نظام تركيب الخلايا الكهروضوئية

يمكن تركيب الألواح الشمسية لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية على أسطح المنازل ، عادةً مع ترك مسافة بضعة سنتيمترات بينها، وبشكل موازٍ لسطح السقف. إذا كان السطح أفقيًا، تُركّب الألواح بزاوية محددة. في حال التخطيط لتركيب الألواح قبل بناء السقف، يُمكن تصميم السقف وفقًا لذلك من خلال تركيب دعامات للألواح قبل تركيب مواد السقف. يُمكن لفريق تركيب السقف القيام بتركيب الألواح الشمسية. أما إذا كان السقف مبنيًا بالفعل، فمن السهل نسبيًا تركيب الألواح مباشرةً فوق هياكل التسقيف الموجودة. بالنسبة لعدد قليل من الأسطح (التي غالبًا ما لا تُبنى وفقًا للمعايير) والمصممة بحيث تتحمل وزن السقف فقط، يتطلب تركيب الألواح الشمسية تقوية هيكل السقف مسبقًا. في جميع حالات التحديث، من الضروري إيلاء اهتمام خاص لعزل الأسطح ضد العوامل الجوية. توجد العديد من التصاميم خفيفة الوزن لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية التي يمكن استخدامها على الأسطح المائلة أو المسطحة (مثل الأوتاد البلاستيكية أو منصة PV-pod )، إلا أن معظمها يعتمد على نوع من قضبان الألمنيوم المبثوقة (مثل Unirac ). وقد تم مؤخرًا اختبار حلول تركيب الألواح الشمسية الكهروضوئية القائمة على الشد بنجاح، مما يقلل الوزن والتكلفة. ^{[ 8 ]} في بعض الحالات، عند التحويل إلى ألواح السقف المركبة، يمكن لوزن مواد السقف التي تمت إزالتها أن يعوض الوزن الإضافي لهيكل الألواح. تتضمن الممارسة العامة لتركيب الألواح الشمسية على الأسطح وجود دعامة لكل 100 واط من الألواح. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

تُعدّ أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الأرضية عادةً محطات طاقة شمسية كبيرة الحجم تُستخدم على نطاق المرافق العامة . تتكون مصفوفة الطاقة الشمسية من وحدات شمسية مثبتة في مكانها بواسطة رفوف أو إطارات متصلة بدعامات تثبيت أرضية. ^{[ 11 ] [ 12 ]} وبشكل عام، يمكن لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الأرضية أن تكون بزاوية ميل واتجاه مثاليين (مقارنةً بالأنظمة المثبتة على الأسطح التي قد لا تكون مثالية، خاصةً في عمليات التحديث).

تشمل دعامات التثبيت الأرضية ما يلي:

• حوامل الأعمدة ، التي يتم غرسها مباشرة في الأرض أو تضمينها في الخرسانة.
• قواعد التثبيت ، مثل الألواح الخرسانية أو القواعد المصبوبة
• تُستخدم قواعد التثبيت المُثقّلة ، مثل القواعد الخرسانية أو الفولاذية، التي تعتمد على الوزن لتثبيت نظام الألواح الشمسية في مكانه دون الحاجة إلى حفر الأرض. يُعدّ هذا النوع من أنظمة التثبيت مناسبًا تمامًا للمواقع التي يتعذر فيها الحفر، مثل مكبات النفايات المغطاة، كما يُسهّل عملية إيقاف تشغيل أنظمة الألواح الشمسية أو نقلها.

تتكون حوامل الألواح الشمسية الأرضية عادةً من فولاذ مثبت في الخرسانة، مع قضبان ألومنيوم تحمل ألواحًا من الألومنيوم. توجد هذه الحوامل في المباني السكنية والتجارية، إلا أن أنظمتها أصغر حجمًا، وقد يكون عدد الألواح الشمسية في كل عمود أقل (مثلاً 3 ألواح). ^{[ 13 ]} في بعض المناطق، مثل أمريكا الشمالية، تشير الأدلة إلى أن حوامل الألواح الشمسية الأرضية المصنوعة من الخشب (سواء ذات زاوية ميل ثابتة، ^{[ 4 ] أو} زاوية ميل ثابتة مرتفعة للألواح الشمسية الشبكية ^{، [ 14 ]} أو زاوية ميل متغيرة ^{) قد} تكون أقل تكلفة من الحوامل المعدنية التقليدية. لكن هذا لا ينطبق على مستوى العالم، ففي توغو مثلاً، لا تزال تكلفة الحوامل المعدنية أقل لكل وحدة طاقة مركبة، حتى مع زاوية ميل أقل تسمح باستخدام عوارض خشبية أصغر. ^{[ 4 ]} يؤثر السعر النسبي للخشب مقارنةً بالمعدن بشكل كبير على اختيار مادة حوامل الألواح الشمسية المثلى في جميع أنحاء العالم. ^{[ 16 ]} وقد يتغير هذا الوضع نظرًا لتقلب أسعار الخشب بشكل كبير. ^{[ 17 ]}

يمكن تركيب الألواح الشمسية على هياكل مرتفعة لتتشارك المساحة مع استخدامات أخرى للأراضي، مثل مواقف السيارات. توفر هذه الهياكل الظل للسيارات وتقلل من استخدام الأراضي، لكنها أغلى بكثير من الأنظمة التقليدية المثبتة على الأرض نظرًا لكثرة الأعمدة الفولاذية والقواعد والهياكل، فضلًا عن تكاليف العمالة الإضافية. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]} ويمكن تخفيض هذه التكلفة جزئيًا باستخدام مواد بناء أقل تكلفة كالخشب . [ ^{21 ] كما} يمكن استخدام مظلات الطاقة الشمسية فوق مواقف السيارات لتوفير الكهرباء لشحن المركبات الكهربائية. ^{[ 22 ]} وتوجد مساحة كبيرة محتملة لتركيب الألواح الشمسية في مواقف السيارات. فعلى سبيل المثال، تبلغ الطاقة الشمسية المحتملة 3.1 ميغاواط، ويمكن إنشاء 100 محطة شحن للمركبات الكهربائية في كل مركز تجاري ضخم من سلسلة وول مارت في الولايات المتحدة. ^{[ 23 ]} وتشير مجلة "بوبيولار ساينس" إلى أن مظلات الطاقة الشمسية المبنية فوق مواقف السيارات أصبحت مشهدًا شائعًا في جميع أنحاء الولايات المتحدة، حيث تُركّب في حرم الجامعات والمطارات والمواقف القريبة من المباني المكتبية التجارية. ^{[ 24 ]} أما فرنسا ، فتُلزم بتغطية جميع مواقف السيارات الكبيرة بألواح شمسية. ^{[ 25 ]}

يمكن أيضاً استخدام هياكل مظلة مختلفة للزراعة الكهروضوئية .

تزيد أجهزة تتبع الشمس من الطاقة المنتجة لكل وحدة، ولكن على حساب التعقيد الميكانيكي وزيادة الحاجة إلى الصيانة. فهي تستشعر اتجاه الشمس وتميل أو تدير الوحدات حسب الحاجة لتحقيق أقصى قدر من التعرض للضوء. ^{[ 26 ] [ 27 ]}

بدلاً من ذلك، يمكن للرفوف الثابتة تثبيت الوحدات في مكانها طوال اليوم بزاوية ميل محددة ( زاوية سمتية ) واتجاه محدد ( زاوية سمتية ). وتُعد زوايا الميل المكافئة لخط عرض الموقع شائعة. كما قد تقوم بعض الأنظمة بتعديل زاوية الميل بناءً على وقت السنة. ^{[ 28 ]}

من جهة أخرى، تُستخدم عادةً أنظمة الألواح الشمسية المواجهة للشرق والغرب (على سبيل المثال، لتغطية سطح مبنى مواجه للشرق والغرب). ورغم أن هذه الأنظمة لا تُنتج أقصى متوسط ​​طاقة ممكن من الألواح الشمسية الفردية، إلا أن تكلفة الألواح عادةً ما تكون أقل من تكلفة نظام التتبع، كما أنها توفر طاقة ذات قيمة اقتصادية أعلى خلال فترات ذروة الطلب في الصباح والمساء مقارنةً بالأنظمة المواجهة للشمال أو الجنوب. ^{[ 29 ]}

تُعدّ الخلايا الكهروضوئية المدمجة في المباني (BIPV) مواد كهروضوئية تُستخدم لاستبدال مواد البناء التقليدية في أجزاء من غلاف المبنى ، مثل السقف (البلاط)، والمناور، والواجهات. ويجري دمجها بشكل متزايد في تشييد المباني الجديدة كمصدر رئيسي أو ثانوي للطاقة الكهربائية، مع إمكانية تحديث المباني القائمة بوحدات BIPV أيضًا. وتكمن ميزة الخلايا الكهروضوئية المدمجة، مقارنةً بالأنظمة غير المدمجة الأكثر شيوعًا، في إمكانية تعويض التكلفة الأولية عن طريق تقليل الإنفاق على مواد البناء والعمالة التي تُستخدم عادةً في بناء الجزء من المبنى الذي تحل محله وحدات BIPV. ^{[ 30 ]}

تستخدم تقنية الخلايا الكهروضوئية المُكيَّفة مع المباني (BAPV) وحدات الطاقة الشمسية لإنشاء نوافذ كهروضوئية ^{[ 31 ]} ، وبالتالي، يمكن استخدامها أيضًا لتحديث المباني القائمة. تتوفر العديد من منتجات BIPV (مثل ألواح التسقيف الكهروضوئية) ^{[ 32 ] [ 33 ]} حيث تُشكِّل الخلايا الكهروضوئية كامل مواد التسقيف، كما توجد طرق لتحويل الوحدات التقليدية إلى ألواح تسقيف. ^{[ 34 ]}