تصنيف وتقديم أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية الشمسية

تعريف النظام الكهروضوئي: النظام الكهروضوئي هو نظام يستخدم مكونات الخلايا الشمسية وغيرها من المعدات المساعدة لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.

بشكل عام، نقسم أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى أنظمة مستقلة، وأنظمة متصلة بالشبكة، وأنظمة هجينة. ويمكن تقسيم نظام إمداد الطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى فئات أكثر تفصيلًا بناءً على شكل التطبيق وحجمه ونوع الحمل. كما يمكن تقسيم أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى ستة أنواع فرعية: نظام طاقة شمسية صغير (تيار مستمر صغير)؛ نظام تيار مستمر بسيط (تيار مستمر بسيط)؛ نظام طاقة شمسية كبير (تيار مستمر كبير)؛ أنظمة إمداد طاقة تيار متردد وتيار مستمر (تيار متردد/تيار مستمر)؛ نظام متصل بالشبكة (متصل بشبكة الكهرباء)؛ نظام إمداد طاقة هجين (هجين)؛ نظام هجين متصل بالشبكة. ويرد أدناه وصف لمبدأ عمل كل نظام وخصائصه.

1. نظام طاقة شمسية صغير (تيار مستمر صغير)

يتميز هذا النظام باحتوائه على حمل تيار مستمر فقط، وبقدرة منخفضة نسبيًا. يتميز النظام ببنية بسيطة وسهولة التشغيل. تشمل استخداماته الرئيسية أنظمة المنازل العامة، ومختلف منتجات التيار المستمر المنزلية، ومعدات الترفيه ذات الصلة. على سبيل المثال، يُستخدم هذا النوع من أنظمة الطاقة الشمسية على نطاق واسع في غرب الصين، حيث يُستخدم مصباح تيار مستمر كحمل لتوفير الإضاءة المنزلية في المناطق التي تفتقر إلى الكهرباء.

2. نظام التيار المستمر البسيط (نظام التيار المستمر البسيط)

يتميز هذا النظام بأن الحمل فيه يعمل بتيار مستمر، ولا توجد متطلبات خاصة لوقت استخدامه. يُستخدم الحمل بشكل أساسي خلال النهار، لذا لا يحتوي النظام على بطارية أو وحدة تحكم، ويتميز ببنية بسيطة. يستخدم النظام مكونات كهروضوئية مباشرة لتزويد الحمل بالطاقة، مما يلغي الحاجة إلى تخزين الطاقة وإطلاقها في البطارية، ويقلل من فقد الطاقة في وحدة التحكم، ويحسن كفاءة استخدام الطاقة. يُستخدم هذا النظام غالبًا في أنظمة مضخات المياه الكهروضوئية، وبعض المعدات المؤقتة خلال النهار، وبعض المرافق السياحية. يوضح الشكل أدناه نظام مضخة كهروضوئية بسيط يعمل بتيار مستمر. وقد انتشر استخدام هذا النظام على نطاق واسع في الدول النامية التي تفتقر إلى مياه الشرب النقية، وحقق فوائد اجتماعية كبيرة.

3. نظام طاقة شمسية كبير (تيار مستمر كبير)

بالمقارنة مع نظامي الطاقة الشمسية الكهروضوئية المذكورين أعلاه، يُعد هذا النظام مناسبًا لأنظمة إمداد الطاقة بالتيار المستمر، ولكنه عادةً ما يتطلب قدرة تحميل أكبر. ولضمان توفير إمداد طاقة مستقر وموثوق، يكون النظام المقابل له كبيرًا أيضًا، ويحتاج إلى تجهيزه بمجموعة أكبر من وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية وبطاريات ذات سعة أكبر. تشمل تطبيقاته الشائعة الاتصالات، والقياس عن بُعد، وإمداد معدات المراقبة بالطاقة، وإمداد الطاقة المركزي في المناطق الريفية، ومصابيح الإشارة، وأعمدة الإنارة، وغيرها. وقد اعتمدت بعض محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية الريفية، التي بُنيت في مناطق غرب الصين التي تفتقر إلى الكهرباء، هذا النظام. كما تستخدم محطات الاتصالات الأساسية التي أنشأتها شركتا تشاينا موبايل وتشاينا يونيكوم في المناطق النائية التي لا تتوفر فيها شبكات الكهرباء، هذا النظام لتزويدها بالطاقة، كما هو الحال في مشروع محطة الاتصالات الأساسية في وانجيازهاي، شانشي.

4. نظام إمداد الطاقة AC/DC

يختلف هذا النظام الكهروضوئي عن الأنظمة الثلاثة المذكورة أعلاه، إذ يُمكنه توفير الطاقة لأحمال التيار المستمر والتيار المتردد في آنٍ واحد. ويحتوي، من حيث بنيته، على عدد أكبر من العواكس لتحويل طاقة التيار المستمر إلى طاقة تيار متردد، ما يُلبي احتياجات أحمال التيار المتردد. ونظرًا لاستهلاك هذا النظام الكبير للطاقة، فإنه يتطلب حجمًا كبيرًا نسبيًا. ويُستخدم في بعض محطات الاتصالات التي تعمل بأحمال التيار المتردد والتيار المستمر، وفي محطات الطاقة الكهروضوئية الأخرى التي تعمل بأحمال التيار المتردد والتيار المستمر.