في شركة كريتيف بارتنرز للطاقة، خبير توفير الطاقة في أنظمة المحركات للأغراض الصناعية من قِبل الأمم المتحدة لتطوير الصناعات، المهندس مصطفى عدلي، أن هناك أنواعًا كثيرة من الألواح الشمسية الملائمة للاستخدام في المنازل.
وأوضح عدلي -في تصريحات خاصة إلى “الطاقة”- أن صن باور وجينكو سولار من أفضل أنواع الألواح الشمسية في السوق المصرية، موضحًا أنه لا توجد بينها سوى فروقات بسيطة في الكفاءة، إلا أن صن باور هي الأكثر كفاءة والأعلى سعرًا.
وحول اختيار الألواح الشمسية المناسبة للاستخدام المنزلي، نصح خبير توفير الطاقة بضرورة الاعتماد على العلامات التجارية المعروفة التي اختُبِرت من قِبل الشركات؛ لضمان كفاءتها العالية عند استخدامها في الوحدات السكنية.
أسعار ألواح الطاقة الشمسية في مصر
لفت عدلي إلى أن أصغر محطة يمكن تركيبها على أي وحدة سكنية تبلغ قدرتها 5 كيلوواط، وتتراوح تكاليف إنشائها بين 50 و60 ألف جنيه مصري، وتوفر من قيمة فواتير الكهرباء ما يقرب من 1000 جنيه مصري شهريًا.
وحول الجدوى الاقتصادية للمحطات الشمسية على سطح البنايات، أشار عدلي إلى أنها ستكون موفرة للوحدات السكنية التي يزيد استهلاكها للكهرباء على 1000 كيلوواط شهريًا.
وأوضح أن استرداد قيمة الأموال التي دفعها المستهلك لإنشاء محطة شمسية بقدرة 5 كيلوواط يتطلب بين 3 و4 أعوام، وهذه قيمة مجدية بالنسبة فقط للوحدات السكنية التي تستهلك أكثر من 1000 كيلوواط.
من جانبه، قال مدير التسويق والمبيعات بشركة أفريقيا للطاقة الشمسية، المهندس أحمد إسماعيل، إن أفضل أنواع الخلايا الشمسية المتوافرة في السوق المصرية هي صن تك وجينكو وترينا وجيه إيه.
الأنواع الأكثر مبيعًا
أشار إسماعيل -في تصريحات خاصة إلى “الطاقة”- إلى أن هذه الأنواع هي الأكثر مبيعًا والأفضل سعرًا، لافتًا إلى أن الأنواع الـ4 السالف ذكرها متقاربة في الكفاءة وتختلف في الأسعار حسب سعر العملة؛ لأنها جميعًا مستوردة من الصين.
وأوضح إسماعيل أن حجم الكهرباء المتولدة يتوقف على حسب قدرة المحطة التي نركبها للعميل؛ ما قد يمنحه توفيرًا كليًا أو جزئيًا على حسب استخدامه.
وأكد المهندس أحمد إسماعيل أن الطاقة الشمسية اقتصادية للغاية وموفرة، ولا تتطلب سوى التكلفة الأولى لإنشاء المحطة التي تكون مرتفعة إلى حد ما على حسب سعر السوق، لافتًا إلى أن التكلفة الاقتصادية تختلف على حسب كل عميل واحتياجاته وعلى الفاتورة الشهرية للاستهلاك.
وأفاد المتخصص في الطاقة الشمسية والمساعدات الملاحية، المهندس محمد جمال، بأن هناك نوعين من الخلايا الشمسية؛ هما: الخلايا أحادية البلورة “مونوكريستالين”، والخلايا متعددة البلورات “بوليكريستالين”.
الأفضل كفاءة
أشار المهندس محمد جمال إلى أن المونوكريستالين أفضل من حيث الكفاءة التي أصبحت تتراوح بين 22.2 و22.5%، لافتًا إلى أن هذه هي النسبة المتاحة في مصر حتى الآن.
وأضاف أن الكفاءة متقاربة بين نوعي الخلايا الشمسية تقريبًا، ولكن الاختلاف في المساحة التي يتطلبها كل نوع للتركيب، ولكن قدرة اللوح واحدة في النوعين، موضحًا أنه عندما ترتفع كفاءة الخلايا؛ فإنها توفر في المساحة والشاسيهات والمجهود، وهذا يتوافر في المونوكريستالين.
وحول أفضل الألواح الشمسية المتوافرة في الأسواق حاليًا، قال جمال إن ألواح جينكو سولار ولونجي وترينا وصن تك وجيه إيه تُعد أفضل الأنواع في الأسواق، مشيرًا إلى أن هذه الألواح الصينية متوافرة بجانب الأنواع ذات التجميع المصري مثل التي تنتجها مصانع حورس وابتكار وبورفيلد وإن كانت الأنواع المصرية ذات قدرة محدودة لا تتعدى 375 واط تقريبًا، بينما تصل قدرة بعض الألواح الصينية إلى 650 واط في الألواح الكبيرة.
وأوضح جمال أنه بعد الزيادة الأخيرة في الأسعار، التي تراوحت بين 25 و30%، تتكلف أصغر محطة شمسية -بقدرة 5 كيلوواط- 87 ألف جنيه مصري؛ إذ يبلغ سعر الكيلوواط الواحد نحو 17 أو 18 ألف جنيه مصري.
بينما تقل تكلفة الكيلوواط في المحطات بقدرة 10 كيلوواط لتصل تكلفتها إلى 170 ألف جنيه مصري فقط.
المصدر: الطاقة – مواقع إلكترونية