حل طاقة هجين: دمج توربين الرياح مع الألواح الشمسية للوصول إلى منازل بلا فواتير كهربائية

فواتير كهرباء صفرية، مفهوم رائع وعملي يمكن أن يحقّق لك نفس النتيجة دون فواتير كهربائية على الإطلاق. ومع أن هذا لا يُخرجك تمامًا من الشبكة الكهربائية عند استخدام الألواح الشمسية، فإن هناك عيبًا بسيطًا فيها: فهي عديمة الفائدة في الأيام المظلمة أو الغائمة. لكن بما أن هذه المنظومة تجمع بين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، فهي حلٌّ قريبٌ من الكمال لتحقيق الاستقلال الطاقي؛ فعندما يضعف أحد المصدرين، يعوّضه الآخر بكفاءة أعلى بكثير. استثمر مبلغًا بسيطًا في نظام الطاقة الهجين، وستحصل على فواتير كهرباء صفرية.

كيف تكمل طاقة الرياح والطاقة الشمسية بعضهما البعض

في الطقس المشمس، تؤدي الطاقة الشمسية أداءً ممتازًا، بينما تؤدي طاقة الرياح أداءً ممتازًا في الطقس الرياحي. والميزة الرئيسية لأنظمة الطاقة المدمجة هي أن كلا النوعين يعزّزان أداء بعضهما البعض. فخلايا الطاقة الشمسية تعمل بكفاءة عالية في وجود ضوء شمسي وافر، أما مزارع طاقة الرياح فتعمل بكفاءة عالية في المناطق ذات الطقس البارد أو التي تشهد رياحًا قوية. وهذا يضمن حصول أصحاب المنازل دائمًا على احتياجاتهم من الطاقة.

وُجد أن نظامًا هجينًا للطاقة الشمسية والرياح المتصل بالشبكة قادرٌ على تأمين حصة من الطاقة المتجددة تتراوح بين ٨٩,٥٪ و٩٠,١٪، مع تصدير ما يقارب ٧٦,٥٪ إلى ٧٦,٧٪ من إجمالي الكهرباء المنتَجة إلى الشبكة. وإجمالي إنتاج الطاقة المتجددة، الذي يفوق بكثير الاستهلاك السنوي للمبنى في ظروف عادية، كبير جدًّا ويمكن بيعه مجددًا إلى شركة التوزيع التي زوَّدت النظام.

أظهر دمج الألواح الكهروضوئية مع توربينات الرياح خفضًا كبيرًا في تكلفة التكلفة الصافية الإجمالية (NPCO) وتكلفة الكهرباء المولَّدة (LCOE) من طاقة الرياح. وفي المواقع ذات الظروف الملائمة لطاقة الرياح، يمكن لتوربين الرياح تلبية احتياجات الطاقة السنوية، لكن الألواح الكهروضوئية تكون عادةً التكنولوجيا الأساسية نظرًا لارتفاع تكلفة توربينات الرياح نسبيًّا.

المكونات الرئيسية لنظام صفر فاتورة

تصميم جيد واختيار مكوّنات وتحديد أحجام مناسبة لنظام هجين صفر فاتورة ناجح. ويعتمد حجم الألواح الشمسية على كمية الطاقة التي تستهلكها المنزل سنويًّا وعلى مساحة السطح المتاحة لتثبيت الألواح الشمسية. وتبلغ نسبة توليد الطاقة من وحدات الطرفيّة الكهروضوئيّة ثنائية الوجه حوالي ١٠٪ أكثر من نظيراتها أحادية الوجه، وذلك بفضل قدرتها على امتصاص الضوء من كلا وجهي اللوحة.

تتراوح قدرة التوربينات الريحية العمودية المستخدمة في المساكن عادةً بين ١ كيلوواط و١٠ كيلوواط. وتعتبر هذه التوربينات خيارًا أفضل للتطبيقات الحضرية والضاحية لأنها تستطيع استخلاص طاقة الرياح من أي اتجاه دون الحاجة إلى الدوران، وتعمل بصوت منخفض جدًّا، كما أنها فعّالة عند اتجاهات وسرعات رياح مختلفة (وبخاصة عند السرعات المنخفضة نسبيًّا). وهي صغيرة بما يكفي لتثبيتها على أسطح المنازل، وتتطلب صيانة قليلة جدًّا.

يُعَدُّ المُحوِّل الهجين «دماغ» النظام، وهو يحوِّل طاقة التيار المستمر (DC) القادمة من كلا المصدرين إلى طاقة تيار متناوب (AC). وتتميَّز أحدث أجيال المحولات الهجينة بمنافذ مخصَّصة لتوصيل أنظمة طاقة الرياح وقدراتٍ أكثر تقدُّمًا في إدارة الطاقة، ما يحقِّق أقصى كفاءة ممكنة في استهلاك الطاقة وفقًا لحالة الطقس واحتياجات الطاقة. أما الجزء الثالث فهو نظام تخزين الطاقة بالبطاريات، الذي يمكن استخدامه لتخزين الفائض من الطاقة لاستخدامه خلال فترات انخفاض إنتاج طاقة الرياح والطاقة الشمسية أو أثناء الليل.

الجدوى الاقتصادية وفترة الاسترداد

ستكون التكلفة الأولية أعلى من تركيب يعمل بالطاقة الشمسية فقط، لكنها قد تحقِّق نتائج جيدة على مدى سنوات عديدة قادمة. النظام الكامل المكوَّن من الطاقة الشمسية + طاقة الرياح + البطاريات: إذا كنت تبحث عن أفضل ما هو متاح، فقد تفكِّر في اعتماد نظام يجمع بين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والبطاريات. ووفقًا لكمية الكهرباء التي تستهلكها ومدى عرضتك لانقطاع التيار الكهربائي، فقد تحقِّق عائدًا خلال فترة تتراوح بين ٣ و٧ سنوات.

كذلك تنخفض تكاليف البطاريات، كما أن الإعانات الحكومية ترجّح الكفة الاقتصادية لصالحها. ففي أستراليا، تقدّم الحكومة الفيدرالية خصومات بنسبة ٣٠٪ من تكلفة البطارية للمنازل، بحد أقصى ٤٠٠٠ دولار أسترالي لكل أسرة؛ وقد ترفع الحوافز المقدمة من حكومات الولايات المبلغ إلى ٥٠٠٠ دولار أسترالي.

إذا توافرت لديها قدرة توليد طاقة على مدار السنة، فإن ذلك يوفّر ٧٢٪ من اكتفاء منزلك الذاتي بالطاقة، وعند هذه النقطة تبدأ في ملاحظة أن كمية الطاقة التي تحصل عليها من الشبكة تتناقص تدريجيًّا. لو كان تشغيل منزلك بالكامل بالطاقة المُولَّدة باستخدام نظام التخزين الخاص بك أمرًا سهلًا إلى هذه الدرجة، لما تلقّيت فاتورة كهرباء أبدًا.

الخاتمة

ليست هذه الأنظمة مجرد فكرة نظريّة، بل هي الحل الذي يحقّق طموحات أصحاب المنازل في تحقيق الاستقلال الطاقي؛ فهي أنظمة تزداد كفاءتها باستمرار، واقتصادية للاستخدام المنزلي اليومي، وقادرة على تخزين الطاقة لاستخدامها خلال الليل، وهذه المنظومة الهجينة.

تعمل هذه الأنظمة بشكل متزامن، مما يؤدي إلى جعل فواتير الكهرباء الخاصة بك شبه معدومة. ورغم وجود تكلفة أولية لرأس المال يجب أخذها في الاعتبار وتقييمها، فإن الأنظمة الهجينة قد تظل خيارًا حكيمًا جدًّا ومستدامًا للمستقبل بالنسبة للمنازل الواقعة في المواقع المناسبة.

منذ عام ٢٠٠٩، ظلت شركة جيانغسو دي إتش سي للبيئة وتقنية السيليكون المحدودة مُلتزمةً بتطوير وبيع حلول الطاقة الهجينة التي تجمع بين الرياح والطاقة الشمسية، وتوفير توربينات الرياح والوحدات الشمسية وبطاريات ليثيوم حديد فوسفات (LiFePO₄) الملائمة للاستخدام المنزلي والتجاري على حد سواء. وتعتبر شركة DHC شريككم الموثوق في مجال حلول الطاقة المتجددة.