تطبيق لوحة PVT في المباني التجارية والمؤسسات العامة

مقدمة

شهد مشهد الطاقة العالمي تغيرات جذرية في السنوات الأخيرة. وقد عزز تغير المناخ، وتقلبات أسعار الطاقة، واقتراح هدف الحياد الكربوني، أهمية الطاقة النظيفة في مختلف المجالات. وبصفتها تقنية ناشئة للاستخدام الشامل للطاقة الشمسية، أظهرت تقنية التكامل الكهروضوئي والحراري (PVT) إمكانات تطبيقية كبيرة في المباني التجارية والمؤسسات العامة نظرًا لقدرتها على توليد الكهرباء والحرارة في آن واحد. وعلى عكس أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية البسيطة أو أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية، يمكن لتقنية التكامل الكهروضوئي والحراري زيادة كفاءة استخدام مساحة السطح أو الجدار الخارجي إلى أقصى حد، مما يحقق إنتاجًا أعلى للطاقة ضمن مساحة محدودة. ستتناول هذه المقالة أهمية تقنية التكامل الكهروضوئي والحراري في المباني التجارية والمؤسسات العامة من جوانب مثل متطلبات التطبيق، والحالات النموذجية، والفوائد الاقتصادية والبيئية، والآفاق المستقبلية.

I. خصائص الطلب على الطاقة في المباني التجارية والمؤسسات العامة

بالمقارنة مع المساكن العادية، تتمتع المباني التجارية والمؤسسات العامة بالخصائص الملحوظة التالية في استخدام الطاقة:

حجم الطلب على الطاقة كبير

تتمتع المجمعات التجارية ومراكز التسوق والفنادق والمستشفيات والمدارس وغيرها بمساحات أرضية كبيرة ووظائف متنوعة، كما أن احتياجاتها من الكهرباء والماء الساخن أعلى من احتياجات المنازل.

تنويع الطلب على الطاقة

بالإضافة إلى الإضاءة والتبريد والتدفئة وتشغيل المصاعد، تتطلب هذه المباني أيضًا كمية كبيرة من أنظمة الماء الساخن وتكييف الهواء. تحتاج بعض المستشفيات ومؤسسات تقديم الطعام إلى التطهير بالبخار أو الماء الساخن بدرجة حرارة منخفضة.

توزيع وقت استهلاك الطاقة مركّز نسبيًا

يعتبر استهلاك الطاقة خلال أيام العمل والنهار أعلى بشكل عام من استهلاكه في الليل، وهو ما يتوافق إلى حد كبير مع خصائص توليد الطاقة وتجميع الحرارة للطاقة الشمسية.

الحفاظ على الطاقة وخفض الانبعاثات والدور الاجتماعي

غالبًا ما تُعدّ المؤسسات العامة والمرافق التجارية الكبرى معالم بارزة في المدينة، لما لها من أهمية بالغة من حيث مظهرها الخارجي وفعاليتها في توفير الطاقة. ويمكن أن يُحقق اعتماد تقنيات الطاقة النظيفة المتقدمة فوائد اجتماعية إضافية.

ثانيًا: تجلّي المزايا التقنية لشركة PVT في مجال البناء

استغلال المساحة بشكل كبير

عادةً ما تكون مساحة أسطح المباني التجارية محدودة، لكن الطلب على الطاقة هائل. يُسهم نظام PVT في حلّ العلاقة التنافسية بين أنظمة الطاقة الكهروضوئية والطاقة الشمسية الحرارية أثناء التركيب، من خلال تحقيق توليد الطاقة وتوفير التدفئة من خلال لوحة واحدة.

تحسين كفاءة الطاقة

يمكن أن تصل الكفاءة الشاملة لنظام PVT إلى 70%-80%، وهي أعلى بكثير من كفاءة نظام واحد. بالنسبة للمنشآت التجارية ذات الاستهلاك العالي للطاقة، يُسهم هذا في توفير كبير للطاقة.

تحسين أداء الوحدات الكهروضوئية

يتم نقل الحرارة الموجودة على الجزء الخلفي من الألواح الكهروضوئية عن طريق تدفق السائل أو الهواء، مما لا يحسن استخدام الطاقة الحرارية فحسب، بل يحافظ أيضًا على درجة حرارة الوحدات الكهروضوئية منخفضة ويطيل عمرها الافتراضي.

توفير تكاليف التشغيل والصيانة

إن دمج النظامين يمكن أن يقلل من تعقيد خطوط الأنابيب والدعم وأنظمة التحكم، وبالتالي خفض تكاليف التشغيل والصيانة على المدى الطويل.

ثالثًا: حالات تطبيقية نموذجية

صناعة الفنادق

يحتاج الفندق إلى كميات هائلة من الماء الساخن، ويحتاج إلى كميات كبيرة من الكهرباء لتشغيل الإضاءة وتكييف الهواء ومعدات المطبخ. بعد أن قامت بعض الفنادق الأوروبية بتركيب أنظمة التدفئة الشمسية على أسطحها، أصبح أكثر من 80% من الماء الساخن في غرف النزلاء يعتمد على الطاقة الشمسية، حيث يتم توليد الكهرباء واستهلاكها ذاتيًا، مما يقلل بشكل كبير من فواتير الطاقة.

المستشفيات ودور العجزة

تعمل المستشفيات على مدار الساعة. تستهلك المعدات الطبية وأنظمة التبريد وتشغيل المصاعد كمية كبيرة من الكهرباء. في الوقت نفسه، يلزم توفير الماء الساخن للأجنحة وخدمات الطعام والتنظيف. يوفر نظام PVT الماء الساخن للاستحمام والتطهير مع ضمان توفير الطاقة. وقد اعتمدت بعض المستشفيات في ألمانيا جدرانًا خارجية بتقنية BIPVT (الألواح الكهروضوئية والحرارية الشمسية المدمجة في المباني)، مما يُحسّن مظهر المباني ويلبي جزءًا من احتياجاتها من الطاقة.

الحرم المدرسي والجامعي

تشهد قاعات الدراسة والكافيتريات في المدرسة طلبًا كبيرًا على الماء الساخن، كما أن استهلاك الكهرباء للفصول الدراسية والمختبرات كبير. ولا يقتصر تركيب نظام التدفئة المركزية على خفض تكاليف تشغيل المدارس فحسب، بل يُمثل أيضًا مشروعًا لعرض العلوم والتعليم يهدف إلى نشر المعرفة بالطاقة الجديدة بين الطلاب.

مراكز التسوق والمباني المكتبية

يتوافق استهلاك الطاقة الأقصى لهذه المباني خلال النهار بشكل كبير مع منحنى الإشعاع الشمسي. يمكن استخدام الكهرباء المولدة من نظام PVT مباشرةً في نظام تكييف الهواء، ويمكن استخدام الحرارة لتوفير الماء الساخن المركزي أو التدفئة، مما يعزز معدل الاكتفاء الذاتي من الطاقة.

رابعًا: تحليل المنافع الاقتصادية

تقليل تكاليف الطاقة

عادةً ما تكون أسعار الكهرباء في المباني التجارية أعلى من أسعارها في المباني السكنية. يمكن لأنظمة التدفئة المركزية (PVT) خفض تكاليف الكهرباء والوقود بشكل كبير من خلال توليد واستهلاك الكهرباء الخاصة بها، واستبدال أنظمة تسخين المياه بالغاز.

تقصير فترة الاسترداد للاستثمار

على الرغم من أن الاستثمار الأولي في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية أعلى من الاستثمار في نظام واحد، إلا أن عائدها على المدى الطويل أكبر نظرًا لتأثيرها الفعّال في توفير الطاقة. وتشير بعض الدراسات في أوروبا إلى أن فترة استرداد استثمار أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية تتراوح بين 6 و8 سنوات.

تعزيز قيمة العقار

بالنسبة للعقارات التجارية، يمكن لشهادات الاستدامة البيئية وتوفير الطاقة (مثل LEED وBREEAM) أن تعزز القيمة السوقية للمباني وجاذبيتها الإيجارية. وباعتبارها أحد أشكال الطاقة الخضراء، فإن لتكنولوجيا PVT تأثيرًا إيجابيًا على ارتفاع قيمة الأصول.

خامسًا: الفوائد البيئية والاجتماعية

الحد من انبعاثات الكربون

تُصدر المباني التجارية والمؤسسات العامة انبعاثات كربونية هائلة. لا يقتصر نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية على استبدال جزء من الطاقة الحرارية فحسب، بل يُقلل أيضًا من استهلاك الغاز في الغلايات. ووفقًا للتقديرات، فإن تزويد مبنى مكاتب بمساحة 5000 متر مربع بنظام طاقة شمسية كهروضوئية بقدرة 100 كيلوواط يُمكن أن يُقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمئات الأطنان سنويًا.

تأثير مظاهرة

إن تركيب أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية في المؤسسات العامة ليس مجرد إجراء لتوفير الطاقة، بل هو أيضًا دليل على توجه السياسات. فهو يُرسي رسالة للمجتمع حول جدوى وضرورة الطاقة النظيفة، مما قد يشجع القطاعات الأخرى على اتباع نهج مماثل.

تحسين هيكل الطاقة الحضرية

تنتشر المباني التجارية الكبيرة على نطاق واسع في مراكز المدن. وتساعد خصائص توزيع الطاقة في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية على تقليل الاعتماد على شبكات الكهرباء الحضرية وتخفيف أحمال الذروة.

السادس. التحديات التي تواجه التطبيقات

التكلفة الأولية مرتفعة نسبيا

بالنسبة للمدارس أو المؤسسات العامة ذات الميزانيات المحدودة، فإن التكلفة العالية لتركيب نظام PVT تظل تشكل عقبة.

المعايير الفنية ليست موحدة بعد

بالمقارنة مع الطاقة الشمسية الكهروضوئية الفردية أو الطاقة الشمسية الحرارية، تفتقر الطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى معايير موحدة عالميًا من حيث التركيب والتفتيش والتشغيل والصيانة.

حدود التصميم المعماري

لا تصلح جميع أسطح المباني أو الجدران الخارجية لتركيب PVT، وخاصة المباني القديمة التي قد تتطلب تعزيزات وتجديدات إضافية.

عدم كفاية الوعي بالسوق

لا يمتلك العديد من أصحاب المباني أو المديرين فهمًا كافيًا لـ PVT وما زالوا عالقين في مفهوم سخانات المياه الكهروضوئية أو الشمسية التقليدية.

سابعا. اتجاهات التطوير المستقبلية

دعم السياسات والإعانات

ومع تقدم استراتيجية الحياد الكربوني، قد تقدم المزيد من البلدان حوافز مالية أو ضريبية لمشاريع الطاقة الخاصة في المستقبل.

التكامل مع المباني الذكية

إذا كان من الممكن ربط PVT بنظام إدارة الطاقة في المبنى لتحقيق التوزيع الذكي للطاقة الكهربائية والحرارية، فسوف يعمل ذلك على تعزيز الكفاءة بشكل كبير.

الجمع بين تخزين الطاقة و PVT

إن تخزين الطاقة الكهربائية في البطاريات والطاقة الحرارية في مواد تغيير الطور أو خزانات الماء الساخن يمكن أن يحل مشكلة استهلاك الطاقة وتوليدها بشكل غير متزامن.

تصميم معماري متكامل

من خلال تقنية BIPVT، يتم استخدام وحدات PVT مباشرة كجزء من السقف أو الحائط الساتر، وهو أمر جميل من الناحية الجمالية وكفء في استخدام الطاقة.

ثامناً. الخاتمة

في المباني التجارية والمؤسسات العامة، يمكن لأنظمة PVT، مع استخدامها الفعال للمساحة وقدراتها الشاملة لإنتاج الطاقة، أن تقلل بشكل كبير من تكاليف التشغيل، وتخفض انبعاثات الكربون، وتعزز الصورة الخضراء للمباني. على الرغم من التحديات من حيث التكلفة والمعايير والترويج، ومع دعم السياسات والتقدم التكنولوجي، من المتوقع أن تصبح PVT عنصرا هاما في المباني الخضراء في المستقبل. بالنسبة للشركات والمؤسسات العامة التي تسعى إلى تحقيق الاستقلال في مجال الطاقة والتنمية منخفضة الكربون، فإن تقنية PVT ليست مجرد تكنولوجيا موفرة للطاقة ولكنها أيضًا خيار استراتيجي للمستقبل.