كيف يمكن مقارنة أداء أنظمة الطاقة الشمسية المثبتة على الأرض مع أنظمة الأسطح؟

مقدمة لأنواع النظام

تنقسم منشآت الطاقة الشمسية عادة إلى فئتين رئيسيتين: الأنظمة المثبتة على الأرض والأنظمة المثبتة على الأسطح. يتم تثبيت نظام التركيب الكهروضوئي الأرضي مباشرة على الأرض باستخدام إطارات أو دعامات تعمل على رفع الألواح وزاويتها. تستخدم أنظمة الأسطح هياكل البناء الحالية لاستضافة وحدات الطاقة الشمسية. يتضمن فهم كيفية أداء كل نوع النظر في التعرض لأشعة الشمس، ومرونة تصميم النظام، والقيود الهيكلية، والصيانة، وتعقيد التثبيت، والكفاءة الشاملة. يمكن أن تؤثر المقارنة بين المشاريع المثبتة على الأرض والتركيبات على الأسطح على قرارات أصحاب المنازل والمطورين التجاريين والمستثمرين على نطاق المرافق.

التعرض لأشعة الشمس والتوجيه

أحد أبرز الاختلافات في الأداء يأتي من كيفية وضع كل نظام بالنسبة للشمس. أ نظام التركيب الكهروضوئي الأرضي يتيح زاوية دقيقة وتوجيه الألواح الشمسية. يمكن تعديل الميل ليتناسب مع مسارات ضوء الشمس الموسمية، وهناك ظلال أقل من الهياكل القريبة. على النقيض من ذلك، تعتمد أنظمة الأسطح على ميل السقف الحالي واتجاهه. قد لا تحقق المباني ذات الأسطح المواجهة للشمال أو المسطحة نفس مستويات التعرض إذا كانت التعديلات محدودة. يمكن أن تؤدي القدرة على تقليل التظليل في الإعداد المثبت على الأرض إلى أداء يومي أكثر اتساقًا وتقليل التباين عبر المواسم.

تدفق الهواء وتنظيم درجة الحرارة

تتأثر كفاءة الوحدة الشمسية بتراكم الحرارة. عادةً ما تحتوي المصفوفات المثبتة على الأرض على مساحة مفتوحة أسفلها وحولها، مما يسمح بتدفق هواء أفضل. يمكن أن تساهم درجات حرارة التشغيل المنخفضة في إنتاج طاقة أكثر ثباتًا بمرور الوقت. غالبًا ما تكون التركيبات الموجودة على الأسطح قريبة من سطح السقف، مما قد يحتفظ بالحرارة، خاصة في الأيام الدافئة. وبدون وجود مساحة كافية للتهوية، قد تواجه الألواح انخفاضًا طفيفًا في الكفاءة. في حين أن التقدم في تكنولوجيا الوحدات أدى إلى تحسين القدرة على تحمل الحرارة بشكل عام، فإن مزايا التبريد الطبيعية لنظام التركيب الكهروضوئي الأرضي غالبًا ما تظهر في اتجاهات الأداء طويلة المدى.

حجم النظام وقابلية التوسع

مثبتة على الأرض يمكن للأنظمة استيعاب صفائف أكبر عندما تكون الأرض متاحة. تسمح هذه المرونة بتوسيع وتكامل الوحدات الجديدة دون إعادة تصميم الإعداد بأكمله. تستفيد المشاريع الأكبر حجمًا من وفورات الحجم وتوجيه الكابلات بشكل أبسط. تقتصر التركيبات على السطح على الحجم والشكل والقوة الهيكلية للسقف. قد يتطلب توسيع مصفوفة السطح دعمًا إضافيًا أو تعديلات لاستيعاب الوزن الزائد. في كثير من الحالات، توفر التكوينات المثبتة على الأرض المزيد من إمكانات الطاقة للمستخدمين التجاريين أو المجتمعات التي لديها قطع أراضي مفتوحة، بينما تناسب أسطح المنازل المساكن الفردية أو الشركات الصغيرة.

الاعتبارات الهيكلية والسلامة

تعتمد أنظمة الأسطح على هياكل البناء الحالية، والتي يجب أن تتعامل مع الوزن الإجمالي لأجهزة التركيب والألواح وأي ترقيات مستقبلية. غالبًا ما يقوم المهندسون بتقييم عمر السقف ونوع المادة واحتياجات التعزيز المحتملة. تتطلب بعض المباني القديمة التعديل التحديثي لتلبية متطلبات السلامة. لا يعتمد نظام التركيب الكهروضوئي الأرضي على سلامة المبنى. يمكن تخصيص أساسها وفقًا لظروف التربة، وسرعات الرياح المحلية، وأحمال الثلوج. هذا الاستقلال عن هيكل المبنى يمكن أن يقلل من مخاطر التسربات أو الأضرار الناجمة عن اختراق السقف. يحتوي كل نهج على إرشادات محددة للسلامة، ولكن يمكن للمشاريع المثبتة على الأرض تجنب بعض القيود المتعلقة بالبناء.

عملية التثبيت وإمكانية الوصول

عادةً ما يتضمن تركيب النظام المثبت على الأرض إعداد الأرض، ووضع الدعامات، وتمرير الكابلات إلى العاكسات ووصلات الشبكة. على الرغم من أن هذا قد يتطلب تطهيرًا أو تصنيفًا أو أذونات لاستخدام الأراضي، إلا أنه يمكن أن يكون الوصول إلى التركيب أسهل للفنيين أثناء البناء والصيانة المستقبلية. تتطلب أنظمة الأسطح معالجة دقيقة أثناء التثبيت لتجنب إتلاف سطح السقف. يحتاج العمال إلى الوصول الآمن إلى المناطق المرتفعة، وقد تكون هناك حاجة إلى معدات إضافية مثل السقالات. إذا كان السقف ذو أشكال معقدة أو مستويات متعددة، فقد يستغرق التثبيت وقتًا أطول. ومع ذلك، يمكن أن تكون أسطح المنازل مفيدة عندما تكون الأراضي نادرة واتصالات المرافق قريبة.

الصيانة والتنظيف

يعتمد الأداء بمرور الوقت على الحفاظ على الألواح نظيفة وعملية. عادةً ما يكون الوصول إلى المصفوفات المثبتة على الأرض أسهل، مما يجعل عمليات الفحص الروتينية أو التنظيف أسرع. يمكن إزالة الأوراق والغبار وحبوب اللقاح والثلج دون العمل على ارتفاعات. ومن خلال نظام التركيب الكهروضوئي الأرضي، يمكن للفنيين أيضًا فحص إطارات التثبيت والأسلاك والعاكسات بأقل قدر من التعطيل. قد يكون من الصعب صيانة الألواح الموجودة على السطح بسبب محدودية الوصول إليها والمخاوف المتعلقة بالسلامة. في حين أن بعض أسطح المنازل تحتوي على ممرات أو مراسي لطواقم الصيانة، فإن بعضها الآخر يتطلب معدات خاصة لضمان ظروف عمل آمنة. قد تكون عمليات الفحص المتكررة أقل ملاءمة، وقد يؤثر التأخير في التنظيف على إنتاج الطاقة.

التأثير البيئي واستخدام الأراضي

يتطلب استخدام الأرض لمشروع مثبت على الأرض تخطيطًا دقيقًا لتجنب الاضطراب البيئي. قد تحتاج المواقع الكبيرة إلى تقييمات بيئية لحماية النباتات أو الحياة البرية أو تدفق المياه. في المناطق الريفية أو الزراعية، يمكن دمج نظام التركيب الكهروضوئي الأرضي مع أراضي الرعي أو النباتات الصديقة للملقحات. ومن ناحية أخرى، تستفيد أنظمة الأسطح من الهياكل القائمة دون استهلاك أراضي إضافية. ويمكن أن تكون مفيدة في المناطق الحضرية الكثيفة حيث يكون كل متر مربع ذا قيمة. يساهم كلا النوعين من الأنظمة في تقليل انبعاثات الكربون، لكن آثار استخدام الأراضي تختلف ويمكن أن تؤثر على عمليات الموافقة المحلية أو قبول المجتمع.

الاعتبارات الجمالية والتخطيطية

يقوم أصحاب العقارات أحيانًا بتقييم التأثير البصري عند الاختيار بين نظام السطح والتركيب المثبت على الأرض. قد يكون نظام التركيب الكهروضوئي الأرضي أكثر وضوحًا من الطرق أو العقارات المجاورة، خاصة عند تركيبه في الحقول أو الأراضي المفتوحة. قد تتطلب أذونات التخطيط أو اللوائح المحلية فحصًا أو تسييجًا أو إجراء تعديلات على ارتفاع اللوحة. تكون التركيبات على السطح أقل وضوحًا لأنها تتبع الصورة الظلية للمبنى. تشجع بعض السلطات المحلية الطاقة الشمسية على الأسطح للحفاظ على المناظر الطبيعية المفتوحة. التكامل البصري مهم في المناطق السكنية أو الأماكن التاريخية أو المواقع ذات شروط التخطيط الصارمة. يمكن للمناقشات الواضحة مع أصحاب المصلحة المحليين أن تدعم الموافقات على المشاريع بشكل أكثر سلاسة.

عوامل التكلفة والعائد المالي

تختلف التكاليف اعتمادًا على العمالة والمواد وإعداد الأرض والاحتياجات الهيكلية والحوافز المحلية. قد يتطلب النظام المثبت على الأرض أعمال الأساس، وحفر الخنادق للكابلات، وتسوية الأرض. قد تضيف الإطارات والأجهزة تكلفة، لكن التركيبات واسعة النطاق يمكن أن تؤدي إلى توزيع التكاليف على عدد أكبر من اللوحات. تتجنب أنظمة الأسطح الاستحواذ على الأراضي ولكنها قد تحتاج إلى تقييمات هيكلية وتركيبات متخصصة. وفي العديد من المناطق، يكون كلا النظامين مؤهلين للحصول على حوافز ضريبية أو منح، ولكن العائدات المالية تعتمد على إنتاج الطاقة، والتكاليف الأولية، والصيانة طويلة الأجل. ونظرًا لأن المشاريع المثبتة على الأرض يمكن أن تكون بزاوية أكثر دقة وتظل أكثر برودة، فإنها تحقق في بعض الأحيان إنتاجية طاقة أعلى قليلاً لكل لوحة.

اتصالات الشبكة ومخرجات الطاقة

أداء النظام الشمسي لا يعتمد فقط على الموقع والميل. كما أن نقاط اتصال الشبكة وأطوال الكابلات وكفاءة العاكس مهمة أيضًا. يمكن للإعداد المثبت على الأرض وضع العاكسات مركزيًا وتوجيه الاتصالات في خطوط مستقيمة تحت الأرض، مما يقلل من الخسائر. قد تحتوي أنظمة الأسطح على مسارات كابلات أطول أو أكثر تعقيدًا عبر هيكل المبنى. ومع ذلك، أدى التقدم في المحولات الدقيقة ومحسنات الطاقة إلى تحسين الأداء على الأسطح ذات التظليل أو قيود التخطيط. عند مقارنة الإنتاج، فإن إجمالي إنتاج الطاقة على مدى أشهر أو سنوات يعطي مقياسًا أوضح من كفاءة الذروة وحدها. غالبًا ما تُظهر الأنظمة المثبتة على الأرض أرقامًا ثابتة بسبب تحديد المواقع المستقر.

الملاءمة لمختلف القطاعات

تُستخدم أنظمة الطاقة الشمسية المثبتة على الأرض بشكل شائع في المشاريع على نطاق المرافق ومزارع الطاقة الشمسية المجتمعية والعمليات التجارية التي تحتاج إلى إمدادات كبيرة من الطاقة. إن قدرتها على التكيف في التوجه والتوسع تدعم استراتيجيات الطاقة الأوسع. تستخدم أنظمة الأسطح على نطاق واسع في الأحياء السكنية والمباني التجارية الصغيرة. فهي تسمح لأصحاب العقارات بتخفيض فواتير الكهرباء دون تغيير استخدامهم للأراضي. غالبًا ما تمزج المباني البلدية والمدارس والمستودعات بين كلا النوعين، اعتمادًا على المساحة المتاحة واحتياجات الطاقة. في بعض المواقع، تشمل الأساليب الهجينة مظلات وواجهات مواقف السيارات لزيادة مساحة سطح الطاقة الشمسية إلى أقصى حد.

المتانة والصيانة طويلة الأمد

يعتمد الأداء طويل المدى لأي من النظامين على جودة الإطارات والعاكسات والوحدات النمطية. يستخدم نظام التركيب الكهروضوئي الأرضي هياكل مقاومة للطقس مصممة لتحمل الرياح أو المطر أو الثلج أو التآكل. تساعد الفحوصات الدورية لمثبتات الأساس أو الخوازيق في الحفاظ على الاستقرار. تعتمد أنظمة الأسطح على الحشوات المقاومة للعوامل الجوية وقضبان التثبيت وسلامة السقف. مع مرور الوقت، قد تتقادم الأسطح أو تحتاج إلى استبدال، الأمر الذي قد يتطلب تفكيك المجموعة الشمسية. في كلا السيناريوهين، تضمن عمليات الفحص المنتظمة ومراقبة العاكس إنتاجًا مستقرًا. يجد العديد من المالكين أن الوصول السهل إلى الأنظمة المثبتة على الأرض يساعد في تعزيز جداول الصيانة المتوقعة.

تكامل تخزين الطاقة

يمكن إقران كلا النوعين من الأنظمة بحلول تخزين الطاقة لزيادة الاستهلاك الذاتي أو الطاقة الاحتياطية. قد تحتوي المصفوفة المثبتة على الأرض على مساحة أكثر مرونة لحاويات البطاريات وتوجيه الكابلات. تعمل أنظمة السطح على دمج التخزين في الداخل أو في المناطق المجاورة إذا سمحت المساحة بذلك. يعتمد اختيار نظام البطارية على متطلبات الحمل وأنظمة الشبكة والتكلفة. ومن خلال التخطيط المناسب، يمكن لتركيبات الطاقة الشمسية المثبتة على الأرض وعلى الأسطح أن تدعم تقنيات التخزين لتحسين المرونة وتقليل الاعتماد على الشبكة أثناء أوقات الذروة أو انقطاع التيار الكهربائي.

الترقيات المستقبلية والقدرة على التكيف

مع تطور تكنولوجيا الطاقة الشمسية، قد يرغب أصحاب الأنظمة في استبدال الوحدات بوحدات أحدث وأكثر كفاءة. غالبًا ما يجعل نظام التركيب الكهروضوئي الأرضي عملية الترقيات أقل تعقيدًا، لأن الإطارات يمكن أن تستوعب أحجام الألواح المختلفة مع تعديلات طفيفة. قد تواجه أنظمة الأسطح قيودًا على المساحة المادية أو التصميم في حالة تغير أبعاد اللوحة أو أوزانها. ومع ذلك، غالبًا ما يخطط القائمون على التركيب الحديث للتكيف المستقبلي باستخدام حلول الأرفف المرنة. من الممكن إجراء ترقيات للعاكسات أو أنظمة المراقبة في كلا السيناريوهين، على الرغم من أن المصفوفات المثبتة على الأرض توفر مساحة عمل أوسع للمعدات الجديدة.

نظرة عامة على الأداء المقارن

لتلخيص الاختلافات في الأداء، يوضح الجدول التالي الاتجاهات العامة التي شوهدت في الأنظمة المثبتة على الأرض وعلى الأسطح. على الرغم من أن النتائج الفعلية تختلف حسب المنطقة والتكنولوجيا والصيانة، إلا أنها توفر مرجعًا للمقارنة.