الطاقة الشمسية في مجال العمل

تولد الوحدات الضوئية (PV) الكهرباء من أشعة الشمس، وهي تتسم بروعة البساطة والفعالية والديمومة. وبمجرد وضعها في مجال أشعة الشمس – ودون الحاجة إلى احتوائها على أجزاء متحركة - يمكنها تشغيل الأجهزة، أو شحن البطاريات، أو تزويد شبكة الكهرباء بالطاقة.
ومصفوفة الوحدات الشمسية هي مجمع طاقة أو "مولد" للطاقة الشمسية من خلال التأثير الضوئي الذي اكتشف في عام 1839 بواسطة الفيزيائي الفرنسي ألكسندر إدموند بيكريل، الذي يصف الطريقة التي تولد بها الخلايا الكهروضوئية الكهرباء من الطاقة الكامنة في فوتونات أشعة الشمس. وعندما يسقط ضوء الشمس على الخلايا الكهروضوئية، فإن الخلايا تمتص بعض الفوتونات ثم تنتقل الطاقة الكامنة في الفوتونات إلى إلكترون في مادة من أشباه الموصلات. وبواسطة طاقة الفوتون يتمكن الإلكترون من الهروب من موقعه المعتاد في ذرات أشباه الموصلات ليصبح جزءا من التيار في الدائرة الكهربائية.
وتنتمي معظم الخلايا الكهروضوئية إلى إحدى فئتين أساسيتين: وحدات السيليكون البلورية أو وحدات الأغشية الرقيقة. ووحدات السيليكون البلورية يمكن تصنيعها أحادية السيليكون، أو متعددة السيليكون، أو شريطية السيليكون. أما الأغشية الرقيقة فهو مصطلح يشمل مجموعة واسعة من التقنيات المختلفة، بما في ذلك السيليكون غير المتبلور، والتركيبات المتنوعة في استخدام أشباه الموصلات الأخرى مثل تيلوريد الكادميوم أو ثنائي سيلينيت غاليوم إنديوم النحاس (CIGS). وتولد تقنية الأغشية الرقيقة الكثير من أفكار البحث والتطوير الحالية، في حين أن الوحدات البلورية تستحوذ حاليا على أكثر من 80 في المائة من السوق.
ومن أجل استغلال طاقة المصفوفات فقد تحتاج أيضا إلى مكونات أخرى مثل العاكسات، ووحدات التحكم في الشحن، والبطاريات، وهي العناصر التي تشكل النظام الشمسي الكهربائي. وتعتمد المكونات المطلوبة على نوع النظام المصمم، وتشمل أنواع النظام ما يلي:
نظم الوحدات الكهروضوئية المباشرة: وهي أبسط أنظمة الطاقة الشمسية الكهربائية ذات أقل عدد من المكونات (بشكل أساسي مصفوفة الخلايا والحمل). ولأنها لا تحتوي على بطاريات ولا يتم توصيلها بالشبكة الكهربائية، فإنها لا تولد طاقة إلا عندما تكون الشمس مشرقة، ما يعني أنها ليست مناسبة سوى لعدد محدود من التطبيقات خاصة ضخ المياه والتهوية حيث تعمل المضخة أو المروحة عندما تشرق الشمس.
نظم المناطق البعيدة عن الشبكة: على الرغم من أنها أكثر شيوعا في الأماكن النائية التي لا تصلها خدمات المرافق، فإن نظم الطاقة الشمسية الكهربائية للمناطق البعيدة عن الشبكة يمكن أن تستخدم في أي مكان. وتعمل هذه النظم بشكل مستقل عن الشبكة لتوليد كل الكهرباء اللازمة للمنازل. وتحتاج هذه النظم إلى بطاريات لتخزين الطاقة الشمسية لاستخدامها أثناء الليل أو أثناء الأجواء الغائمة، وإلى وحدة تحكم في الشحن لحماية البطاريات من زيادة الشحن، وإلى عاكس لتحويل التيار المستمر المتولد من الوحدات إلى تيار متردد يصلح للاستخدام في تشغيل الأجهزة المنزلية التي تعمل بالتيار المتردد، وإلى جميع تجهيزات قطع الاتصال، والرصد اللازمة، وما يرتبط بذلك من معدات السلامة الكهربائية.
النظم المتصلة بالشبكة ذات البطاريات الاحتياطية: هذا النوع مشابه جدا لنظم المناطق البعيدة عن الشبكة في التصميم والمكونات، ولكن تضاف إليه شبكة الكهرباء، ما يقلل من حاجة النظام إلى توفير كل الطاقة في كل وقت.
النظم المتصلة بالشبكة، ولا تحتوي على بطاريات: وتعرف هذه النظم الكهروضوئية الأكثر شيوعا أيضا بالنظم المرتبطة بالشبكة، أو المتصلة بالشبكة، أو المتفاعلة مع الشبكة، أو المتداخلة مع الشبكة، أو المباشرة مع الشبكة. وتولد هذه النظم الكهرباء الشمسية وتوصلها إلى الأحمال وإلى شبكة الطاقة الكهربائية، ما يعوض استهلاك الكهرباء في المنازل أو في الشركات. وتتألف مكونات هذه النظم ببساطة من مصفوفة الوحدات الكهروضوئية، والعاكس (أو العواكس)، ومعدات السلامة الكهربائية المطلوبة (أي الصمامات - قواطع التيار - وحدات الرصد). ولا تختلف الحياة في ظل نظم الطاقة الشمسية الكهربائية المتصلة بالشبكة عن الحياة في ظل شبكة الكهرباء، إلا من حيث كون بعض أو كل الكهرباء المستهلكة تأتي من الشمس. وعيب هذه النظم التي لا تحتوي على بطاريات هو أنها لا توفر أي حماية من انقطاع التيار، فعندما يصيب شبكة الكهرباء عطل، فإن هذه النظم تتوقف عن العمل.