إمكانات تطبيق أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية في الحفاظ على الطاقة الصناعية

في ظل التحول في مجال الطاقة، تواجه المؤسسات الصناعية ضغوطًا مزدوجة: من جهة، تستمر تكاليف الطاقة في الارتفاع، ومن جهة أخرى، تزداد صرامة أهداف خفض انبعاثات الكربون. بالنسبة للقطاع الصناعي، الذي يستحوذ على ثلث استهلاك الطاقة العالمي، أصبح تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري مفتاحًا للشركات للحفاظ على قدرتها التنافسية على المدى الطويل.

على مدى العقد الماضي تقريبًا، طُبّقت تقنيات تسخين المياه بالطاقة الشمسية وتسخين المياه بالطاقة الشمسية على نطاق واسع في المنشآت الصناعية. ومع ذلك، لكلٍّ من هاتين الطريقتين حدودها: كفاءة توليد الطاقة الكهروضوئية محدودة، وارتفاع درجة الحرارة يُضعف أداء الخلايا الشمسية؛ ورغم قدرة سخانات المياه الشمسية على توفير الطاقة الحرارية، إلا أنها لا تلبي احتياجات المؤسسات من الكهرباء. يُسهم نظام التكامل الكهروضوئي والحراري الشمسي (PVT) في سدّ هذه الفجوة بدقة، إذ يجمع بين توليد الطاقة والتدفئة، مما يُعزز كفاءة الاستخدام الشاملة للطاقة.

في المجال الصناعي، تبرز مزايا تقنية PVT بشكل خاص. والسبب بسيط للغاية: فمعظم المصانع تتميز بمساحات أسطح واسعة ومناسبة للتركيب. في الوقت نفسه، لا تحتاج المؤسسات إلى كهرباء مستقرة فحسب، بل تحتاج أيضًا إلى كميات كبيرة من الماء الساخن منخفض إلى متوسط ​​الحرارة. يتوافق هذا الطلب بشكل كبير مع خصائص إنتاج تقنية PVT. لنأخذ طباعة وصباغة المنسوجات كمثال. تستهلك عمليات صباغة VAT والشطف والتجفيف كمية كبيرة من الماء الساخن، وتتراوح درجة حرارتها في الغالب بين 70 و90 درجة مئوية، والتي يمكن لنظام PVT توفيرها بدقة. من ناحية أخرى، يوفر قسم الطاقة الكهروضوئية الطاقة لمعدات المصنع والإضاءة والمكاتب، مكملًا بعضها البعض.

صناعة البيرة والمشروبات هي أيضًا من المستفيدين الرئيسيين. يتطلب تسخين وعاء الهريس إمدادًا حراريًا مستمرًا ومستقرًا، بينما تتطلب ورشة التخمير تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة. كما يُعد الماء الساخن ضروريًا لتنظيف الزجاجات والبرطمانات. عند تركيب سخانات المياه الحرارية (PVT) على سطح المصنع، فإنها لا تحل محل الغاز الطبيعي المستخدم في الغلايات جزئيًا فحسب، بل تُخفف أيضًا من عبء الطاقة على نظام التبريد. على سبيل المثال، في مصنع جعة أوروبي، يمكن لنظام PVT يغطي مساحة تقارب 500 متر مربع أن يلبي ثلث الطلب السنوي على الماء الساخن، مما يوفر ما يقرب من 60,000 دولار أمريكي من تكاليف الطاقة.

تتنوع تطبيقات الصناعات الكيميائية والدوائية بشكل كبير. سواءً كان الأمر يتعلق بتسخين وعاء التفاعل، أو التقطير، أو استعادة المذيبات، أو استخدام الماء الساخن أو زيت نقل الحرارة بدرجة حرارة تتراوح بين 80 و120 درجة مئوية. لا يقتصر دور نظام PVT هنا على توفير الطاقة الحرارية فحسب، بل يُقلل أيضًا من استهلاك الكهرباء في أوقات الذروة، مما يُساعد الشركات على تخفيف الضغط على شبكة الكهرباء. على الرغم من أن استهلاك الطاقة في هذه الصناعات مرتفع نسبيًا، ولا يُمكن لـ PVT أن يحل محل الغلايات تمامًا، إلا أنه يُقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة الأساسي، وله تأثير مباشر على خفض انبعاثات الكربون.

من منظور كفاءة الطاقة، لا تستغل أنظمة الطاقة الكهروضوئية التقليدية سوى حوالي 20% من الطاقة الشمسية، بينما يتجاوز معدل الاستخدام الشامل لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية 60% عادةً. هذا يعني أنه، تحت سقف واحد، يمكن لأنظمة الطاقة الكهروضوئية الكهروضوئية إنتاج أكثر من ضعف الطاقة الفعالة التي ينتجها نظام كهروضوئي واحد. من حيث الفوائد الاقتصادية، إذا جُمعت إعانات الطاقة المتجددة المحلية أو مكاسب خفض انبعاثات الكربون، فإن فترة استرداد تكاليف نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية تتراوح عادةً بين 3 و6 سنوات.

وبطبيعة الحال، PVT لا يخلو من التحديات أيضا. الاستثمار الأولي في المعدات مرتفع نسبيًا، والمتطلبات المهنية لتصميم النظام وصيانته أقوى. بالإضافة إلى ذلك، فهو قابل للتطبيق بشكل أساسي على العمليات ذات درجات الحرارة المنخفضة والمتوسطة. بالنسبة للتطبيقات الصناعية ذات درجات الحرارة العالية التي تتجاوز 400 درجة مئوية، لا تزال هناك حاجة إلى الغلايات التقليدية أو أنظمة التدفئة المركزية. ومع ذلك، فإن هذه القيود لا تمنع من الترويج لها على نطاق واسع في صناعات مثل الأغذية والمنسوجات والتخمير والأدوية.

قد تركز اتجاهات التطوير المستقبلية على جانبين: الأول هو تحسين المواد والعمليات، مثل الطلاءات الانتقائية الأكثر كفاءة ووسائط التبادل الحراري الأكثر استقرارًا؛ والثاني هو التكامل مع أنظمة تخزين الطاقة. من خلال تخزين الطاقة الكهربائية والحرارية، يمكن لتقنية PVT تخزين الطاقة خلال فترة ذروة الإنتاج نهارًا وإطلاقها بشكل مستقر ليلًا أو في الأيام الغائمة، وهو أمر بالغ الأهمية للمؤسسات الصناعية.

بشكل عام، PVT ليس مفهومًا بعيدًا ولكنه حل ينضج تدريجيًا. ويمكن أن يساعد الشركات على تقليل تكاليف الطاقة وخفض انبعاثات الكربون وتعزيز أمن الطاقة في نفس الوقت. بالنسبة للمستخدمين الصناعيين الذين يسعون إلى التحول الأخضر، فإن PVT هو طريق يستحق المحاولة.