أولا: تركيب نظام إمداد الطاقة الشمسية

يتكون نظام الطاقة الشمسية من مجموعة خلايا شمسية، ووحدة تحكم شمسية، ومجموعة بطاريات. إذا كانت طاقة الخرج 220 فولت أو 110 فولت تيار متردد، ولإكمال نظام الطاقة، يلزم أيضًا تهيئة العاكس ومحول الطاقة الذكي.

1.مجموعة الخلايا الشمسية وهي عبارة عن ألواح شمسية

هذا هو الجزء الأهم في نظام توليد الطاقة الكهروضوئية الشمسية، ويتمثل دوره الرئيسي في تحويل الفوتونات الشمسية إلى كهرباء، مما يعزز كفاءة الأحمال. تنقسم الخلايا الشمسية إلى خلايا سيليكون أحادية البلورة، وخلايا سيليكون متعددة البلورات، وخلايا سيليكون غير متبلورة. تتميز خلايا السيليكون أحادية البلورة بمتانتها وعمرها الافتراضي الطويل (يصل عادةً إلى 20 عامًا)، وكفاءة تحويلها الكهروضوئية العالية، مما يجعلها البطاريات الأكثر استخدامًا.

2.وحدة تحكم شحن الطاقة الشمسية

وظيفتها الرئيسية هي التحكم في حالة النظام بأكمله، بينما تؤدي زيادة شحن البطارية أو تفريغها دورًا وقائيًا. كما أنها مزودة بوظيفة تعويض درجة الحرارة في الأماكن التي تكون فيها درجات الحرارة منخفضة للغاية.

3.مجموعة بطاريات الطاقة الشمسية ذات الدورة العميقة

البطارية كما يوحي اسمها هي تخزين الكهرباء، ويتم تخزينها بشكل أساسي عن طريق تحويل الكهرباء إلى طاقة شمسية، وعادة ما تكون بطاريات الرصاص الحمضية قابلة لإعادة التدوير عدة مرات.

في نظام المراقبة بأكمله، تحتاج بعض المعدات إلى توفير طاقة تيار متردد بجهد 220 فولت و110 فولت، ويكون خرج الطاقة الشمسية المباشر عادةً 12 فولت تيار مستمر، 24 فولت تيار مستمر، و48 فولت تيار مستمر. لذلك، لتوفير الطاقة لمعدات 22 فولت تيار متردد و11 فولت تيار متردد، يجب زيادة قدرة النظام على تحويل التيار المستمر/المتردد، بحيث يتم تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد في نظام توليد الطاقة الكهروضوئية الشمسية.

ثانياً، مبدأ توليد الطاقة الشمسية

أبسط مبدأ لتوليد الطاقة الشمسية هو ما يُسمى بالتفاعل الكيميائي، أي تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء. عملية التحويل هذه هي عملية مرور فوتونات الإشعاع الشمسي عبر المادة شبه الموصلة إلى طاقة كهربائية، وتُسمى عادةً "التأثير الكهروضوئي"، وتُصنع الخلايا الشمسية باستخدام هذا التأثير.

كما هو معلوم، عندما ينعكس ضوء الشمس على شبه الموصل، تنعكس بعض الفوتونات عن السطح، ويمتصها أو ينقلها، فتسخن بعضها، وتصطدم فوتونات أخرى بإلكترونات التكافؤ الذرية المكونة لشبه الموصل، مما يُنتج زوجًا من الإلكترونات والفجوات. بهذه الطريقة، تتحول طاقة الشمس إلى طاقة كهربائية، ثم من خلال تفاعل المجال الكهربائي الداخلي لشبه الموصل، يُولد تيار كهربائي. إذا تم توصيل قطعة من بطارية شبه الموصل بطرق مختلفة، تُشكل جهد تيار متعدد، مما يُنتج طاقة خرج.

ثالثًا، تحليل نظام تجميع الطاقة الشمسية السكني الألماني (مزيد من الصور)

فيما يتعلق باستخدام الطاقة الشمسية، من الشائع تركيب سخان مياه شمسي بأنبوب زجاجي مفرغ على السطح. يتميز هذا السخان بانخفاض سعره وبساطة هيكله. ومع ذلك، فإن استخدام الماء كوسيلة لنقل الحرارة في سخانات المياه الشمسية، مع زيادة استخدام المستخدم، سيتشكل طبقة سميكة من الترسبات داخل جدار تخزين المياه، مما يقلل من كفاءته الحرارية. لذلك، تتطلب سخانات المياه الشمسية الشائعة هذه إزالة الأنبوب الزجاجي كل بضع سنوات من الاستخدام، واتخاذ إجراءات معينة لإزالة الترسبات. لكن معظم مستخدمي المنازل العاديين لا يدركون هذه المشكلة. وفيما يتعلق بمشكلة الترسبات في سخانات المياه الشمسية بأنبوب زجاجي مفرغ، قد يواجه المستخدمون صعوبة في إزالة الترسبات بعد فترة طويلة من الاستخدام، لكنهم يستمرون في الاستخدام.

بالإضافة إلى ذلك، في فصل الشتاء، هذا النوع من سخانات المياه الشمسية ذات الأنبوب الزجاجي المفرغ، لأن المستخدم يخشى من برد الشتاء، مما يؤدي إلى تجميد النظام، فإن معظم العائلات، بشكل أساسي، ستكون أيضًا سخان المياه الشمسي في تخزين المياه، وتفريغها مسبقًا، وفي الشتاء لم تعد تستخدم سخان المياه الشمسي. أيضًا، إذا لم تكن السماء مضاءة جيدًا لفترة طويلة، فسيؤثر ذلك أيضًا على الاستخدام العادي لسخان المياه الشمسي ذي الأنبوب الزجاجي المفرغ. في العديد من الدول الأوروبية، يعد هذا النوع من سخانات المياه الشمسية التي تعمل بالماء كوسيط لنقل الحرارة نادرًا نسبيًا. معظم سخانات المياه الشمسية في الدول الأوروبية، والداخلية هي استخدام مضاد التجمد منخفض السمية البروبيلين جليكول، كوسيط لنقل الحرارة، لذلك، لا يستخدم هذا النوع من سخانات المياه الشمسية الماء، في الشتاء، طالما أن هناك شمس في السماء، يمكن استخدامه، ولا يوجد خوف من مشكلة التجمد في الشتاء. بالطبع، بخلاف سخانات المياه الشمسية المنزلية البسيطة، حيث يمكن استخدام الماء في النظام مباشرةً بعد تسخينه، تتطلب سخانات المياه الشمسية في الدول الأوروبية تركيب خزان تبادل حراري داخل غرفة المعدات الداخلية متوافق مع مجمعات الطاقة الشمسية المثبتة على السطح. في خزان تبادل الحرارة، يُستخدم سائل البروبيلين جليكول الموصل للحرارة لنقل حرارة الإشعاع الشمسي التي يمتصها مجمع الطاقة الشمسية المثبتة على السطح إلى كتلة الماء في خزان التخزين عبر مشعاع أنبوبي نحاسي على شكل قرص حلزوني، لتوفير الماء الساخن المنزلي أو الماء الساخن لنظام التدفئة الإشعاعية الداخلية منخفضة الحرارة، أي التدفئة الأرضية، على التوالي. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما يتم دمج سخانات المياه الشمسية في الدول الأوروبية مع أنظمة تدفئة أخرى، مثل سخانات المياه التي تعمل بالغاز، وغلايات الزيت، ومضخات الحرارة الأرضية، وغيرها، لضمان الإمداد اليومي بالماء الساخن للمستخدمين المنزليين.

استخدام الطاقة الشمسية في القطاع السكني الخاص في ألمانيا - قسم صور المجمع الشمسي ذي اللوحة المسطحة

تركيب لوحين مسطحين لتجميع الطاقة الشمسية على السطح الخارجي

تركيب سقف خارجي من لوحين مسطحين لتجميع الطاقة الشمسية (كما يوجد هوائي استقبال إشارة تلفزيونية فضائية مرئي على شكل فراشة مثبت على السطح)

تركيب 12 لوحة تجميع شمسية مسطحة على السطح الخارجي

تركيب لوحين مسطحين لتجميع الطاقة الشمسية على السطح الخارجي

تركيب سقف خارجي مكون من لوحين مسطحين لتجميع الطاقة الشمسية (يمكن رؤيتهما أيضًا، أعلى السطح، مع فتحة سقف)

تركيب سطح خارجي من لوحين مسطحين لتجميع الطاقة الشمسية (كما يوجد هوائي استقبال إشارة تلفزيونية فضائية مرئي على شكل فراشة مثبت على السطح؛ وفوق السطح توجد فتحة سقف)

تركيب تسعة ألواح تجميع شمسية مسطحة على السطح الخارجي (كما يوجد هوائي استقبال إشارة تلفزيونية فضائية مرئي على شكل فراشة مثبت على السطح؛ وفوق السطح، توجد ستة فتحات سقفية)

تركيب ستة ألواح تجميع الطاقة الشمسية المسطحة على السطح الخارجي (كما يظهر فوق السطح تركيب 40 لوحة لتوليد الطاقة الكهروضوئية الشمسية)

تركيب سقف خارجي من لوحين مسطحين لتجميع الطاقة الشمسية (كما يظهر في الصورة، تم تركيب هوائي استقبال إشارة تلفزيونية فضائية على شكل فراشة مكافئة على السطح؛ وفوق السقف، توجد نافذة سقفية؛ وفوق السقف، تم تركيب 20 لوحة لتوليد الطاقة الكهروضوئية الشمسية)

سقف خارجي، تركيب ألواح تجميع الطاقة الشمسية من النوع المسطح، موقع البناء.

سقف خارجي، تركيب ألواح تجميع الطاقة الشمسية من النوع المسطح، موقع البناء.

سقف خارجي، تركيب ألواح تجميع الطاقة الشمسية من النوع المسطح، موقع البناء.

سقف خارجي، مجمع شمسي ذو لوحة مسطحة، لقطة مقربة جزئية.

سقف خارجي، مجمع شمسي ذو لوحة مسطحة، لقطة مقربة جزئية.

في سقف المنزل، يتم تركيب مجمعات الطاقة الشمسية المسطحة والألواح لأنظمة توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية في أعلى السطح؛ داخل غرفة المعدات في الطابق السفلي من المنزل، يتم تركيب غلايات الماء الساخن التي تعمل بالغاز وخزانات تخزين الماء الساخن للتبادل الحراري المتكاملة، بالإضافة إلى "العاكسات" لتبادل الطاقة المستمرة والمترددة في أنظمة توليد الطاقة الشمسية. "، وخزانة تحكم للاتصال بشبكة الطاقة العامة الخارجية، إلخ.

احتياجات الماء الساخن الداخلي هي: الماء الساخن المنزلي في موقع حوض الغسيل؛ التدفئة الأرضية - التدفئة تحت الأرضية، ومياه نقل الحرارة في نظام التدفئة الإشعاعية بالماء الساخن منخفض الحرارة.

تم تركيب لوحين مسطحين لتجميع الطاقة الشمسية على السطح؛ وغلاية مياه ساخنة تعمل بالغاز مثبتة على الحائط مثبتة في الداخل؛ وخزان تخزين مياه ساخنة شامل لتبادل الحرارة مثبت؛ وأنابيب المياه الساخنة الداعمة (الحمراء)، وأنابيب المياه العائدة (الزرقاء)، ومرافق التحكم في تدفق وسيط نقل الحرارة في نظام تجميع الطاقة الشمسية ذي اللوحة المسطحة، بالإضافة إلى خزان التمدد.

يوجد مجموعتان من ألواح تجميع الطاقة الشمسية المسطحة مثبتتان على السطح؛ غلاية مياه ساخنة تعمل بالغاز مثبتة على الحائط مثبتة في الداخل؛ خزان تخزين مياه ساخنة متكامل لتبادل الحرارة مثبت؛ وأنابيب دعم المياه الساخنة (الحمراء)، وأنابيب مياه الإرجاع (الزرقاء)، ومرافق التحكم في تدفق وسيط نقل الحرارة في نظام تجميع الطاقة الشمسية المسطحة، إلخ. استخدام الماء الساخن: إمداد الماء الساخن المنزلي؛ وتوصيل الماء الساخن للتدفئة.

تم تركيب ثمانية ألواح تجميع شمسي مسطحة على السطح؛ وغلاية مياه ساخنة تعمل بالغاز داخل الطابق السفلي؛ وخزان مياه ساخنة شامل لتبادل الحرارة؛ وأنابيب مياه ساخنة داعمة (حمراء) وأنابيب مياه عائدة (زرقاء). استخدامات المياه الساخنة: الحمام، وحوض الغسيل، وحمامات السباحة، والمياه الساخنة المنزلية؛ والمياه الساخنة المنزلية للمطبخ؛ والمياه الساخنة لنقل الحرارة للتدفئة.

يوجد لوحان مسطحان لتجميع الطاقة الشمسية مثبتان على السطح؛ وخزان مياه ساخنة مدمج بمبادل حراري مثبت في الداخل؛ وأنابيب مياه ساخنة داعمة (حمراء) وأنابيب مياه عائدة (زرقاء). استخدامات المياه الساخنة: مياه ساخنة منزلية للحمام؛ مياه ساخنة منزلية للمطبخ.

ألواح تجميع الطاقة الشمسية المسطحة مُركّبة على السطح؛ خزان تخزين الماء الساخن المُدمج بمبادل حراري مُركّب في الداخل؛ وأنابيب الماء الساخن المُطابقة (باللون الأحمر) وأنابيب الماء المُعاد (باللون الأزرق). استخدام الماء الساخن: الماء الساخن المنزلي للاستحمام في الحمام.

يوجد لوحان مسطحان لتجميع الطاقة الشمسية مثبتان على السطح؛ وغلاية مياه ساخنة مثبتة في الداخل مع خزان تخزين مياه ساخنة مدمج بمبادل حراري؛ وأنابيب مياه ساخنة داعمة (حمراء)، وأنابيب مياه عائدة (زرقاء)، ومضخة غرفة تحكم في التدفق لوسائط نقل الحرارة السائلة. استخدامات المياه الساخنة: مياه ساخنة منزلية؛ تسخين المياه الساخنة.

السطح مُجهّز بألواح تجميع شمسي مسطحة، مُعالجة بعزل حراري على محيطه؛ رُكّب خزان مياه ساخن مُدمج بمبادل حراري، وداخله جهاز تبادل حراري حلزوني ثنائي الأجزاء؛ يُملأ خزان المياه الساخن المُدمج بمبادل حراري بماء الصنبور، الذي يُسخّن لتوفير الماء الساخن. كما توجد خطوط مياه ساخنة داعمة (حمراء)، وخطوط مياه عائدة (زرقاء)، ومضخة غرفة للتحكم في تدفق سائل نقل الحرارة. استخدام الماء الساخن: غسل الوجه، ودش الماء الساخن المنزلي.