الأجهزة المنزلية التي تعمل بالطاقة الشمسية: ما هي الأجهزة التي يمكن تشغيلها بالطاقة الشمسية وكيفية تحديد حجم نظامك

تجاوز توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية 2000 تيراواط ساعة عالميًا في عام 2024 — تمثل 7% من الكهرباء في العالم، وفقا ل بيانات الطاقة المتجددة الصادرة عن وكالة الطاقة الدولية . ووراء هذا العدد هناك ملايين الأسر التي توقفت عن انتظار الإذن من الشبكة وبدأت في تشغيل ثلاجاتها وغسالاتها ومكيفات الهواء على ضوء الشمس. لم يعد السؤال هو ما إذا كانت الطاقة الشمسية قادرة على تشغيل الأجهزة المنزلية أم لا، بل أصبح السؤال هو كيفية القيام بذلك بشكل صحيح.

كيف تعمل الطاقة الشمسية على تشغيل أجهزتك المنزلية

هناك طريقتان مختلفتان بشكل أساسي لتشغيل الأجهزة المنزلية على الطاقة الشمسية، والخلط بين الاثنين يؤدي إلى أخطاء باهظة الثمن.

الأول هو إمدادات العاصمة المباشرة : تولد اللوحة الشمسية تيارًا مباشرًا (DC)، والذي يتدفق مباشرة إلى جهاز يعمل بالتيار المستمر - عادةً ما يكون ثلاجة أو مروحة أو مصباح LED بجهد 12 فولت أو 24 فولت. لا يحدث أي تحويل. ما تنتجه اللوحة هو ما يستهلكه الجهاز. هذا الإعداد صغير الحجم وفعال ومثالي للكبائن خارج الشبكة والمنازل الريفية والمنشآت المتنقلة.

والثاني هو مصدر تيار متردد مرتبط بالشبكة أو مدعوم بالبطارية : تقوم الألواح بتغذية الطاقة إلى عاكس شمسي، والذي يحول التيار المستمر إلى تيار متردد قياسي (110 فولت أو 220 فولت). تعمل أجهزتك المنزلية التقليدية - تلك الموجودة بالفعل في مطبخك وغرفة الغسيل - بهذه الطاقة المحولة تمامًا كما تفعل من الشبكة. يضيف العاكس الهجين بطارية إلى الحلقة، مما يمنحك الطاقة المخزنة لليالي والأيام الغائمة.

كلا النهجين صالحان. يعتمد الخيار الصحيح على موقعك وأجهزتك الحالية ومدى استقلال الشبكة الذي تريده.

الأجهزة الشمسية التي تعمل بالتيار المستمر أو التيار المتردد: أيهما أكثر كفاءة؟

في كل مرة يتم فيها تحويل الكهرباء من التيار المستمر إلى التيار المتردد، يتم فقدان الطاقة. يعمل عاكس الجودة بكفاءة تتراوح من 93 إلى 97%، مما يعني أن 3 إلى 7% من كل واط تولده الألواح الخاصة بك يختفي كحرارة قبل أن يصل إلى أجهزتك. وفي نظام صغير، تتفاقم هذه الخسارة بسرعة.

الأجهزة الشمسية الأصلية التي تعمل بالتيار المستمر تتجاوز هذا تمامًا. تستهلك ثلاجة 12 فولت تيار مستمر بقوة 45 وات 45 وات بالضبط من بنك البطارية لديك. قم بتشغيل نفس سعة التبريد من خلال عاكس على طراز التيار المتردد ويجب أن يوفر نظامك 48-50 واط لتحقيق نفس النتيجة. على مدار عام، تضاف هذه الفجوة إلى أمبير ساعة حقيقي - ومال حقيقي في سعة البطارية التي إما تشتريها أو لا تشتريها.

ومع ذلك، تتطلب أجهزة التيار المستمر نظامًا شمسيًا مصممًا لهذا الغرض ولا تتوفر دائمًا بالأحجام أو الميزات التي تحتاجها. بالنسبة للأسر التي تنتقل من الاعتماد الكامل على الشبكة، محولات الطاقة الشمسية الهجينة للاستخدام السكني تقديم المسار الأكثر عملية: احتفظ بأجهزتك الحالية واترك العاكس يتولى عملية التحويل.

خلاصة القول: تفوز أجهزة التيار المستمر بكفاءة الأنظمة المخصصة خارج الشبكة؛ تفوز إعدادات عاكس التيار المتردد بالمرونة اللازمة للانتقالات المنزلية الجزئية أو الكاملة .

الأجهزة المنزلية الأكثر شيوعًا التي تعمل بالطاقة الشمسية

يمكن لأي جهاز كهربائي تقريبًا أن يعمل بالطاقة الشمسية - المتغير هو حجم النظام، وليس التوافق. فيما يلي الأجهزة الأكثر شيوعًا التي تعمل بالطاقة والقوة الكهربائية التقريبية التي تحتاج إلى التخطيط لها:

الإضاءة والمراوح هي أسهل نقطة دخول. إن القوة الكهربائية المنخفضة وأوقات التشغيل اليومية الطويلة والتوفير الفوري المرئي تجعلها الأجهزة الأولى التي تنتقل معظم الأسر إلى الطاقة الشمسية. تتطلب أنظمة DC LED الحد الأدنى من سعة اللوحة وبنك بطارية صغير.

ثلاجات تعمل بشكل مستمر، لذلك فهي تكافئ كفاءة النماذج الخاصة بالطاقة الشمسية التي تعمل بالتيار المستمر. يمكن للثلاجة الشمسية المعزولة جيدًا بقدرة 12 فولت أن تعمل بشكل موثوق على لوحتين بقدرة 200 واط مع بطارية متواضعة بقوة 100 أمبير في الساعة، حتى لو كان ذلك لمدة يومين غائمين متتاليين.

الغسالات اكتسب قوة كبيرة ولكن لفترة وجيزة فقط. إن تشغيل حمولة خلال ساعات الذروة للطاقة الشمسية - عادةً من الساعة 10 صباحًا إلى الساعة 2 ظهرًا - يعني أن الألواح توفر الطاقة مباشرة دون استنزاف احتياطيات البطارية. تعد استراتيجية "التحويل الشمسي" هذه واحدة من أكثر الطرق فعالية من حيث التكلفة لاستخدام الأجهزة عالية السحب.

مكيفات الهواء هي الأجهزة الأكثر تطلبًا في أي خطة للطاقة الشمسية. تحتاج الوحدة المنفصلة سعة 1.5 طن والتي تعمل لمدة ست ساعات يوميًا إلى ما يقرب من 8 إلى 11 كيلووات في الساعة - وهو ما يعادل إجمالي الإنتاج اليومي لمجموعة لوحات بقدرة 3 إلى 4 كيلووات في العديد من المناخات. تعد وحدات تكييف الهواء المخصصة من النوع العاكس المزودة بضواغط متغيرة أكثر توافقًا بشكل ملحوظ مع أنظمة الطاقة الشمسية نظرًا لأن مقاييس سحب الطاقة الخاصة بها تتناسب مع طلب التبريد الفعلي بدلاً من التدوير عند التحميل الكامل.

مطابقة أجهزتك مع النظام الشمسي المناسب

يبدأ تحديد حجم النظام بحمل جهازك، وليس بالألواح الشمسية. قم بإضافة استهلاك الطاقة اليومي لكل جهاز تريد تشغيله بالطاقة الشمسية (باستخدام الجدول أعلاه كمرجع)، ثم قم بالعمل بشكل عكسي لحساب سعة اللوحة وحجم البطارية وتقييم العاكس الذي تحتاجه.

يمكن تشغيل الأضواء المنزلية وثلاجة DC والتلفزيون ومراوح السقف عادةً على نظام 3-5 كيلو واط مع 5-10 كيلو واط ساعة من تخزين البطارية. إن إضافة غسالة وأجهزة صغيرة يدفع المتطلبات نحو أ نظام 6-10 كيلو واط . تحتاج المنازل المجهزة بتكييف الهواء إلى 10 كيلووات أو أكثر، مع وجود بطاريات ذات حجم مناسب لتغطية الاستهلاك أثناء الليل.

تحدد ثلاثة مكونات ما إذا كان نظامك يعمل بشكل موثوق:

• الألواح الكهروضوئية: تنتج الألواح ذات الكفاءة العالية (19-23%) طاقة أكبر من نفس منطقة السقف. الألواح الكهروضوئية عالية الكفاءة للتركيبات المنزلية تستحق التكلفة الأولية في المواقع ذات مساحة السقف المحدودة أو ضوء الشمس المتغير.
• العاكس: بالنسبة للمنازل التي تحتوي على أجهزة تكييف قياسية، يقوم العاكس الهجين بإدارة مدخلات الطاقة الشمسية وشحن البطارية والنسخ الاحتياطي للشبكة في وقت واحد. محولات طاقة شمسية هجينة للاستخدام السكني — مرحلة واحدة، أو مرحلة مقسمة، أو ثلاث مراحل — يجب أن يصل حجمها إلى 120% على الأقل من ذروة حمل الجهاز المتزامن.
• تخزين البطارية: أصبحت بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد (LiFePO4) الآن هي المعيار للأنظمة المنزلية: كيمياء مستقرة، وعمق تفريغ بنسبة 80-90%، وعمر دورة يتراوح بين 3000-6000 دورة. بطاريات تخزين الطاقة الشمسية لأنظمة الطاقة المنزلية متوفرة في كل من تكوينات الجهد المنخفض (48 فولت) والجهد العالي اعتمادًا على العاكس الخاص بك.

بالنسبة للأسر التي تريد حلاً مُصممًا مسبقًا بدلاً من التصميم من الصفر، مجموعات تخزين الطاقة الشمسية السكنية الكاملة من 3 كيلووات إلى 20 كيلووات توفر مجموعات متطابقة من اللوحة والعاكس والبطارية التي تقضي على التخمين بشأن توافق المكونات.

خارج الشبكة مقابل الشبكة المربوطة: الاختيار بناءً على حمل جهازك

إن التمييز بين الأنظمة خارج الشبكة والأنظمة المرتبطة بالشبكة أمر بالغ الأهمية عند البدء في إضافة أجهزة عالية السحب إلى خطتك الشمسية.

الأنظمة المرتبطة بالشبكة هي الخيار الصحيح عندما يكون لديك وصول موثوق إلى المرافق وتريد في المقام الأول تقليل فواتير الكهرباء. تستمد أجهزتك الطاقة الشمسية أثناء النهار وتتحول إلى الشبكة ليلاً أو أثناء ذروة الطلب. ليست هناك حاجة إلى بنك بطارية كبير، مما يقلل التكلفة الأولية بشكل كبير. المقايضة: تفقد الطاقة أثناء انقطاع الشبكة ما لم تقم بإضافة بطارية احتياطية.

أنظمة خارج الشبكة هي الاختيار الصحيح للمواقع النائية، أو المناطق التي لا يمكن الاعتماد عليها في إمدادات الشبكة، أو الأسر التي ترغب في الاستقلال الكامل للطاقة. يجب تغطية حمل الجهاز بالكامل - 24 ساعة في اليوم، 365 يومًا في السنة - بواسطة الألواح وبنك البطاريات. وهذا يعني زيادة الحجم للتعامل مع فترات الشتاء المنخفضة والأيام الغائمة المتتالية. يعد التخطيط خارج الشبكة أكثر تطلبًا، ولكن المردود هو الاستقلال الكامل عن أسعار المرافق وانقطاع التيار.

الأنظمة الهجينة الجمع بين أفضل ما في كليهما: الطاقة الشمسية والبطاريات التي تتعامل مع الحمل الأساسي، حيث تعمل الشبكة كنسخة احتياطية نادرًا ما يتم استخدامها. بالنسبة لمعظم الأسر التي تضيف الأجهزة تدريجيًا إلى الطاقة الشمسية، فإن هذا هو التصميم الأكثر مقاومة للمستقبل.

يمكن للشقق والمنازل ذات مساحة السطح المحدودة أن تبدأ بحلول مدمجة: شرفة وحلول الطاقة الشمسية ذات المساحة الصغيرة اسمح للمستأجرين وسكان المناطق الحضرية بتعويض استهلاك الطاقة للأجهزة الخفيفة - الإضاءة، وشحن الهاتف، والمراوح - دون تركيب كامل على السطح.

نصائح لزيادة الكفاءة إلى الحد الأقصى عند تشغيل الأجهزة بالطاقة الشمسية

يكون أداء النظام ذو الحجم الجيد ضعيفًا إذا لم يتم تحسين الأجهزة وأنماط الاستخدام من حوله. تُحدث هذه الممارسات فرقًا ملموسًا:

• قم بتشغيل الأجهزة ذات السحب العالي خلال ساعات الذروة الشمسية. الغسالات, dishwashers, and water heaters should operate between 10am and 2pm when panel output is at its highest. This reduces battery draw and minimizes grid fallback.
• اختر الأجهزة ذات تصنيفات كفاءة الطاقة. قد تستخدم الثلاجة ذات التصنيف A كهرباء أقل بنسبة 60% من الطراز القياسي. بالنسبة لأنظمة الطاقة الشمسية، تعد تحسينات كفاءة الأجهزة بمثابة إضافة مباشرة - استهلاك أقل يعني تقليل سعة اللوحة والبطارية المطلوبة.
• استبدل أحمال مقاومة التيار المتردد ببدائل من النوع DC أو العاكس. تعمل مكيفات الهواء من النوع العاكس، وسخانات المياه ذات المضخات الحرارية، والمضخات متغيرة السرعة على مطابقة إنتاجها مع الطلب الفعلي بدلاً من ركوب الدراجات بكامل طاقتها. وهذا يجعلها أكثر توافقًا بشكل كبير مع المخرجات المتغيرة للأنظمة الشمسية.
• مراقبة الأداء الفعلي لنظامك. توفر معظم العاكسات الهجينة الحديثة بيانات في الوقت الفعلي عن مخرجات اللوحة وحالة شحن البطارية وحمل الجهاز. تكشف مراجعة هذه البيانات خلال الأسابيع القليلة الأولى عن الأجهزة التي تستهلك طاقة غير متناسبة ومتى توجد أفضل فرص التغيير.
• حجم تخزين البطارية لمدة يومين على الأقل من الحكم الذاتي. بالنسبة للأجهزة التي لا يمكنك تحمل خسارتها - التبريد، والمعدات الطبية، والإضاءة - تأكد من أن بنك البطاريات الخاص بك يغطي يومين كاملين من الاستهلاك دون مدخلات الطاقة الشمسية. وهذا يحمي من الأيام الملبدة بالغيوم المتتالية دون فرض الاعتماد على النسخ الاحتياطي للشبكة.

لا تمثل الأجهزة المنزلية التي تعمل بالطاقة الشمسية فئة منتجات واحدة، فهي نتيجة لمطابقة الأجهزة المناسبة مع النظام المناسب. إذا قمت بالمطابقة بشكل صحيح، فإن الجمع بين الطاقة النظيفة وتكاليف التشغيل المنخفضة يعمل من تلقاء نفسه.