واجهة شمسية – حلول واجهات الجدران الشمسية لوحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية وأنظمة التركيب

بالمقارنة مع الألواح الشمسية التقليدية المثبتة على الأسطح، يمنع التوجيه الرأسي تراكم الثلوج. كما وُجد أن اكتساب الطاقة الشمسية يزداد في فصل الشتاء لأن الألواح الشمسية تكون موجهة بزاوية أقل نحو الشمس في هذا الفصل. علاوة على ذلك، لوحظ أن انعكاس الثلج على الأرض يزيد من الطاقة الشمسية بنسبة تصل إلى 50%.

يُعد توليد الطاقة من خلال الواجهات الشمسية جزءًا من نظام شمسي يتكون من أسوار وجدران تشترك في السمة المشتركة المتمثلة في التوجيه الرأسي للوحدات.

توفر الواجهات الشمسية للصناعة طريقة أخرى لتوسيع نطاق إمداداتها الذاتية من الطاقة؛ راجع أيضًا قسم الخدمات اللوجستية في أمازون لمزيد من المعلومات. بالإضافة إلى مواقف السيارات الشمسية وأنظمة الطاقة الشمسية على أسطح المباني، تُعدّ الألواح الشمسية المثبتة عموديًا على الجدران والأسوار بديلاً مكملاً.

ذو صلة بهذا الموضوع:

• أنظمة الجدران/الأسوار: سياج وجدار شمسي لمباني الشركات والمناطق التجارية المسوّرة

التخطيط السليم واختيار نظام تركيب الألواح الشمسية. وكما تتنوع تصاميم الألواح الشمسية وأنظمة تركيبها، تتنوع أيضاً أنواع الواجهات، التي تختلف ليس فقط في نوع المبنى (مثل المنزل، والمستودع) وطريقة البناء (مثل المنزل الخشبي، والبناء من الطوب، والبناء الخرساني، وقاعة الصلب الخفيفة)، بل أيضاً في تقنية بنائها.

• البناء خفيف الوزن: البناء الخشبي، والبناء الفولاذي خفيف الوزن، والبناء بالجدران الجافة
• البناء المتين: الخرسانة المسلحة، والخرسانة خفيفة الوزن، والخرسانة المسامية، والطوب، والطوب الرملي الجيري
• البناء الهجين: مزيج من أساليب البناء الصلبة والخفيفة

لا توجد تقنية واحدة تناسب الجميع. فلكل جدار أو واجهة شمسية خصائصها الفريدة. يجب مراعاة الميزات المحددة، كما أن نظام تركيب الألواح الكهروضوئية لا يعمل بنفس الطريقة في جميع الحالات. وهذا يتطلب عمومًا تخطيطًا وتعديلات خاصة.

يتميز نظام تركيب الألواح الشمسية على الواجهة الأمامية عن غيره ليس فقط بسهولة وسرعة التركيب والصيانة، بل أيضاً بتركه مسافة بين الجدار والألواح، مما يسمح بتدفق الهواء باستمرار وبالتالي تبريد الألواح. وذلك لأن الألواح الشمسية تولد كهرباء أقل مع ارتفاع درجة الحرارة.

يعتمد جدوى تركيب الألواح الشمسية في جميع الحالات على مساحة المنطقة واتجاه الألواح. ففي القطاع الصناعي، وخاصة في مجال الخدمات اللوجستية، توجد مساحات رأسية كبيرة وجذابة مناسبة لتركيب الألواح الكهروضوئية، بالإضافة إلى أنظمة الطاقة الشمسية المثبتة على أسطح المنازل.

في ولاية شمال الراين وستفاليا، حُسبت كمية الطاقة الشمسية المُولّدة على أسطح ما يقارب أحد عشر مليون مبنى في الولاية بـ 68 تيراواط ساعة. ولم تأخذ هذه الحسابات في الحسبان إمكانية استخدام الجدران أو الواجهات الشمسية. فليست كل جدران المباني مناسبة لتركيب الألواح الكهروضوئية. ومع ذلك، ونظرًا لأن مساحة واجهات المباني عادةً ما تكون أكبر من مساحة أسطحها، فهناك إمكانية إضافية لتركيب ألواح كهروضوئية بقدرة مماثلة.

تُستخدم وحدات الخلايا الكهروضوئية الرقيقة بشكل متزايد في أنظمة الطاقة الشمسية المركبة عموديًا، بدلاً من وحدات الطاقة الشمسية البلورية التقليدية على الأسطح. في التطبيقات العمودية، تتمتع وحدات الخلايا الكهروضوئية الرقيقة بكفاءة أفضل نسبيًا نظرًا لزاوية سقوط الضوء.

تقنيات الخلايا المختلفة للوحدات الشمسية:

• السيليكون أحادي البلورة
• السيليكون متعدد البلورات
• السيليكون المسحوب على شكل شرائح
• تقنيات الأغشية الرقيقة

وحدات أخرى محتملة للواجهات الشمسية:

• تتمتع الوحدات الزجاجية بعمر افتراضي طويل للغاية نظرًا لاستخدام الزجاج في كل من الجزء الأمامي والخلفي للوحدة الشمسية.
• واجهة شمسية رقيقة الطبقات للجدران الرأسية.

تُعدّ الألواح الشمسية ذات الأغشية السميكة أرخص وأكثر كفاءة من الألواح ذات الأغشية الرقيقة. مع ذلك، تُتيح الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة للمهندسين المعماريين حرية تصميم أكبر بكثير. على سبيل المثال، تسمح تقنية الأغشية الرقيقة بتشغيل المظلات الشمسية القابلة للسحب.

ومن المثير للاهتمام أيضاً إمكانية طباعة وحدات الخلايا الكهروضوئية.

سيتم تركيب ألواح الطاقة الشمسية والصور المطبوعة على مبنى مكاتب شريك المشروع، شركة جلاسبيل، في عام ٢٠١٥ – الصورة: © جلاسبيل | المصدر: بريس بوكس

تُصنّع شركة Via Solis عناصر كهروضوئية بأشكال وألوان متنوعة، مما يُمكّن المهندسين المعماريين من تحقيق رؤاهم. تتوفر هذه الوحدات بأشكال مربعة أو مثلثة أو دائرية بدلاً من المستطيلة، وبجميع ألوان RAL. يقول الدكتور يوراس أولبيكاس، من معهد الأبحاث التطبيقية للتقنيات المستقبلية (ProTech) في فيلنيوس، والذي يرأس مشروع SmartFlex: "تستخدم Via Solis زجاجًا شمسيًا ملونًا شبه شفاف، طوّرته شركة Glassbel الرائدة في صناعة الزجاج، وهو مُستخدم بالفعل في واجهات الزجاج التقليدية. يتم نقل الأشكال والألوان والأحجام المطلوبة للعناصر الشمسية مباشرةً من برنامج التصميم الخاص بالمهندس المعماري إلى خط الإنتاج." (المصدر)

يوضح بول غرونو، رئيس معهد برلين للخلايا الكهروضوئية: "بفضل برامج التخطيط سهلة الاستخدام، سيتمكن المهندسون المعماريون قريبًا من تصميم وحدات شمسية تتناسب تمامًا مع مبانيهم، حيث يمكن أن تكون عناصر الوحدة الزجاجية دائرية أو مثلثة الشكل، على سبيل المثال. وتكمن الميزة الخاصة في أن عملية إنتاج هذه العناصر الشمسية الفريدة ستكون مؤتمتة إلى حد كبير. وهذا أمر جديد تمامًا؛ فقبل ذلك، كانت الوحدات القياسية فقط هي التي تُنتج بكميات كبيرة، أو تُصنع المنتجات الشمسية حسب الطلب يدويًا بدقة متناهية. ويهدف مشروع SmartFlex إلى إنتاج متسلسل ذكي ومرن للغاية، مما سيجعل العناصر الشمسية المصممة حسب الطلب في متناول الجميع."

"يمكن توليد الطاقة الشمسية باستخدام واجهات المباني، وليس فقط أسطحها. تتمتع أنظمة الخلايا الكهروضوئية المدمجة في المباني بإمكانيات هائلة لم تُستغل بعد بشكل كامل"، هذا ما أفاد به الدكتور يوراس أولبيكاس، رئيس فريق البحث في معهد الأبحاث التطبيقية للتقنيات المستقبلية (ProTech) في فيلنيوس، ليتوانيا، ومنسق مشروع SmartFlex. وأضاف: "نعمل على حلٍّ سهل التركيب والاستخدام للمباني، يلبي احتياجات المهندسين المعماريين والفنيين - وهو هدف طموح. يسعدني أننا تمكنا من استقطاب شركاء على هذا المستوى الرفيع". إلى جانب ProTech، ومعهد الخلايا الكهروضوئية في برلين، وشركة Glassbel، يضم شركاء المشروع شركة Mondragon Assembly، وهي شركة تصنيع آلات ذات نشاط دولي، وشركة Via Solis، وهي شركة تصنيع أنظمة الطاقة الشمسية، والمركز السويسري للكفاءات في مجال أنظمة الخلايا الكهروضوئية المدمجة في المباني (SUPSI)، وشركة Creative Amadeo، وهي شركة تطوير برامج التخطيط، ووكالة الطاقة المتجددة Sunbeam Communications. (المصدر)