يمكن أن تستخدم الألواح الشمسية ضوء الشمس المباشر وغير المباشر لتوليد الطاقة ، لذلك ستستمر في العمل حتى عندما يتم حجب الضوء جزئيًا بسبب السحب الكثيفة أو المطر. وهذا يعني أن الألواح الشمسية ستظل تولد الكهرباء في الأيام الملبدة بالغيوم.
ومع ذلك ، فإن الألواح الشمسية ليست فعالة في الأيام الملبدة بالغيوم ، وفي الليل ، تولد طاقة قليلة جدًا. لكن هذا لا يعني أن عملاء الطاقة الشمسية يذهبون بدون كهرباء في أيام الطقس السيئ أو بعد حلول الظلام. يضمن تخزين البطاريات الشمسية والقياس الصافي الوصول المستمر إلى الكهرباء.
1. كيف تعمل الألواح الشمسية في الأيام الغائمة؟
يعني المزيد من السحب أن الألواح الشمسية الخاصة بك ستعمل بكفاءة أقل. عندما يتعلق الأمر بالألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون (إلى حد بعيد المادة الأكثر شيوعًا المستخدمة في تصنيع الخلايا الشمسية) ، فإن تظليل 20٪ -30٪ للوحدة يمكن أن يؤدي إلى انخفاض بنسبة 30٪ -40٪ في خرج الطاقة.
تقوم الألواح الشمسية بتحويل ضوء الشمس إلى تيار كهربائي مباشر (DC) ، يتم تحويل معظمها إلى تيار متردد (AC) لتشغيل الإلكترونيات في المنزل. في الأيام المشمسة بشكل استثنائي عندما ينتج نظامك الشمسي طاقة أكثر مما هو مطلوب ، يمكن تخزين الطاقة الزائدة في البطاريات أو العودة إلى شبكة كهرباء المرافق العامة.
هذا هو المكان الذي يأتي فيه القياس الصافي. تم تصميم هذه البرامج لمنح مالكي النظام الشمسي الفضل في الطاقة الزائدة التي يولدونها ، والتي يمكنهم الاعتماد عليها بعد ذلك عندما ينتج نظامهم طاقة أقل بسبب الطقس الغائم. قد تختلف قوانين القياس الصافي اعتمادًا على ولايتك ، وستقدمها العديد من شركات المرافق إما طوعًا أو بسبب التشريعات المحلية.
2. هل الألواح الشمسية منطقية في المناخات الغائمة؟
تكون الألواح الشمسية أقل كفاءة في الأيام الملبدة بالغيوم ، لكن المناخ الغائم باستمرار لا يعني أن الممتلكات الخاصة بك ليست مناسبة تمامًا للطاقة الشمسية. في الواقع ، بعض المناطق الأكثر شعبية للطاقة الشمسية هي أيضًا من أكثر المناطق الملبدة بالغيوم.
على سبيل المثال ، احتلت بورتلاند بولاية أوريغون المرتبة 21 في الولايات المتحدة من حيث العدد الإجمالي لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية التي تم تركيبها في عام 2020. وقد احتلت مدينة سياتل بواشنطن المرتبة 26. 2 مزيج من أيام الصيف الطويلة ودرجات الحرارة المعتدلة مع موسم أطول من الأيام القاتمة يعمل لصالح هذه المدن ، لأن الحرارة الزائدة هي عامل آخر يقلل من إنتاج الطاقة الشمسية.
ألواح المطر والطاقة الشمسية
قد يساعد المطر في الحفاظ على تشغيل الألواح الشمسية بكفاءة عن طريق غسل الغبار والأوساخ. وجدت إحدى الدراسات أن تراكم الغبار على سطح الألواح الشمسية الكهروضوئية يمكن أن يقلل الكفاءة بنسبة تصل إلى 50٪
التنبؤ بالطاقة الشمسية
اقترحت دراسة مجلة الطاقة المتجددة والمستدامة لعام 2020 طريقة جديدة لتقدير كمية ضوء الشمس المتاحة لمحطات الطاقة الشمسية ، نظرًا لأن الغطاء السحابي يتميز حاليًا بشكل شخصي باستخدام مصطلحات مثل "غائم" أو "غائم جزئيًا" بدلاً من القياسات الدقيقة.
الطريقة الجديدة ، المعروفة باسم تقدير الخصائص البصرية للسحابة الطيفية (SCOPE) ، قدرت ثلاث خصائص للسحب وتحدد مقدار ضوء الشمس الذي يصل إلى سطح الأرض من أجل تقديم تنبؤات أكثر دقة للغطاء السحابي: ارتفاع قمة السحابة ، وسمك السحابة ، والسحب. الطول البصري.
يمكن استخدام SCOPE لتوفير تقديرات موثوقة في الوقت الفعلي للخصائص البصرية للسحابة ليلًا ونهارًا على فترات مدتها 5 دقائق ، مما يسمح بتوقع أكثر دقة للطاقة الشمسية
3. كيف تعمل الألواح الشمسية في الليل؟
في حين أن الألواح الشمسية لا تنتج الطاقة عندما يكون الظلام بالخارج ، فإنها ستظل قادرة على تزويد منزلك بالطاقة خلال هذه الأوقات بفضل احتياطيات الطاقة المخزنة وصافي القياس. لم يكن هذا هو الحال دائمًا ، مع ذلك ، لأن أنظمة الطاقة الشمسية السابقة التي لم تتمكن من الوصول إلى طاقة الشمس في الليل تعني أن الطاقة الشمسية لم تكن متوفرة بمجرد غروب الشمس. خلقت الأبحاث والتطورات في تخزين الطاقة وأنظمة النسخ الاحتياطي للبطاريات المزيد من الفرص لصناعة الطاقة الشمسية لكل من الشركات الكبرى وأصحاب المنازل السكنية.
حتى الآن ، تحدث اختراقات في مجال الطاقة الشمسية طوال الوقت. على سبيل المثال ، يعمل الباحثون في جامعة كاليفورنيا ديفيس على خلايا شمسية إشعاعية حرارية من شأنها أن تسخن وتستمد الطاقة من سماء الليل الباردة ، تمامًا كما تمتص الخلايا الشمسية التقليدية الضوء من الشمس الحارقة أثناء النهار. يمكن لهذه الخلية الكهروضوئية الليلية أن تحافظ على توليد الطاقة بشكل مستمر دون الحاجة إلى الاعتماد على تخزين الطاقة الزائدة في البطاريات الشمسية أو على شبكات الطاقة (التي يعمل معظمها على الوقود الأحفوري). وفقًا للدراسة ، يمكن للنماذج الأولية التي تم تصنيعها بالفعل للمشروع إنتاج 50 واطًا من الكهرباء لكل متر مربع ، وهو ما يمثل حوالي 25 ٪ مما تستطيع الألواح الشمسية التقليدية توليدها خلال النهار.
وجدت دراسة أخرى من جامعة كولومبيا البريطانية أن تطبيق بكتيريا E. coli ، بشكل مثير للاهتمام ، يمكن أن يساعد في تحسين كفاءة الألواح الشمسية في الأيام الملبدة بالغيوم. استفاد الباحثون من قدرة البكتيريا الطبيعية على تحويل ضوء الشمس إلى طاقة عن طريق طلاء المادة العضوية بجزيئات النانو المعدنية قبل إدخالها في قطب كهربائي. لا يزال المشروع في مرحلته التجريبية ، ولكن لديه القدرة على التنافس مع أنظمة الألواح الشمسية التقليدية إذا كانت قادرة على تسويق المواد بنجاح لاستخدامها على نطاق واسع.
4. النظر في الإيجابيات والسلبيات
سواء كانت الألواح الشمسية تستحق العناء أم لا ، فإن ذلك يعود إلى المستهلك الفردي. سيؤدي استخدام الطاقة الشمسية إلى زيادة التكاليف على المدى القصير عندما يتعلق الأمر بالتركيب ، ولكن يمكن أن يثبت أنه استثمار ذكي إذا كان يقلل من تكاليف الكهرباء والبصمة الكربونية. على الرغم من أن التكلفة قد تصبح أقل تحديدًا في المستقبل ، على الأقل وفقًا للمختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) ، وهو مختبر تموله الحكومة يدرس تكنولوجيا الخلايا الشمسية في الولايات المتحدة.
تم تكليف NREL بتحليل التكاليف الإجمالية المرتبطة بتركيب الألواح الشمسية للأنظمة السكنية والتجارية وأنظمة المرافق ، ووجدت أن كلاً من التكاليف الصعبة (تكاليف أجهزة الخلايا الشمسية المادية نفسها) والتكاليف الناعمة (جوانب مثل العمالة أو انخفضت التصاريح الحكومية) بشكل ملحوظ منذ عام 2010. إجمالي تكاليف الطاقة الشمسية على الأسطح السكنية ، والتي كانت في السابق الأعلى بين الفئات الثلاث ، انخفضت بأكثر من النصف بين عامي 2010 و 2020.
بالنظر إلى ولايات مثل أوريغون وواشنطن التي تتمتع بصناعة الألواح الشمسية المزدهرة على الرغم من مناخها الملبد بالغيوم ، فمن الممكن تمامًا العمل على الطاقة الشمسية حتى لو كنت تعيش في منطقة ذات درجات حرارة منخفضة أو طقس ملبد بالغيوم. إذا لم تكن قادرًا على الاستثمار في بطاريات تخزين الطاقة الشمسية لنظامك الشمسي ، فمن الجيد النظر في برامج القياس الصافي مع شركة الكهرباء المحلية للمساعدة في تعويض التكاليف.