تطبيق وإمكانات الألواح الشمسية الكهروضوئية في التحول العالمي للطاقة

نظرة عامة على تقنية PVT

يحقق مجمع الطاقة الشمسية الكهروضوئية/الحرارية (PVT) إنتاجًا فعالًا للكهرباء والحرارة من خلال الجمع بين الخلايا الكهروضوئية والمجمعات الشمسية. وتحقق المجمعات الشمسية الكهروضوئية/الحرارية (PVT) إنتاجًا فعالًا للكهرباء والحرارة من خلال الجمع بين الألواح الكهروضوئية والمجمعات الشمسية أو الماصات. جمعت مهمة IEA SHC رقم 60: أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PVT) مجموعة من الخبراء من مختبرات الأبحاث وقطاع الطاقة الشمسية لاستكشاف مختلف المفاهيم المحتملة لتقنية الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PVT) على مدار السنوات الثلاث الماضية. وبعد بحث متعمق، لخّصوا أمثلة ونماذج محاكاة ومؤشرات أداء رئيسية ومقارنات بين مفاهيم أنواع مختلفة من المنشآت حول العالم. تهدف هذه المقالة إلى تلخيص إنجازات العمل ونتائج المهمة، وتأكيد الإمكانات الهائلة لتقنية الطاقة الشمسية الكهروضوئية في تعزيز التدفئة الشمسية وإنتاج الكهرباء.

لا يُعد مفهوم الطاقة الشمسية الكهروضوئية بقدرة 580 واط خطوةً مبتكرةً في مجال الطاقة الجديدة. فعلى مدار العشرين عامًا الماضية، دأب الباحثون على استكشاف حلولٍ فعّالة، وقد قدّمت هيئة الطاقة الحرارية الأرضية (IEA SHC) دعمًا هامًا لتطوير تقنية الطاقة الكهروضوئية في المهمة 35 من مشروع الطاقة الحرارية الأرضية (SHC) من عام 2005 إلى عام 2010، والمهمة 60 اللاحقة من عام 2018 إلى عام 2020. ومع الانخفاض النسبي في تكاليف التكنولوجيا في صناعة الطاقة الكهروضوئية عام 2016، وتزايد نضج سوق صناعة الطاقة الشمسية الحرارية، أتاحت تقنية الطاقة الكهروضوئية فرصًا جديدةً للتطوير.

في الوقت الحاضر، مهدت هذه التطورات في مجال الطاقة الشمسية الطريق لتطبيق واسع النطاق لتقنية الألواح الشمسية الهجينة الخاصة. ولا يقتصر انتشار الخلايا الكهروضوئية المتكاملة في المباني (BIPV) والخلايا الكهروضوئية المتكاملة للواجهات (FIPV) على تعزيز تطبيق تقنية الألواح الكهروضوئية في المباني المكتبية والصناعية فحسب، بل يوفر أيضًا خيارات جديدة للمباني السكنية التي تتطلب الكهرباء والتدفئة وحتى التبريد. وفي الوقت نفسه، ساهم تطور تقنية المضخات الحرارية في توسيع نطاق استخدام مصادر الحرارة غير المغطاة للألواح الشمسية الهجينة الخاصة، مما قلل من تكاليف الطاقة للمستخدمين والطلب على تخزين الطاقة. علاوة على ذلك، أدى الانخفاض المستمر في تكلفة الوحدات الكهروضوئية إلى زيادة فعالية وكفاءة الجمع بين الطاقة الكهروضوئية والطاقة الحرارية لتوليد المزيد من الطاقة الشمسية تحت سقف واحد.

تفاصيل وأمثلة تطبيقية لتكنولوجيا PVT

مع ذلك، لا تزال هناك حاجة إلى مزيد من الجهود لتعميق فهم حلول الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PVT) وقبولها في قطاع التدفئة والتهوية وتكييف الهواء. وقد عزز خبراء SHC Task 60 وعي السوق بهذه التقنية، وهم ملتزمون بتطوير معايير دولية متخصصة لمجمعات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، مما يعزز ثقة مخططي الطاقة الشمسية والمستهلكين النهائيين في استخدام هذه التقنية الجديدة. وقد أسفرت هذه المهمة عن ثلاثة استنتاجات واضحة: يمكن لتقنية الطاقة الشمسية الكهروضوئية استغلال المساحة على السطح أو أي منطقة بكفاءة من خلال الإنتاج المزدوج للكهرباء والحرارة؛ تتوفر بالفعل حلول طاقة شمسية موثوقة في السوق؛ ومن المتوقع أن تلعب هذه التقنية دورًا رئيسيًا في تعزيز التحول في مجال الطاقة والحياة منخفضة الكربون.

تلعب تقنية PVT دورًا أساسيًا في تعزيز التحول العالمي في مجال الطاقة، نظرًا لفعاليتها من حيث التكلفة في مجال الطاقة الشمسية والحرارة. ووفقًا لأحدث البيانات، بلغ إجمالي المساحة المُركّبة لمجمعات PVT عالميًا 1275431 مترًا مربعًا بنهاية عام 2020، كما بلغ عدد أنظمة التشغيل 27920 جهازًا، مما يُظهر بوضوح النمو المُطرد لسوق PVT. وبين عامي 2018 و2020، بلغ متوسط معدل النمو السنوي لتقنية PVT 9%، مما يُشير إلى آفاق سوقية واسعة.

يكشف هذا عن المكانة الرائدة لأنظمة الهواء الشمسية في سوق الألواح الشمسية الهجينة ذات الطاقة الشمسية الخاصة، ويعود ذلك أساسًا إلى الدعم الفرنسي. في الماضي، نجح مُصنِّعان في إطلاق أنظمة هواء ذات طاقة شمسية خاصة. ميزتها الرئيسية هي استخدام الهواء كوسيط توزيع للأنظمة منخفضة الحرارة، مما يُحقق كفاءة عالية وإجهادًا منخفضًا للخلايا الكهروضوئية.

تصميم وكفاءة مجمع الطاقة الشمسية PVT

التصميم والتكلفة

تختلف تكلفة مجمعات الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PVT) باختلاف التصميم واختيار المواد، بهدف خفض التكاليف وتحسين الكفاءة من خلال تصميم مُحسّن. حاليًا، تتراوح التكلفة الإجمالية لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بين 500 و1500 يورو للمتر المربع، بينما تتراوح تكلفة مجمعات الطاقة الشمسية الكهروضوئية نفسها بين 100 و300 يورو للمتر المربع.

تقييم الكفاءة والتوحيد القياسي

يمكن تعريف كفاءة الألواح الشمسية الهجينة الخاصة من الكفاءة الكلية، والتي تأخذ في الاعتبار بشكل شامل إجمالي الناتج (بما في ذلك الطاقة الكهربائية والحرارية) الناتج عن الإشعاع الشمسي الساقط. لتبسيط الحسابات، عادةً ما لا يُؤخذ في الاعتبار إنتاج الكهرباء عند التقييم. مع ذلك، تتأثر كفاءة الألواح الشمسية بدرجة حرارة المُجمّع، لذا يجب مراعاة هذا العامل في مُجمّعات الألواح الشمسية الهجينة الخاصة التي تعمل في بيئات ذات درجات حرارة مختلفة. تُعد معايير اعتماد المنظمة الدولية للمعايير (ISO) وشهادة Solar Keymark معايير مهمة لتقييم أداء وحدات الألواح الشمسية الهجينة الخاصة.

مزايا PVT وإمكانات السوق

◆ اتجاهات سوق PVT

في ظل ظروف وفرة أشعة الشمس، مثل الطقس الصافي، يمكن لمجمعات PVT تلبية الطلب على الكهرباء بكفاءة خلال النهار والطلب على الحرارة على مدار العام. تتمتع مجمعات PVT بالطاقة العالية وكفاءة التدفئة في ظل الظروف المشمسة، مع فترة استرداد استثمار قصيرة تتراوح من 4 إلى 5 سنوات، مما يجعلها مناسبة جدًا للفنادق والأماكن الأخرى في منطقة البحر الأبيض المتوسط. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لـ PVT توفير الكهرباء للسيارات الكهربائية، والحرارة للمياه الساخنة المنزلية، والعمل كمبرد لآلات التبريد، مع وظائف شاملة.

مصنع إنتاج PVT الخاص بنا