محطة الطاقة الكهروضوئية على السطح ، أو نظام PV الضوئي على السطح ، هو نظام ضوئي يحتوي على ألواح الطاقة الشمسية المولدة للكهرباء التي يتم تركيبها على سطح مبنى أو مبنى سكني أو تجاري. وتشمل المكونات المختلفة لهذا النظام الوحدات الكهروضوئية وأنظمة التركيب والكابلات والمحولات الشمسية والملحقات الكهربائية الأخرى.
إن الأنظمة المثبتة على السطح صغيرة مقارنة بمحطات الطاقة الكهروضوئية المركبة على الأرض مع قدرات في نطاق ميجاوات. عادة ما تتميز الأنظمة الكهروضوئية فوق المباني السكنية بسعة تتراوح من 5 إلى 20 كيلووات (kW) ، في حين أن تلك التي يتم تركيبها في المباني التجارية غالباً ما تصل إلى 100 كيلووات أو أكثر.
التركيب
توفر البيئة الحضرية عددًا كبيرًا من المساحات الفارغة على الأسطح ويمكنها في الأساس تجنب الاستخدام المحتمل للأرض والاهتمامات البيئية. يعتبر تقدير التشوه الشمسي على السطح عملية متعددة الأوجه ، حيث تتأثر قيم التشمس في أسطح المنازل بما يلي:
الوقت من السنة
خط العرض
احوال الطقس
منحدر السقف
جانب السقف
تظليل من المباني المجاورة والغطاء النباتي
هناك طرق مختلفة لحساب أنظمة السقف الكهروضوئية الشمسية المحتملة بما في ذلك استخدام Lidar و orthophotos. ويمكن للنماذج المتطورة حتى تحديد خسائر التظليل على مناطق واسعة للنشر الكهروضوئي على مستوى البلديات.
آلية التعريفة الجمركية
في محطة الطاقة الكهربائية الضوئية على السطح المتصلة بالشبكة ، يمكن في بعض الأحيان بيع الكهرباء المولدة إلى المرافق الكهربائية الخدمية لاستخدامها في مكان آخر في الشبكة. يوفر هذا الترتيب الاسترداد لاستثمار المثبت. العديد من المستهلكين من جميع أنحاء العالم يتحولون إلى هذه الآلية بسبب العائد الناتج. عادة ما تحدد عمولة المرافق العامة المعدل الذي تدفعه هذه المنفعة لهذه الكهرباء ، والتي يمكن أن تكون بسعر التجزئة أو سعر الجملة الأدنى ، مما يؤثر بشكل كبير على استرداد الطاقة الشمسية والطلب على التركيب.
وقد أدى FIT كما هو معروف عادة إلى التوسع في صناعة الكهروضوئية الشمسية في جميع أنحاء العالم. تم إنشاء الآلاف من فرص العمل من خلال هذا الشكل من أشكال الدعم. ومع ذلك يمكن أن ينتج تأثير فقاعة يمكن أن تنفجر عندما يتم إزالة FIT. كما أنها زادت من القدرة على الإنتاج الموضعي والتوليد المضمن لتخفيض خسائر الإرسال عبر خطوط الكهرباء.
الأنظمة الهجينة
يمكن استخدام محطة الطاقة الكهروضوئية على السطح (إما على الشبكة أو خارجها) بالتزامن مع مكونات الطاقة الأخرى مثل مولدات الديزل ، توربينات الرياح ، والبطاريات وغيرها. قد تكون أنظمة الطاقة الشمسية المختلطة قادرة على توفير مصدر مستمر للطاقة.
مزايا
يحق لمنح التراخيص تغذية الكهرباء الشمسية في الشبكة العامة ، وبالتالي الحصول على تعريفة جمركية معقولة لكل كيلوواط ساعة يتم توليدها مما يعكس فوائد الكهرباء الشمسية لتعويض التكاليف الإضافية الحالية للكهرباء الكهروضوئية.
سلبيات
يتطلب نظام الطاقة الكهربائية الذي يحتوي على مساهمة بنسبة 10٪ من محطات الكهروضوئية زيادة بنسبة 2.5٪ في سعة التحكم في تردد الحمل (LFC) على النظام التقليدي [jargon] – في المسألة التي يمكن مواجهتها باستخدام أجهزة التحويل في دائرة DC / AC من نظام الكهروضوئية. وجد أن تكلفة التعادل لتوليد الطاقة الكهروضوئية في عام 1996 عالية نسبياً بالنسبة لمستويات المساهمة أقل من 10 في المائة.إن النسب الأعلى لتوليد الطاقة الكهروضوئية تعطي تكاليف أقل للتجزئة ، لكن الاعتبارات الاقتصادية و LFC فرضت حدًا أقصى يبلغ حوالي 10٪ على المساهمات الكهروضوئية في أنظمة الطاقة الكلية.
التحديات الفنية
هناك العديد من التحديات التقنية لدمج كميات كبيرة من الأنظمة الكهروضوئية على الأسطح لشبكة الطاقة الكهربائية. فمثلا:
عكس تدفق السلطة
لم يتم تصميم شبكة الطاقة الكهربائية لتدفق الطاقة في اتجاهين على مستوى التوزيع. يتم تصميم مغذيات التوزيع عادةً كنظام شعاعي لتدفق الطاقة في اتجاه واحد والذي يتم نقله عبر مسافات طويلة من مولدات مركزية كبيرة إلى أحمال العملاء في نهاية وحدة تغذية التوزيع. الآن مع توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية الموضعية والموزعة على أسطح المنازل ، يتسبب التدفق العكسي في تدفق الطاقة إلى المحولات الفرعية والمحولات ، مما يتسبب في تحديات كبيرة. هذا له آثار سلبية على تنسيق الحماية ومنظمات الفولت.
معدلات التعلية
تتسبب التقلبات السريعة في التوليد من الأنظمة الكهروضوئية بسبب السحب المتقطعة في حدوث مستويات غير مرغوبة من تقلبات الفولطية في وحدة تغذية التوزيع. عند الاختراق العالي لل PV الكهروضوئية على السطح ، تقلل هذه التقلبية للجهد من ثبات الشبكة بسبب عدم التوازن العابر في الحمل والتوليد ، وتؤدي إلى تجاوز الجهد والتردد للحدود المحددة إذا لم يتم مواجهتها بواسطة ضوابط الطاقة. أي أن المولدات المركزية لا يمكن أن تتدفق بالسرعة الكافية لمطابقة تقلبات الأنظمة الكهروضوئية التي تسبب عدم توافق التردد في النظام القريب. هذا يمكن أن يؤدي إلى انقطاع التيار الكهربائي. هذا مثال على كيفية تأثير النظام الكهروضوئي السطحي البسيط على شبكة الطاقة الأكبر. يتم تخفيف هذه المشكلة جزئيًا عن طريق توزيع الألواح الشمسية على مساحة واسعة ، وإضافة التخزين.
كلفة
أسعار نظام PV السكنية (2013)
| بلد | التكلفة (دولار / واط) |
|---|---|
| أستراليا | 1.8 |
| الصين | 1.5 |
| فرنسا | 4.1 |
| ألمانيا | 2.4 |
| إيطاليا | 2.8 |
| اليابان | 4.2 |
| المملكة المتحدة | 2.8 |
| الولايات المتحدة الامريكانية | 4.9 |
| للأنظمة الكهروضوئية السكنية في عام 2013 | |
أسعار نظام الكهروضوئية التجارية (2013)
| بلد | التكلفة (دولار / واط) |
|---|---|
| أستراليا | 1.7 |
| الصين | 1.4 |
| فرنسا | 2.7 |
| ألمانيا | 1.8 |
| إيطاليا | 1.9 |
| اليابان | 3.6 |
| المملكة المتحدة | 2.4 |
| الولايات المتحدة الامريكانية | 4.5 |
| للأنظمة الكهروضوئية التجارية في عام 2013 | |
في منتصف عام 2000 ، استخدمت شركات الطاقة الشمسية خطط تمويل متنوعة للعملاء مثل عقود الإيجار واتفاقات شراء الطاقة. يمكن للعملاء دفع ثمن الألواح الشمسية الخاصة بهم على مدى سنوات ، والحصول على مساعدة في المدفوعات من الاعتمادات من برامج القياس الصافي. اعتبارًا من مايو 2017 ، يكلف تركيب النظام الشمسي على السطح ما متوسطه 20000 دولار. في الماضي ، كان أكثر تكلفة.
وكتبت Utility Dive ، “بالنسبة لمعظم الناس ، فإن إضافة نظام شمسي على قمة مشاريع القوانين والأولويات الأخرى هو ترف” و “شركات شمسية على السطح تلبي وتغطي كميات كبيرة من السكان الأمريكيين.”
معظم الأسر التي تحصل على صفائف الطاقة الشمسية هي “أعلى دخل متوسط”. يبلغ متوسط الراتب المنزلي لعملاء الطاقة الشمسية حوالي 100000 دولار.
ومع ذلك ، ظهرت “كمية مفاجئة من العملاء ذوي الدخل المنخفض” في دراسة الدخل وشراء النظام الشمسي. “استناداً إلى النتائج التي توصلت إليها الدراسة ، يقدر باحثو شركة GTM أن الأسواق الشمسية الأربعة تشمل أكثر من 100000 منشأة في العقارات ذات الدخل المنخفض.”
أظهر تقرير صدر في يونيو 2018 من قبل تحالف الطاقة المستهلك (CEA) الذي قام بتحليل حوافز الطاقة الشمسية الأمريكية أن مجموعة من الحوافز الفيدرالية والولائية والمحلية ، إلى جانب انخفاض التكلفة الصافية لتركيب الأنظمة الكهروضوئية ، تسبب في زيادة استخدام الطاقة الشمسية على الأسطح عبر الأمة. ووفقًا لصحيفة ديلي إنيرجي إنسايدر ، “في عام 2016 ، نمت الطاقة الكهروضوئية الشمسية السكنية بنسبة 20٪ مقارنة بالعام السابق. وانخفض متوسط تكلفة تركيب الطاقة الشمسية السكنية بنسبة 21٪ إلى 2.84 دولار لكل واط في الربع الأول من العام. 2017 مقابل الربع الأول 2015. ” في الواقع ، في ثماني دول قامت المجموعة بدراستها ، تجاوز إجمالي الحوافز الحكومية لتركيب نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية على السطح تكلفة القيام بذلك.
افاق المستقبل
تخطط بعثة جواهر لال نهرو الوطنية للطاقة الشمسية التابعة للحكومة الهندية لتركيب أنظمة الطاقة الشمسية الضوئية المتصلة بالشبكة الكهربائية ، بما في ذلك أنظمة الطاقة الضوئية على السطح بسعة مجمعة تصل إلى 100 جيجاوات بحلول عام 2022.