أنواع مختلفة من هياكل تركيب الطاقة الشمسية

اختيار هيكل التركيب الصحيح لـ ألواح الطاقة الشمسية أمر بالغ الأهمية. ويؤثر هذا الاختيار بشكل كبير على كفاءة النظام من خلال تحديد اتجاه الألواح وزاويتها تجاه الشمس، مما يحسن من التقاط أشعة الشمس وتحويلها إلى كهرباء. وعلاوة على ذلك، يضمن الهيكل المختار والمركب بشكل جيد تحمل ألواحك للعوامل البيئية، مما يحمي استثمارك.

تهدف هذه المقالة إلى مساعدتك في التعرف على الأنواع المختلفة من هياكل تركيب الألواح الشمسية، واستكشاف تعريفاتها وفوائدها وعيوبها وسيناريوهات الاستخدام المثالية. من خلال فهم ميزات كل نوع من أنواع التركيب، يمكنك اتخاذ القرار الصحيح بشأن الطريقة الأنسب لمتطلباتك وظروفك، مما يضمن الأداء الأمثل وطول العمر الافتراضي لنظام التركيب الشمسي الخاص بك.

الهياكل المثبتة على السقف

باعتبارها أكثر أنواع هياكل التركيبات الشمسية شيوعاً وأسهلها في التركيب، يتم تركيبها مباشرةً على سطح المبنى لتحقيق كفاءة استخدام المساحة.

هناك نوعان رئيسيان من الهياكل المثبتة على السقف: المسطحة والمنحدرة. حوامل الأسقف المسطحة مصممة للمباني ذات الأسقف المسطحة أو المنخفضة الانحدار، وعادةً ما يتم تثبيتها باستخدام أثقال أو كوابح لتجنب اختراق السقف. حوامل الأسقف المائلة مصممة للأسطح المنحدرة، وغالباً ما يتم تثبيتها مباشرةً على العوارض الخشبية للسقف لتحقيق أقصى قدر من الثبات.

تشمل مزايا نظام الطاقة الشمسية المثبتة على السطح كفاءة استخدام المساحة، وانخفاض تكلفة التركيب، وعدم الحاجة إلى أرض إضافية. كما يسهل عادةً توصيلها بشبكة الكهرباء الحالية. ومع ذلك، يتم تحديد اتجاهها وزاويتها من خلال السقف الموجود، والذي قد لا يكون دائماً هو الأمثل للتعرض لأشعة الشمس. وقد يكون الوصول إليها أقل سهولة للصيانة وقد تتسبب في تلف السقف إذا لم يتم تركيبها بشكل صحيح.

تُعد هياكل تركيب الألواح الشمسية على الأسطح ملائمة للمباني ذات الأسطح الكبيرة والقوية وذات الاتجاه الملائم للشمس، بما في ذلك المنازل السكنية والمباني التجارية. يجب أن تكون هذه الهياكل ذات أسطح قوية، وتلتزم بالقوانين المحلية وقواعد اتحادات أصحاب المنازل التي تسمح بتركيب الألواح الشمسية.

الهياكل المثبتة على الأرض

يتم تركيب هياكل تركيب الطاقة الشمسية الأرضية على الأرض بدلاً من السقف. وعادةً ما يتم تركيبها على هياكل من الصلب أو الألومنيوم يتم تثبيتها على الأرض، وغالباً ما تستخدم في الأراضي الشمسية واسعة النطاق أو عندما لا يتوفر تركيبها على السطح.

هناك نوعان: الميل الثابت والميل القابل للتعديل. تحتوي الهياكل ذات الإمالة الثابتة على ألواح شمسية مثبتة بزاوية محددة وثابتة. على الجانب الآخر، تسمح أنظمة الإمالة القابلة للتعديل بضبط زاوية الألواح يدوياً لتحسين التعرض لأشعة الشمس على مدار العام.

وتتمثل ميزة الهياكل المثبتة على الأرض في القدرة على وضع الألواح وتوجيهها لتحقيق أقصى قدر من التعرض للشمس، بغض النظر عن اتجاه المبنى. كما يسهل الوصول إليها للصيانة. ومع ذلك، فهي تتطلب مساحة أكبر ولا يوصى بمساحة أرض محدودة. قد يكون تركيب الهياكل المركبة على الأرض أكثر تكلفة وتعقيداً، بسبب التهيئة الأرضية المطلوبة واللوائح المحتملة لتقسيم المناطق.

تعتبر أنظمة الطاقة الشمسية المثبتة على الأرض مثالية للمواقع ذات المساحة الأرضية الواسعة. كما أنها حل جيد عندما يكون السقف غير مناسب للألواح الشمسية بسبب الحجم أو التظليل أو الاتجاه أو المشاكل الهيكلية. منشآت الطاقة الشمسية التجارية أو مزارع الطاقة الشمسية أو الأماكن السكنية ذات المساحات الواسعة من الأرض.

الهياكل المثبتة على أعمدة

تُركب الهياكل الشمسية المثبتة على أعمدة على أعمدة منفردة، وغالباً ما تستخدم في الأماكن التي تكون فيها المساحة مرتفعة أو تكون الأرض والسقف غير مناسبين للتركيب. قد تكون هذه الهياكل ثابتة أو مزودة بنظام تتبع لتتبع مسار الشمس.

وتتمثل ميزة التركيب على عمود في مرونة التموضع، مما يتيح تركيب الألواح الشمسية في مجموعة متنوعة من المواقع. كما أنها توفر سهولة الوصول للصيانة وإمكانية تتبع الشمس. على أي حال، فإنها تتعامل مع عدد أقل من الألواح لكل عمود، وقد تكون عملية التركيب أكثر تعقيداً وتكلفة بسبب الحاجة إلى هيكل عمود ثابت ومستقر.

الهياكل المثبتة على أعمدة هي الأنسب للمواقع التي تكون فيها التركيبات الأرضية والسقفية غير مجدية، بسبب قيود مثل المساحة المحدودة أو ظروف السقف السيئة أو القيود التنظيمية. وهي فعالة بشكل خاص في الأماكن خارج الشبكة التي تتطلب أقصى قدر من الكفاءة الشمسية من خلال تتبع الشمس.

الهياكل الشمسية المثبتة على نظام التتبع

نظام حوامل التتبع معقد ويتحرك ليتبع مسار ضوء الشمس على مدار اليوم. من خلال محاذاة الألواح مباشرة مع أشعة الشمس، يعزز هيكل التتبع المركب بشكل كبير من إنتاج الطاقة من الألواح الشمسية، مما يضمن أقصى قدر من التعرض لأشعة الشمس.

يتم استخدام نوعين من الهياكل المركبة على التتبع على نطاق واسع: أحادي المحور وثنائي المحور. يتحرك نظام التتبع أحادي المحور من الشرق إلى الغرب، متبعًا مسار الشمس اليومي. أما أجهزة التتبع ثنائية المحور، فبالإضافة إلى الحركة من الشرق إلى الغرب، فهي تتكيف أيضًا مع تغير ارتفاع الشمس في السماء على مدار العام، مما يوفر أقصى قدر ممكن من تجميع الطاقة الشمسية.

وتتمثل الميزة الأساسية لهياكل التتبع في زيادة إنتاجها للطاقة، حيث أنها تزيد من كمية أشعة الشمس التي تتلقاها الألواح. ومع ذلك، فهي عادة ما تكون أكثر تكلفة وتعقيداً في التركيب والصيانة من الأنواع الأخرى. وهناك حاجة إلى مساحة أكبر لتجنب تظليل الألواح المجاورة أثناء تحركها.

تُعد حوامل التتبع أفضل حل للمناطق الواسعة والغنية بالشمس، وعادةً ما تكون في تركيبات الطاقة الشمسية على نطاق المرافق، والمواقع السكنية أو التجارية غير المقيدة المساحة التي تهدف إلى الحصول على أقصى قدر من الطاقة، والمنشآت خارج الشبكة التي تتطلب توليد الطاقة المثلى.

الخلايا الكهروضوئية المتكاملة للمباني (BIPV)

الخلايا الكهروضوئية المدمجة في المبنى (BIPV) هي ألواح أو مواد شمسية مدمجة في تشييد المبنى بدلاً من إضافتها بعد ذلك. ويمكن أن يشمل ذلك المواد الكهروضوئية المدمجة في النوافذ وبلاط الأسقف والواجهات وغيرها، مما يحول المبنى نفسه إلى مولد للطاقة.

تتميز الألواح الكهروضوئية ثنائية الفينيل متعدد الكثافة بميزة التصميم المبهج وكفاءة المساحة وتعدد الوظائف كمواد بناء ومولد للطاقة. كما يمكن للخلايا الكهروضوئية الثنائية الفلطاضوئية الثنائية البُنيان أن تعوض تكاليف البناء عن طريق استبدال مواد البناء التقليدية. ومع ذلك، يمكن أن يكون تركيبها واستبدالها أكثر تكلفة، كما أن اتجاهها ثابت بناءً على تصميم المبنى، والذي قد لا يكون مثاليًا للتعرض لأشعة الشمس.

تُعد BIPV مثالية للإنشاءات الجديدة أو التجديدات الرئيسية حيث يمكن أن يستوعب تصميم المبنى هذه الأنظمة ويحسنها. ويشمل ذلك المباني السكنية والتجارية على حد سواء. وتتوفر هذه الأنظمة بشكل خاص في المناطق الحضرية حيث تكون المساحة مرتفعة وقد لا تكون منشآت الطاقة الشمسية التقليدية مجدية.

حوامل الطاقة الشمسية العائمة

حوامل الطاقة الشمسية العائمة، والمعروفة أيضًا باسم الألواح الشمسية العائمة، هي ألواح شمسية مثبتة على طوافات وتطفو على مسطحات مائية مثل الخزانات أو البرك أو البحيرات. يسمح هذا النوع من التركيبات الشمسية الذي يزداد شيوعاً بالاستخدام المفيد للأسطح المائية لتوليد الطاقة الشمسية.

تستخدم حوامل الطاقة الشمسية العائمة أسطح المياه غير المشغولة، وتمنع استخدام الأرض، ويمكن أن تقلل من التبخر وتتحكم في الطحالب. ويعزز تأثير تبريد المياه من كفاءة الألواح. ومع ذلك، قد يكون تركيبها وصيانتها أكثر صعوبة من الأنظمة الأرضية، كما أنها لا تصلح للمياه المضطربة أو المناطق التي تشهد حركة مرور كثيفة للقوارب.

تُعد حوامل الطاقة الشمسية العائمة مثالية للمناطق ذات المياه الهادئة الكبيرة، بما في ذلك الخزانات والبحيرات. وهي ممتازة للمناطق ذات الأراضي الشحيحة أو المناطق ذات الكثافة السكانية العالية التي تسعى إلى تعزيز القدرة الشمسية دون استخدام الأراضي. وتستفيد منها أيضاً الصناعات ذات المسطحات المائية الكبيرة، مثل مرافق مياه الصرف الصحي أو المزارع ذات أحواض الري.

تركيب الطاقة الشمسية في المرآب

تُركب أنظمة تركيب الطاقة الشمسية في مرآب السيارات، وهي هياكل مصممة لتغطية السيارات المتوقفة. توفر هذه الأنظمة أغراضاً مزدوجة من خلال توفير الظل والحماية للمركبات مع تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.

تُستخدم حوامل مرآب السيارات كواقيات للمركبات ومولدات للطاقة على حد سواء، مما يؤدي إلى استخدام مساحة وقوف السيارات بفعالية وتعزيز المظهر الجمالي. ومع ذلك، فإنها غالباً ما تكلف أكثر من حوامل السقف بسبب احتياجات الهيكل المستقل. كما أن تعرضها للطاقة الشمسية يعتمد على تصميم المرآب، مما يعني عدم وجود حد أقصى لتوليد الطاقة الشمسية.

نظام حوامل الطاقة الشمسية لمرآب السيارات هو الأنسب للمنازل أو الشركات أو المؤسسات التي تحتوي على مواقف سيارات كبيرة تتلقى أشعة الشمس الوافرة. وهي ذات قيمة خاصة في المناخات الحارة حيث يكون تظليل السيارات مفيداً. كما أن حوامل المرآب تعمل بشكل جيد في الأماكن التي لا تكون فيها التركيبات على السطح أو الأرض ممكنة أو مرغوبة.

تركيب الطاقة الشمسية على الشرفة

حوامل الطاقة الشمسية على الشرفات هي منشآت شمسية صغيرة الحجم مصممة لتوضع على شرفات المباني. وهي توفر فرصة لتوليد الطاقة الشمسية في المناطق الحضرية أو الشاهقة حيث قد لا تكون تركيبات الطاقة الشمسية التقليدية مجدية.

تتميز حوامل الطاقة الشمسية في الشرفات بميزة توفير الطاقة الشمسية لسكان المناطق الحضرية الذين قد لا تتوفر لديهم خيارات أخرى. وعادةً ما تكون أسهل وأرخص في التركيب من أنظمة تركيب الطاقة الشمسية التقليدية. ومع ذلك، فإن قدرتها على توليد الطاقة أقل بكثير بسبب صغر حجمها، وتعتمد فعاليتها بشكل كبير على اتجاه الشرفة ووصول ضوء الشمس دون عائق.

تُعد حوامل الطاقة الشمسية في الشرفة خياراً جيداً لسكان المباني الشاهقة أو سكان المناطق الحضرية الذين يرغبون في الاستفادة من الطاقة الشمسية ولكن ليس لديهم إمكانية الوصول إلى سطح أو مساحة أرضية لتركيب نظام شمسي تقليدي. كما أنها مناسبة أيضاً للأفراد في العقارات المستأجرة حيث قد لا يُسمح بتركيب نظام شمسي كامل النطاق.

في الختام

وباختصار، لكل نوع من أنواع هياكل تركيب الألواح الشمسية مزاياه وعيوبه وحالات الاستخدام المثالية، بدءًا من منشآت المرافق العامة واسعة النطاق إلى سكان المدن الأفراد الذين يسعون إلى توليد الطاقة الشمسية.

إن اختيار هيكل التركيب الشمسي المناسب، الذي لا يقل أهمية عن اختيار الألواح نفسها، يجب أن يتماشى مع احتياجاتك وظروفك وأهدافك الفريدة. عوامل مثل الموقع والمساحة والمناخ واللوائح التنظيمية هي عوامل أساسية. يعمل الاختيار الصحيح على تحسين الكفاءة والمتانة وعوائد الاستثمار في الطاقة الشمسية.