قبل التفكير في تصميم أي منظومة شمسية نحتاج إلى معرفة معنى مصطلح الإشعاع الشمسي. و ذلك من أجل معرفة ما إذا كانت المنظومة ستكون مجدية اقتصاديًا أم لا. لكن، عندما نبحث عن بيانات الإشعاع الشمسي في الموقع المشهور عالميا ¨Global Solar Atlas¨ نلاحظ وجود مصطلحات عديدة. و من هذه المصطلحات ما يلي:
- الإشعاع الشمسي العادي المباشر Direct normal irradiation
- الإشعاع الشمسي الأفقي الكلي Global horizontal irradiation
- إمكانات الطاقة الشمسية (الكهروضوئية) Photovoltaic power potential
قيم هذه المصطلحات مهمة لمعرفة الأماكن المناسبة لتثبيت منظومة الطاقة الشمسية. و ذلك لأنها تساعد في تقدير إنتاج الطاقة الشمسية المحتملة في المكان المستهدف.
لكن قد يأتينا تساؤل عن الفرق بين هذه المصطلحات. لذلك في هذا المقال سنتطرق إلى الفرق بينهم.
الإشعاع الشمسي العادي المباشر
هو كَمَيَّة الإشعاع الشمسي الذي يمكن التقاطها لكل وحدة مساحة بواسطة سطح يكون دائمًا متعامدًا مع الأشعة القادمة من الشمس. الإشعاع الشمسي العادي المباشر يقيس كثافة الطاقة الشمسية بوحدة الوات لكل متر مربع. إضافة إلى ذلك، هذا المصطلح ضروري لتقنيات الطاقة الشمسية المركزة، حيث تقوم المرايا أو العدسات بتركيز ضوء الشمس على منطقة محددة صغيرة.
الإشعاع الشمسي الأفقي الكلي
يشير هذا المصطلح إلى إجمالي الإشعاع الشمسي الذي يمكن التقاطه لكل وحدة مساحة على سطح أفقي، و ليس بالضرورة يكون متعامدا مع أشعة الشمس. يطلق عليه هذا المصطلح أيضا الإشعاع الشمسي المنتشر و يشمل كلا من ضوء الشمس المباشر و الإشعاع المنتشر. و هو ضوء الشمس الذي ينتشر أو ينعكس بواسطة الجزيئات والجسيمات في الغلاف الجوي. يعد الإشعاع الشمسي الأفقي الكلي مصطلح مهم لحساب الطاقة الشمسية المتاحة للألواح الشمسية المسطحة، مثل تلك المستخدمة في معظم الأنظمة الشمسية.
الإشعاع الأفقي الكلي (المنتشر)إمكانات الطاقة الشمسية
يشير هذا المصطلح إلى كَمّيَّة الطاقة المحتملة التي يمكن توليدها بواسطة المنظومة الشمسية. حيث إن هذه الطاقة تعتمد على عوامل عدة من ضمنها الإشعاع الشمسي الأفقي الكلي، كفاءة الألواح الشمسية، و حجم المنظومة الشمسية. هذا المصطلح يعدّ مقياس لمقدار الطاقة المتوقع إنتاجها خلال مدّة ما، ويتم التعبير عنها عادةً بالكيلو وات ساعة.
في الصور المدرجة أعلاه و أدناه تلاحظ الفرق بين المصطلحات الثلاثة على خريطة اليمن، تم استيراد الصور من موقع Global Solar Atlas. حيث يوضحن كَمّيَّة الطاقة السنوية و اليومية المقدرة لكل متر مربع. فمثلا مديريات شرق اليمن (الضليعة، دوعن، غيل بن يمين، و السوم) في محافظة حضرموت من أفضل المناطق في اليمن لإنتاج الطاقة من الألواح الشمسية حيث يكون الإشعاع شمسي هناك أعلى ما يكون. حيث قد يصل إنتاج الطاقة الشمسية اليومي في هذه المناطق إلى 7 كيلو وات ساعة لكل متر مربع. أما المحافظات الساحلية، و بالأخص الغربية منها، بسبب الرطوبة العالية تنتج أقل طاقة شمسية مقارنة ببقية مناطق الجمهورية اليمنية.
إمكانات الطاقة الشمسية
مثال
مع أفتراض أن الاستهلاك المنزلي السنوي في هذه المناطق يساوي 30000 كيلووات ساعة. بمعنى آخر، أن متوسط الاستهلاك اليومي يساوي 82 كيلو وات ساعة، و كفاءة الألواح الشمسية يساوي تقريبًا 18%. مع أخذ عامل فقد يساوي 20% من قيمة الاستهلاك، عندئذ سيكون الاستهلاك اليومي من الكهرباء يساوي 98.4 كيلو وات ساعة. بناءًا على هذه المعطيات كم سنحتاج إلى مساحة؟
بما أن كفاءة الألواح الشمسية تساوي 18% في مثل هذه الحالة سيكون الإنتاج للمتر المربع الواحد، في محافظة حضرموت يساوي، 1.26 كيلو وات ساعة. على هذه الحالة سنحتاج إلى مساحة قدرها 124 متر مربع (10 متر * 12.4 متر) لإنتاج متوسط طاقة يومي 98.4 كيلو وات ساعة.
