كيف تولد محطة الطاقة الشمسية كهرباء كأس العالم؟

في الوقت الحالي، يواجه العالم اختبارًا شديدًا في انتقال الطاقة. من أجل تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة والاعتماد على الطاقة الأحفورية، أصبح تطوير الطاقة المتجددة أمرًا حيويًا.

في عام 2008، أصدرت قطر "رؤية قطر الوطنية 2030 " بهدف بناء قطر كدولة ذات تنمية مستدامة، تنافسية دولية قوية ومستويات معيشة عالية. ويمكن القول إن تقليل انبعاثات الكربون وتحقيق هدف الحياد الكربوني هو إجماع عالمي.

في كأس العالم FIFA قطر 2022™، أنشأت قطر سابقة في مجال توليد الطاقة الكهروضوئية الجديدة! وفقًا للجنة العليا للمشاريع والإرث (SC) سيتم استخدام تقليل انبعاثات الكربون من محطة الطاقة الشمسية الخرسعة لتعويض حوالي نصف الانبعاثات الناتجة عن استضافة البلاد لكأس العالم FIFA. دعونا نلقي نظرة على كيفية عمل الطاقة الشمسية وتحقيق هدف الاستدامة.

 

ما هي محطة الطاقة الشمسية؟

تنقسم توليد الطاقة الشمسية إلى توليد الطاقة الحرارية الضوئية وتوليد الطاقة الضوئية الكهروضوئية.

 

محطة الطاقة الشمسية الحرارية

يقوم النظام الشمسي الحراري بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية من خلال تركيز ضوء الشمس باستخدام مرايا منحنية (على شكل حرف U). بعد سلسلة من التفاعلات التعاونية بين المبادلات الحرارية، التوربينات الغازية، المولدات، أجهزة التبريد، الأجهزة، أجهزة مراقبة الدائرة، وأنابيب جمع الحرارة، يتم تحويل الطاقة الشمسية المجمعة إلى طاقة حرارية.

ينتج عن هذه العملية تكوين منتج وسيط، وهو البخار، الذي يمكنه تسهيل تشغيل نظام الدورة الحرارية، وتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية لتزويد الكهرباء للجمهور.

 

محطة الطاقة الشمسية الكهروضوئية

تحول محطة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الطاقة الشمسية مباشرة إلى كهرباء دون الحاجة إلى عملية حرارية.

عادةً ما تتكون أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية من مجموعات ألواح شمسية كهروضوئية، وبنوك بطاريات، وأجهزة تحكم، ومحولات، ومعدات توزيع التيار المتردد، وغيرها.

تعتمد توليد الطاقة الكهروضوئية على مبدأ التأثير الكهروضوئي، حيث تتسبب الفوتونات في قفز الإلكترونات وتشكيل فرق جهد. بعد ذلك، تقوم الخلايا الشمسية بتحويل طاقة الشمس مباشرة إلى كهرباء، مما يولد تيارًا مستمرًا.

يتميز نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية بـموثوقيته العالية، سهولة صيانته، عمره الطويل، وعدم تلويثه للبيئة. ويرجع ذلك إلى بساطة أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية التي تتكون أساسًا من مكونات إلكترونية ولا تحتوي على أجزاء ميكانيكية.

لذلك، فإن مزارع الطاقة الشمسية الكهروضوئية أكثر شيوعًا من محطات الطاقة الشمسية الحرارية. على سبيل المثال، تم توفير نصف كهرباء كأس العالم في قطر بواسطة محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية.

 

كيف تعمل محطات الطاقة الشمسية؟

قطر دولة شبه جزيرة نموذجية ذات مناخ صحراوي استوائي مع انخفاض هطول الأمطار السنوي ودرجات حرارة مرتفعة جدًا. معظم أراضيها تتكون من صحراء منخفضة ومسطحة، مما يجعلها موقعًا مناسبًا لبناء محطة طاقة شمسية.

تعمل محطة الطاقة الشمسية الخرسعة بنفس طريقة محطة الطاقة الشمسية العامة ومزرعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية في المجتمع.

الفرق فقط هو أنها كبيرة جدًا في الحجم، تغطي مساحة 10 كيلومترات مربعة (ما يعادل حوالي 1400 ملعب كرة قدم)، وتستخدم ما مجموعه 2 مليون وحدات شمسية ثنائية الوجه مقطعة إلى نصفين مركبة على متتبعات كهروضوئية أحادية المحور إضافية لالتقاط ضوء الشمس المباشر والمنعكس من الأرض. ثم يتم تحويل التيار المستمر الناتج إلى تيار متردد بواسطة 3240 محول سلسلة مثبت، متصلة بالشبكة بكامل طاقتها.

 

الأسئلة الشائعة حول محطة الطاقة الشمسية

كم تكلفة مزرعة شمسية؟

وفقًا لـ تقرير نظرة السوق للطاقة الشمسية في الولايات المتحدة، عادةً ما تتراوح تكلفة بناء مزرعة شمسية بين 0.89 و1.01 دولار لكل واط. وهذا يعني أن بناء مزرعة شمسية بقدرة 1 ميغاواط (MW) سيكلف بين 890,000 و1.01 مليون دولار.

لكن مزرعة الطاقة الشمسية لا تساعد فقط في تقليل البصمة الكربونية، بل توفر أيضًا المال على فواتير المرافق. بالإضافة إلى ذلك، تعوض الحوافز والخصومات مثل الائتمان الضريبي الفيدرالي للطاقة الشمسية تكلفة بناء مزرعة الطاقة الشمسية. ومع ذلك، يعتمد ذلك على عوامل عديدة، بما في ذلك استهلاك الكهرباء، وأسعار الكهرباء المحلية، وحجم نظام الطاقة الشمسية.

 

كيفية صيانة محطة الطاقة الشمسية

الصيانة الصحيحة لا تضمن فقط كفاءة محطة الطاقة الشمسية بل تمدد عمرها الافتراضي أيضًا. يمكن تلخيص إجراءات صيانة محطة الطاقة الشمسية الكهروضوئية كما يلي:

• صيانة الألواح الشمسية والحوامل:

  يجب الحفاظ على سطح الألواح الشمسية نظيفًا ويُمسح بقطعة قماش ناعمة ونظيفة جافة أو مبللة. يجب فحص ثبات الحوامل بانتظام واستبدال الأجزاء التالفة في الوقت المناسب.

• صيانة المحول:

  فحص عند إيقاف التشغيل لضمان أن الوحدات، والمفاعلات، وقواطع الدائرة في جانب خرج التيار المتردد (جانب الشبكة)، ومراوح التبريد في محول التيار يمكنها البدء والتوقف تلقائيًا حسب درجة الحرارة. إذا تجاوز مكثف ناقل التيار المستمر عمره الافتراضي، يجب استبداله في الوقت المناسب.

• صيانة الكابلات:

  توصيل الكابلات بشكل صحيح مع المعدات. يجب ألا تحتوي عوازل الكابلات على ثقوب أو شقوق أو تفاوت واضح، ويجب ألا تكون درجة حرارة الكابل مرتفعة جدًا.

 

كم عدد الأفدنة التي أحتاجها لمحطة طاقة شمسية بقدرة 5 ميغاواط؟

عادةً ما نحتاج إلى مساحة لا تقل عن 30 إلى 40 فدانًا لمحطة طاقة شمسية بقدرة 5 ميغاواط، ولكن من المستحسن زيادة حجم النظام بنسبة 15-20% لتجنب نقص مصادر ضوء الشمس وخسائر الطاقة الناتجة عن نقل التيار، مما يؤدي إلى عدم كفاية الكهرباء لتلبية احتياجات الطاقة المنزلية.