محطة طاقة كهرضوئية
محطة طاقة كهرضوئية أو مزارع الشمس هي نظام ضوئي جهدي ذو حجم كبير مصممة لتزويد الكهرباء التجارية للشبكة الكهربائية. تكون هذه المحطات مختلفة عن الألواح المتصلة بالأبنية وتطبيقات الشمسية لامركزية الأخرى لأنها تزود الطاقة بشكل الفائدة، ولمستخدم محلي أو مستخدمين. يشار إلى هذه المحطات باسم مزارع الشمس خصوصا عندما توضع في مناطق زراعية. وتستخدم تسمية فريدة هي الطاقة الشمسية بسعر الفائدة لوصف هذه النوع من المشاريع.

يأتي مصدر الطاقة هو الألواح الشمسية التي تحول الضوء مباشرة إلى كهرباء. لا يجب الخلط بين هذه المحطات وبين محطات الطاقة الشمسية المركزة ،التقنية الأخرى التي تنتج كميات كبيرة من الطاقة، والتي تستخدم الحرارة لتشغيل مجموعة من أنظمة التوليد التقليدية. كلا النوعين لها ميزات ومساؤى، لكن حاليا يوجد توجه كبير نحو تقنية الألواح الكهرضوئية وذلك لعدد من الأسباب. في عام 2013، تفوق عدد محطات الطاقة الكهرضوئية على محطات تركيز طاقة الشمس بحوالي 40 إلى 1.

تُصنف بعض البلدان سعة الألواح الكهرضوئية بالميغاواط-بيك (MWp) ويشير إلى خرج التيار المستمر للمصفوف الشمسي. على أي حال، يستخدم اليابان وكندا وإسبانيا وبعض أجزاء من الولايات المتحدة التصنيف لسعة الألواح بالتحويل من التيار المستمر إلى المتناوب ( MWAC)، تقارن هذه السعة المباشرة كسعات الأشكال أخرى لإنتاج الطاقة. تصنيف ثالث وأقل شيوعا هو تصنيف فولت-أمبير (MVA). تصمم معظم «حدائق الشمسية» بحجم 1 ميغاواط على أقل التقدير. في عام 2015، أكبر محطة طاقة كهرضوئية بالعالم لها سعة تقارب 600 ميغاواط ويوجد تخطيط لمشاريع بحجم 1 غيغاواط. وبنهاية 2015 بني حوالي 3400 مشروع بمجموع سعات 60 غيغاواط وكانت المزارع الشمسية فيها أكبر من 4 ميغاواط.

معظم محطات الطاقة الكهرضوئية الكبيرة مملوكة لمنتجين طاقة مستقلين، لكن يتزايد تدخل المشاريع المجتمعية والأدوات المشتركة باستمرار. حاليا، كل المحطات لها محفزات منظمة مثل تعرفة حسب التغذية أو تقليل الضرائب، تناقصت كلفة الإنشاء في العقود الأخيرة ووصل تكافؤ السعر  في عدد كبير من الأسواق، إذا اختفت هذه المحفزات الإضافية قد لاتستمر هذه المشاريع لمدة طويلة.

التاريخ 

بنيت أول محطة طاقة كهرضوئية بواسطة أركو سولار بقوة 1 MWp في لوغو قرب هيسبيريا (كاليفورنيا) بنهاية عام 1982، بعدها بعام 1984 محطة بقوة 5.2 MWp في سهل كاريزو . لم تعد كلا المحطتان في الخدمة وأن كان سهل كاريزو موقع لعدد من المحطات الكبيرة التي ركبت أو يخطط لتركيبها. عندما تبنى عدد كبير من المحطات الشمسية تبدأ المرحلة التالية وهي النسخة المحسنة 2004 للتعرفة حسب التغذية (تعريفة مخصصة للطاقة المتجددة).

بنيت عدة مئات المحطات بقوة تفوق 1 MWp في ألمانيا و50 من هذه المحطات بقوة تفوق 10 MWp. أصبحت إسبانيا السوق الأكبر للطاقات المتجددة بعد تقديمها للتعرفة حسب التغذية وذلك ب60 محطة بقوة 10 ميغاواط ومافوق. وأصبحت دول مثل الولايات المتحدة والصين والهند وفرنسا وكندا وإيطاليا وغيرها  أسواق ضخمة لمحطات الطاقة الشمسية.

يتم التخطيط لمواقع كبيرة بسعة مئات الميغايات ومشاريع بحجم 1 غيغاواط تحت الإنشاء أيضا.

تحديد الموقع والأرض 
تعتمد مساحة الأرض لإنتاج كمية طاقة معينة على مكان الأرض وميلها وفعالية الألواح الشمسية ونوع التوصيلات. تستخدم المصفوفات المتحركة ألواح شمسية نموذجية بفعالية 15% تقريبا في المواقع الأفقية وتحتاج 1 لهكتار/ميغاواط في المنطقة الاستوائية ويرتفع هذا الرقم إلى أكثر من 2 هكتار في شمال أوروبا.

بسبب طول الظل للمصفوف يوزع بحيث يميل بزواية حادة، هذه المنطقة عادة تكون أعلى ب10% لمصفوف ميلانه قابل للتغيير أو ملاحق بمحور واحد، وأعلى ب20% لملاحق بمحورين، تعتمد هذه الأرقام بشكل كبير على المنطقة وطوبوغرافيا الأرض.

أفضل المواقع لمحطات الطاقة الكهرضوئية بالنسبة لاستخدام الأرض هي الحقول البنية أو أرض لسيت ذو قيمة تجارية. حتى في الأراضي المزروعة، يمكن إعداد الموقع المخصص لإقامة محطة الطاقة الكهرضوئية واستعماله لأغراض إنتاجية أخرى مثل زراعة المحاصيل أو التنوع البيئي.

زراعة بالطاقة الشمسية 
الزراعة بالطاقة الشمسية هو مصطلح مشترك لاستخدام الأرض نفسها لكل غرض إنتاج الطاقة الشمسية وغرض زراعة التقليدية بالحقل. وجدت دراسة حديثة أن قيمة إنتاج الطاقة الشمسية المرتبطة مع إنتاج المحاصيل تقدم زيادة بنسبة 30 % بالقيمة الاقتصادية من نشر أنظمة الزراعة بالطاقة الشمسية عوضا عن الزراعة التقليدية.

الموقع المشترك 
تبنى عدد من محطات الطاقة الشمسية المختلفة بمالكين ومتعهدين مختلفين في مواقع متجاورة. يعطي هذا الحل ميزة تقليل الكلفة وخسائر المشروع مثل البنية التحتية كوصل الشبكة والموافقة على خطة البناء. ويمكن أن تشترك محطات الطاقة الشمسية مع مزارع الرياح بالموقع. ويستخدم مصطلح مزرعة الشمس في هذه الحالة أكثر من محطة طاقة شمسية.

التقنية 
معظم المحطات الشمسية لها أنظمة ربط الكهرضوئية، تعرف باسم محطات الطاقة الشمسية بالحقول المفتوحة. يمكن أن تكون متحركة أو تستخدم محور أحادي أو ثنائي لتعقب حركة الشمس. حيث التعقب يحسن من الأداء ككل ويزيد من كلفة إنشاء النظام وصيانته. يحول العاكس الكهربائي طاقة المصفوف الشمسي من التيار المستمر إلى التيار المتناوب ويكون التوصيل إلى شبكة بفولط عالي، تنقل الكهرباء على ثلاثة مراحل من المحولات عادة بتيار 10كيلو واط ومافوق.

ترتيب المصفوفات الشمسية 
المصفوفات الشمسية وهي أنظمة فرعية تحول الضوء الساطع عليها إلى طاقة كهربائية. تتألف المصفوفة من عدة ألواح شمسية موصولة ببنية مدعمة ومترابطة بحيث تنقل الطاقة إلى الأنظمة الفرعية.

نادرا ماتركب المحطات الشمسية على المباني ويستخدم مصفوفات الطاقة الشمسية المتكاملة مع الأبنية. تكون الأغلبية بشكل أنظمة الحقول المفتوحة وتستخدم بنية الربط الأرضية ولها الأنواع التالية:

المصفوفات الثابتة 

تستخدم معظم المشاريع بنية ربط توصل فيها الألواح الشمسية بانحدار مثبت مدورس لتعطي أفضل خرج في كل أيام السنة. توضع الألواح الشمسية باتجاه الشرق نحو خط الاستواء، وبميل زاوي أخفض من ارتفاع الموقع. في بعض الحالات تختلف درجة الميلان المستخدمة أو توازن المصفوفات من المحور الشرقي الغربي العادي حسب تفضيل الخرج الصباحي أو المسائي اعتمادا على المناخ المحلي، شكل الأرض أو نظام التسعير الكهربائي الحكومي.

يختلف شكل هذا التصميم باختلاف عمل المصفوفات حيث تعدل زواية الميلان مرتين أو أربعة سنويا للحصول على خرج مثالي لكل فصل. وتتطلب أيضا مساحة أرض إضافية لتقليل التظليل الداخلي في زواية ميلان الشتاء الحادة. من النادر تعديل الكلفة الإضافية أو تعقيد هذا التصميم، لأن زيادة الخرج هي أجزاء قليلة من المائة فقط.

المتعقبات بمحورين 

توضع الألواح الشمسية نحو باتجاه أشعة الشمس الشرقية لزيادة قوة الإشعاع القادم. ولتحقيق ذلك، تستخدم المصفوفات متعقبات بمحورين لتتبع الشمس بحركتها اليومية الدائمة في السماء، وارتفاعها المتغير خلال السنة.

تفصل هذه المصفوفات عن بعضها لتقليل التظليل الداخلي كلما تحركت الشمس وتغير توجيه المصفوفة ولهذا الغرض نحتاج مساحة أرض إضافية. وتتطلب آلات معقدة إضافية لصيانة سطح المصفوفة عند زواية معينة. يزداد خرج النظام بنسبة 30% في المواقع ذات المستويات العالية من الأشعة الشمسية المباشرة، لكن يتناقص في المناخ المعتدل أو عند المناخات ذات الإشعاع المنتشر الكبير وذلك لوجود الغيوم. وذلك يشاع استخدام المتعقابات بمحورين في المناطق شبه الاستوائية. أول من وضع هذه المتعقبات على مستوى تجاري هي محطة لوغو.

المتعقبات بمحور واحد 
يحقق هذا النوع الثالث بعض فوائد التعقب مع التقليل في حجم الأرض المستخدمة وكلفة التشغيل وحجم رأس المال. ويعمل هذا المتعقب بتتبع الشمس ببعد وحيد خلال رحلة الشمس اليومية لكن ليس مكيفا مع تحركها خلال الفصول. تكون زواية المحور أفقية عادة، إلا أن بعض منها مثل المزرعة الشمسية في قاعدة نيليس الجوية حيث تميل بزواية 20°، يميل باتجاه خط الاستواء بالتوجيه الشمالي-الجنوبي ويجمع بشكل فعال بين التعقب والميل الثابت.

انظر أيضا 
 الأنظمة الكهروضوئية على الأسطح
 محطة نيليس للطاقة الشمسية

المراجع 

بنية تحتية
خلايا كهروضوئية
طاقة شمسية
محطات خلايا كهروضوئية
محطات طاقة
محطة طاقة كهرضوئية أو مزارع الشمس هي نظام ضوئي جهدي ذو حجم كبير مصممة ل تزويد الكهرباء التجارية ل الشبكة الكهربائية . تكون هذه المحطات مختلفة عن ال ألواح المتصلة بالأبنية وتطبيقات الشمسية لامركزية الأخرى لأن ها تزود الطاقة ب شكل الفائدة ، ولمستخدم محلي أو مستخدمين . يشار إلى هذه المحطات ب اسم مزارع الشمس خصوصا عندما توضع في مناطق زراعية . و تستخدم تسمية فريدة هي الطاقة الشمسية ب سعر الفائدة لوصف هذه النوع من المشاريع . يأتي مصدر الطاقة هو ال ألواح الشمسية التي تحول الضوء مباشرة إلى كهرباء . لا يجب الخلط بين هذه المحطات و بين محطات الطاقة الشمسية المركزة ، التقنية الأخرى التي تنتج كميات كبيرة من الطاقة ، و التي تستخدم الحرارة لتشغيل مجموعة من أنظمة التوليد التقليدية . كلا النوعين ل ها ميزات ومساؤى ، لكن حاليا يوجد توجه كبير نحو تقنية ال ألواح الكهرضوئية و ذٰلك ل عدد من الأسباب . في عام تفوق عدد محطات الطاقة الكهرضوئية على محطات تركيز طاقة الشمس بحوالي إلى تُصنف بعض البلدان سعة ال ألواح الكهرضوئية بالميغاواط - بيك ( MWp ) و يشير إلى خرج التيار المستمر للمصفوف الشمسي . على أي حال ، يستخدم اليابان وكندا وإسبانيا و بعض أجزاء من الولايات المتحدة التصنيف لسعة ال ألواح با التحويل من التيار المستمر إلى الم تناوب ( M WAC ) ، تقارن هذه السعة المباشرة كسعات الأشكال أخرى ل إنتاج الطاقة . تصنيف ثالث و أقل شيوعا هو تصنيف فولت - أمبير ( M VA ) . تصمم معظم « حدائق الشمسية » بحجمميغاواط على أقل التقدير . في عام أكبر محطة طاقة كهرضوئية ب العالم ل ها سعة تقاربميغاواط و يوجد تخطيط ل مشاريع بحجمغيغاواط . وبنهايةبني حواليمشروع ب مجموع سعاتغيغاواط و كانت المزارع الشمسية في ها أكبر منميغاواط . معظم محطات الطاقة الكهرضوئية الكبيرة مملوكة لمنتجين طاقة مستقلين ، لكن يتزايد تدخل المشاريع المجتمعية و الأدوات المشتركة ب استمرار . حاليا ، كل المحطات ل ها محفزات منظمة مثل تعرفة حسب التغذية أو تقليل الضرائب ، تناقصت كلفة الإنشاء في العقود الأخيرة و وصل تكافؤ السعر في عدد كبير من الأسواق ، إذا اختفت هذه المحفزات الإضافية قد لا تستمر هذه المشاريع ل مدة طويلة . التاريخ بنيت أول محطة طاقة كهرضوئية ب واسطة أركو سولار ب قوة MWp في لوغو قرب هيسبيريا ( كاليفورنيا ) ب نهاية عام بعد ها بعاممحطة ب قوة 2 MWp في سهل كاريزو \ . لم تعد كلا المحطتان في الخدمة و أن كان سهل كاريزو موقع ل عدد من المحطات الكبيرة التي ركبت أو يخطط لتركيب ها . عندما تبنى عدد كبير من المحطات الشمسية تبدأ المرحلة التالية و هي النسخة المحسنةللتعرفة حسب التغذية ( تعريفة مخصصة ل الطاقة المتجددة ) . بنيت عدة مئات المحطات ب قوة تفوقMWp في ألمانيا و 50 من هذه المحطات ب قوة تفوقMWp . أصبحت إسبانيا السوق الأكبر ل الطاقات المتجددة بعد تقديم ها للتعرفة حسب التغذية و ذٰلك ب 60 محطة بقوةميغاواط و ما فوق . و أصبحت دول مثل الولايات المتحدة و الصين و الهند و فرنسا وكندا و إيطاليا و غير ها أسواق ضخمة لمحطات الطاقة الشمسية . يتم التخطيط ل مواقع كبيرة ب سعة مئات الميغايات و مشاريع بحجمغيغاواط تحت الإنشاء أيضا . تحديد الموقع و الأرض تعتمد مساحة الأرض ل إنتاج كمية طاقة معينة على مكان الأرض وميل ها وفعالية ال ألواح الشمسية و نوع التوصيلات . تستخدم المصفوفات المتحركة ألواح شمسية نموذجية بفعالية تقريبا في المواقع الأفقية وتحتاجلهكتار / ميغاواط في المنطقة الاستوائية و يرتفع هذا الرقم إلى أكثر منهكتار في شمال أوروبا . ب سبب طول الظل للمصفوف يوزع ب حيث يميل بزواية حادة ، هذه المنطقة عادة تكون أعلى ب 10 % لمصفوف ميلان ه قابل للتغيير أو ملاحق بمحور واحد ، وأعلى ب 20 % لملاحق بمحورين ، تعتمد هذه الأرقام ب شكل كبير على المنطقة وطوبوغرافيا الأرض . أفضل المواقع لمحطات الطاقة الكهرضوئية ب النسبة ل استخدام الأرض هي الحقول البنية أو أرض لسيت ذو قيمة تجارية . حتى في الأراضي المزروعة ، يمكن إعداد الموقع المخصص ل إقامة محطة الطاقة الكهرضوئية واستعمال ه لأغراض إنتاجية أخرى مثل زراعة المحاصيل أو التنوع البيئي . زراعة ب الطاقة الشمسية الزراعة ب الطاقة الشمسية هو مصطلح مشترك ل استخدام الأرض نفس ها ل كل غرض إنتاج الطاقة الشمسية وغرض زراعة التقليدية بالحقل . وجدت دراسة حديثة أن قيمة إنتاج الطاقة الشمسية المرتبطة مع إنتاج المحاصيل تقدم زيادة ب نسبة % بالقيمة الاقتصادية من نشر أنظمة الزراعة ب الطاقة الشمسية عوضا عن الزراعة التقليدية . الموقع المشترك تبنى عدد من محطات الطاقة الشمسية المختلفة بمالكين ومتعهدين مختلفين في مواقع متجاورة . يعطي هذا الحل ميزة تقليل الكلفة و خسائر المشروع مثل البنية التحتية كوصل الشبكة و الموافقة على خطة البناء . و يمكن أن تشترك محطات الطاقة الشمسية مع مزارع الرياح بالموقع . و يستخدم مصطلح مزرعة الشمس في هذه الحالة أكثر من محطة طاقة شمسية . التقنية معظم المحطات الشمسية ل ها أنظمة ربط الكهرضوئية ، تعرف ب اسم محطات الطاقة الشمسية بالحقول المفتوحة . يمكن أن تكون متحركة أو تستخدم محور أحادي أو ثنائي ل تعقب حركة الشمس . حيث ال تعقب يحسن من الأداء ك كل و يزيد من كلفة إنشاء النظام وصيانته . يحول العاكس الكهربائي طاقة المصفوف الشمسي من التيار المستمر إلى التيار الم تناوب و يكون ال توصيل إلى شبكة بفولط عالي ، تنقل الكهرباء على ثلاثة مراحل من المحولات عادة بتياريلو واط و ما فوق . ترتيب المصفوفات الشمسية المصفوفات الشمسية و هي أنظمة فرعية تحول الضوء الساطع علي ها إلى طاقة كهربائية . تتألف المصفوفة من عدة ألواح شمسية موصولة ببنية مدعمة ومت رابطة ب حيث تنقل الطاقة إلى الأنظمة الفرعية . نادرا ماتركب المحطات الشمسية على المباني و يستخدم مصفوفات الطاقة الشمسية المتكاملة مع الأبنية . تكون الأغلبية ب شكل أنظمة الحقول المفتوحة و تستخدم بنية الربط الأرضية و ل ها الأنواع التالية : المصفوفات الثابتة تستخدم معظم المشاريع بنية ربط توصل في ها ال ألواح الشمسية بانحدار مثبت مدورس لتعطي أفضل خرج في كل أيام السنة . توضع ال ألواح الشمسية ب اتجاه الشرق نحو خط الاستواء ، وبميل زاوي أخفض من ارتفاع الموقع . في بعض الحالات تختلف درجة الميلان المستخدمة أو توازن المصفوفات من المحور الشرقي الغربي العادي حسب تفضيل الخرج الصباحي أو المسائي اعتمادا على المناخ المحلي ، شكل الأرض أو نظام التسعير الكهربائي الحكومي . يختلف شكل هذا التصميم ب اختلاف عمل المصفوفات حيث تعدل زواية الميلان مرتين أو أربعة سنويا ل الحصول على خرج مثالي ل كل فصل . و تتطلب أيضا مساحة أرض إضافية ل تقليل التظليل الداخلي في زواية ميلان الشتاء الحادة . من النادر تعديل الكلفة الإضافية أو تعقيد هذا التصميم ، لأن زيادة الخرج هي أجزاء قليلة من المائة فقط . المتعقبات بمحورين توضع ال ألواح الشمسية نحو ب اتجاه أشعة الشمس الشرقية ل زيادة قوة الإشعاع القادم . و ل تحقيق ذلك ، تستخدم المصفوفات متعقبات بمحورين لتتبع الشمس بحركة ها اليومية الدائمة في السماء ، وارتفاع ها المتغير خلال السنة . تفصل هذه المصفوفات عن بعض ها ل تقليل التظليل الداخلي كلما تحركت الشمس و تغير توجيه المصفوفة و ل هٰذا الغرض نحتاج مساحة أرض إضافية . و تتطلب آلات معقدة إضافية لصيانة سطح المصفوفة عند زواية معينة . يزداد خرج النظام ب نسبة في المواقع ذات المستويات العالية من الأشعة الشمسية المباشرة ، لكن يتناقص في المناخ المعتدل أو عند المناخات ذات الإشعاع المنتشر الكبير و ذٰلك ل وجود الغيوم . و ذٰلك يشاع استخدام المتعقابات بمحورين في المناطق شبه الاستوائية . أول من وضع هذه المتعقبات على مستوى تجاري هي محطة لوغو . المتعقبات بمحور واحد يحقق هذا النوع الثالث بعض فوائد ال تعقب مع التقليل في حجم الأرض المستخدمة وكلفة التشغيل و حجم رأس المال . و يعمل هذا الم تعقب ب تتبع الشمس ببعد وحيد خلال رحلة الشمس اليومية لكن ليس مكيفا مع تحرك ها خلال الفصول . تكون زواية المحور أفقية عادة ، إلا أن بعض من ها مثل المزرعة الشمسية في قاعدة نيليس الجوية حيث تميل بزواية ، يميل ب اتجاه خط الاستواء بالتوجيه الشمالي - الجنوبي ويجمع ب شكل فعال بين ال تعقب والميل الثابت . انظر أيضا الأنظمة الكهروضوئية على الأسطح محطة نيليس ل الطاقة الشمسية المراجع بنية تحتية خلايا كهروضوئية طاقة شمسية محطات خلايا كهروضوئية محطات طاقة