حول الطاقة الشمسية : الطاقة الشمسية مقابل الطاقة المائية

لا يعتمد التقييم العام لمصدر الطاقة على مدى نظافته فحسب ؛ كما يجب أن تكون موثوقة ويمكن الوصول إليها ومعقولة التكلفة.

لا يمكن تصنيف كل هذه العوامل بدقة.

على سبيل المثال ، يميل البترول إلى أن يكون ميسور التكلفة نسبيًا في الولايات المتحدة ، ولكن هذا جزئيًا لأن الحكومة تدعم صناعات الوقود الأحفوري.

وبالمثل ، في حين أن طاقة الرياح والطاقة الشمسية والطاقة المائية تميل إلى أن تكون باهظة الثمن نسبيًا ، فإن تكلفتها تتناقص باطراد لسنوات مع زيادة استخدامها.

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الطاقة الكهرومائية والطاقة الشمسية في أن الطاقة الكهرومائية هي نوع من الطاقة التي تستخدم المياه لتوليد الطاقة ، بينما تستخدم الطاقة الشمسية ضوء الشمس لتوليد الطاقة.

تختلف هاتان الطاقتان أيضًا في توليدهما وتستخدمهما لإنتاج الكهرباء.

دعونا نلقي نظرة بين الاثنين.

• فرق التكلفة

• إنتاج

• مصداقية

• تأثير بيئي

• استخدم في الأجهزة المحمولة الصغيرة

• الملاءمة

• فترة الحياة

• تأثير المناخ

• التلوث

الطاقة الشمسية مقابل الاختلافات في تكلفة الطاقة المائية

في الطاقة الشمسية ، تعتبر التكلفة الأولية الكبيرة واحدة من أكبر عيوب أنظمة الألواح الشمسية.

اعتبارًا من أبريل 2021 ، بلغ متوسط تكلفة الطاقة الشمسية في الولايات المتحدة حوالي 2.85 دولارًا لكل واط.

لذلك ، فإن نظام الألواح الشمسية بقدرة 6 كيلو وات سيديرك حوالي 17100 دولار ، في المتوسط ، قبل تطبيق الائتمان الضريبي الفيدرالي.

تختلف التكلفة الفعلية للنظام الشمسي حسب الولاية والحوافز التي تتأهل لها.

لحسن الحظ ، هناك خيارات تمويل الطاقة الشمسية المتاحة.

في كثير من الحالات ، يمكنك التأهل للحصول على قرض للطاقة الشمسية بدون مقابل ، مما يسمح لك بتوفير المال على فاتورة الكهرباء الخاصة بك وجني فوائد امتلاك نظام شمسي.

في Hydro Power ، يعد بناء أي نوع من محطات الطاقة مكلفًا - يمكن أن تكلف محطات الطاقة الكهرومائية ما يصل إلى 580 دولارًا لكل كيلو وات ، وعادة ما تتراوح من 10 ميجاوات إلى 30 ميجاوات (حيث يساوي واحد ميجاوات 1000 كيلوواط).

هذا يعني أن التكلفة الأولية لبناء محطة للطاقة الكهرومائية يمكن أن تصل إلى ملايين الدولارات.

بالمقارنة مع انخفاض أسعار منشآت الطاقة الشمسية ، على سبيل المثال ، تعد الطاقة الكهرومائية مشروعًا متجددًا أكثر صعوبة للتمويل.

من حيث تكاليف الإنتاج ، تمتلك الطاقة الكهرومائية ميزة قوية على الطاقة الشمسية.

تصف وزارة الطاقة الأمريكية الطاقة الكهرومائية بأنها أكثر أشكال الطاقة المتجددة شيوعًا وأقلها تكلفة في الولايات المتحدة.

تمثل الطاقة الكهرومائية 6 في المائة من إجمالي إنتاج الطاقة في الولايات المتحدة وتمثل 70 في المائة من إجمالي الطاقة المتجددة المولدة في الولايات المتحدة.

تميل المنشآت الشمسية إلى أن تكلف أكثر من ذلك بكثير.

على سبيل المثال ، تبلغ تكلفة 1 ميغاواط / ساعة من الكهرباء 90.3 دولارًا في عام 2011 لتوليدها باستخدام الطاقة الكهرومائية ، أو 144.30 دولارًا لتوليدها باستخدام مجمعات الطاقة الشمسية ، وفقًا لإدارة معلومات الطاقة الأمريكية.

إنتاج

أثناء إنتاج الطاقة الكهرومائية ، يتم استخدام التوربينات التي تحول الطاقة الحركية لنقل المياه إلى طاقة مائية.

يعمل التوربين الهيدروليكي على تحويل طاقة المياه المتدفقة إلى طاقة ميكانيكية.

يحول المولد الكهرومائي هذه الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء.

يعتمد تشغيل المولد على المبادئ التي اكتشفها فاراداي.

وجد أنه عندما يتم تحريك المغناطيس عبر موصل ، فإنه يتسبب في تدفق الكهرباء.

في مولد كبير ، تصنع المغناطيسات الكهربائية عن طريق تدوير التيار المباشر من خلال حلقات من الأسلاك الملتفة حول أكوام من رقائق الصلب المغناطيسية.

هذه تسمى أعمدة المجال ويتم تثبيتها على محيط الدوار.

يتم توصيل الجزء المتحرك بعمود التوربين ويدور بسرعة ثابتة.

عندما يدور الجزء المتحرك ، فإنه يتسبب في تحرك أقطاب المجال (المغناطيسات الكهربائية) عبر الموصلات المركبة في الجزء الثابت.

هذا ، بدوره ، يتسبب في تدفق الكهرباء وتطور الجهد في محطات خرج المولد

يتم الحصول على الطاقة الشمسية باستخدام الألواح الشمسية التي تلتقط الطاقة من ضوء الشمس وتحويلها إلى طاقة شمسية.

يمكن تحويل الإشعاع الشمسي مباشرة إلى كهرباء بواسطة الخلايا الشمسية (الخلايا الكهروضوئية).

في مثل هذه الخلايا ، يتم توليد جهد كهربائي صغير عندما يصطدم الضوء بالتقاطع بين معدن وأشباه الموصلات (مثل السيليكون) أو التقاطع بين نوعين مختلفين من أشباه الموصلات.

عادةً ما تكون الطاقة التي تولدها خلية كهروضوئية واحدة حوالي 2 واط فقط.

ومع ذلك ، من خلال توصيل أعداد كبيرة من الخلايا الفردية ، كما هو الحال في صفائف الألواح الشمسية ، يمكن توليد مئات أو حتى آلاف الكيلوواط من الطاقة الكهربائية في محطة كهربائية شمسية أو مجموعة منزلية كبيرة.

تبلغ كفاءة الطاقة لمعظم الخلايا الكهروضوئية في الوقت الحاضر حوالي 15 إلى 20 في المائة فقط ، وبما أن كثافة الإشعاع الشمسي منخفضة ، في البداية ، يلزم وجود مجموعات كبيرة ومكلفة من هذه الخلايا لإنتاج كميات معتدلة من الطاقة.

مصداقية

يتمتع العالم بوفرة من الطاقة الشمسية المجانية.

باستخدام الصحاري والأراضي الزراعية في البلاد والاستفادة من 300 إلى 330 يومًا مشمسًا في السنة ، يمكن للعالم بسهولة توليد 50000 تريليون كيلوواط / ساعة من الطاقة الشمسية.

تعد الطاقة الشمسية واحدة من أسرع تقنيات الطاقة المتجددة نموًا ، وخلال فترة قصيرة نسبيًا مدتها خمس سنوات ، شهدنا انخفاضًا حادًا (أكثر من 60 ٪) في تكلفة رأس المال الكهروضوئية والتعريفات الجمركية.

على خلفية زيادة تكاليف الطاقة التقليدية ، والمخاوف المتعلقة بتوافر وموثوقية الطاقة من الشبكة ، والجدوى التجارية طويلة الأجل للطاقة الشمسية ، يقوم المستهلكون التجاريون والصناعيون بتركيب تكنولوجيا الطاقة الشمسية على الأسطح لتلبية احتياجاتهم الأسيرة.

يساعد الاستثمار في الطاقة الشمسية الشركات أيضًا على الوفاء بمبادرتها الخاصة بالمسؤولية الاجتماعية للشركات جنبًا إلى جنب مع المكاسب التجارية طويلة الأجل.

يستعد العالم لأن يصبح قوة عالمية في صناعة الطاقة الشمسية ، والأنظمة التنظيمية الناشئة وأسعار الذروة المرتفعة تجعل هذه الفرصة حقيقية وجذابة.

يمكن أن تقدم الطاقة الشمسية حلاً سريعًا قابلاً للتطوير لكل من التطبيقات داخل الشبكة وخارجها ، ومن مزايا الطاقة الشمسية سهولة الوصول إلى الطاقة ، ومصدر للطاقة المتجددة ، وخفض فواتير الكهرباء ، وما إلى ذلك.

الطاقة الكهرومائية هي مصدر للطاقة أكثر موثوقية من الطاقة الشمسية لأنها تحتوي على مصدر ثابت للطاقة ، في حين أن الطاقة الشمسية هي مصدر طاقة متقطع بفترات ينقطع فيها إمداد الطاقة ، كما هو الحال في الليل وفي الأيام الملبدة بالغيوم.

لكي يعمل مشروع الطاقة الشمسية على نطاق واسع ، فإنه يحتاج إلى مصدر طاقة تكميلي ليكون بمثابة مصدر احتياطي وللمساعدة عندما يكون الطلب مرتفعًا والعرض منخفضًا.

تأثير بيئي

توفر الشمس مورداً هائلاً لتوليد الكهرباء النظيفة والمستدامة دون التلوث السام أو انبعاثات الاحتباس الحراري.

يمكن أن تختلف التأثيرات البيئية المحتملة المرتبطة بالطاقة الشمسية - استخدام الأراضي وفقدان الموائل ، واستخدام المياه ، واستخدام المواد الخطرة في التصنيع - اعتمادًا كبيرًا على التكنولوجيا ، والتي تشمل فئتين عريضتين: الخلايا الشمسية الكهروضوئية أو الطاقة الشمسية المركزة محطات حرارية (CSP).

يلعب حجم النظام - الذي يتراوح من المصفوفات الكهروضوئية الصغيرة الموزعة على الأسطح إلى مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية الكبيرة الحجم والمرافق - دورًا مهمًا في مستوى التأثير البيئي.

الطاقة المائية هي أقل مصادر الطاقة المتجددة تكلفة في العالم ، بما في ذلك الطاقة الشمسية.

ومع ذلك ، فإن الطاقة الكهرومائية تحدث تأثيرات بيئية أكبر من الطاقة الشمسية.

على وجه الخصوص ، تتطلب الطاقة الكهرومائية بناء سدود للأنهار والجداول التي تعمل كمصادر للمياه ، مما يؤثر على موائل الحيوانات والأسماك والنباتات.

من ناحية أخرى ، فإن الطاقة الشمسية لها تأثير بيئي محدود ؛ تشمل إلى حد كبير تكاليف الطاقة لتصنيع أنظمة الطاقة الشمسية.

استخدم في الأجهزة المحمولة الصغيرة

الطاقة الكهرومائية ليست مصدر طاقة قابل للتطبيق للأجهزة الصغيرة المحمولة مثل الطاقة الشمسية.

يمكن أن تعمل الطاقة الشمسية كمصدر طاقة أساسي لساعة أو مصباح يدوي أو آلة حاسبة لأن الوصول إلى الشمس أسهل للأجهزة المحمولة أكثر من مصادر المياه ؛ يمكن أن تكون الألواح الكهروضوئية التي تنقل طاقة الشمس صغيرة جدًا.

إن استخدام الطاقة الكهرومائية للتوربينات ومصدر المياه يجعلها غير مناسبة للأجهزة المحمولة الصغيرة التي تتطلب المرونة.

ملاءمة

في مجال الطاقة الشمسية ، يمكن أن يكون لهندسة منزلك تأثير كبير على كيفية ومكان تركيب الألواح الشمسية.

أولاً وقبل كل شيء ، يجب أن يكون سقفك سليمًا من الناحية الهيكلية وقادرًا على تحمل وزن الألواح ، خاصة أثناء فترات الرياح العاتية.

يجب أن تكون مواد التسقيف الخاصة بك في حالة جيدة أيضًا لأن الألواح الشمسية موجودة بشكل عام لسنوات عديدة ويجب إزالتها واستبدالها عند تثبيت سقف جديد.

لكل 1 كيلوواط من السعة ، يلزم ما يقرب من 100 قدم مربع من مساحة السطح.

لذلك بالنسبة للتركيب النموذجي 5 كيلو واط ، تقريبًا.

مطلوب 500 قدم مربع من المساحة.

في المملكة المتحدة ، تكون الألواح الشمسية أكثر فاعلية بشكل عام عند مواجهة الجنوب ، ولكن يمكن أن يعمل الشرق والغرب أيضًا اعتمادًا على الوقت من اليوم الذي تستمد فيه عائلتك أكبر قدر من الطاقة.

كما هو الحال دائمًا ، يمكن أن يساعدك مُدمج الطاقة الشمسية المُدرَّب في فحص أنماط استهلاك الطاقة لديك وتحديد أفضل تصميم يناسب نمط حياتك.

يجب أيضًا مراعاة أي ميزات يمكن أن تسد المسار بين الشمس والألواح الشمسية (الظل) ، مثل الأشجار المجاورة أو الهياكل مثل المداخن.

يجب أن يكون سطح السقف مناسبًا لفترة طويلة.

بينما يمكن أن تساعد الألواح الشمسية في إطالة عمر سطح السقف ، إلا أنها قد تعيق أيضًا الإصلاح والاستبدال.

في Hydro Power ، لا يتوفر في جميع المناطق بسبب عدم توفر الموارد وهذا هو سبب كونه اختيارًا صعبًا.

عمر

في الطاقة الشمسية ، المكونات الرئيسية المعرضة للانهيار هي الألواح الشمسية والعاكس.

ومع ذلك ، تميل المنتجات عالية الجودة إلى أن يكون لها دورات حياة طويلة والتي تنعكس في الضمانات الطويلة المتاحة ، وخاصة للألواح الشمسية.

تعتبر الألواح الشمسية جهازًا بسيطًا نسبيًا بدون أجزاء متحركة.

عادةً ما تتمتع الألواح الشمسية بضمان إخراج لمدة 25 عامًا واعتمادًا على جودة اللوحة ، يمكن توقع استمرارها بعد ذلك.

أيضًا ، تتدهور الألواح الشمسية التي تتعرض للرياح ودرجات الحرارة المتقلبة والطقس ، وتنتج كل عام القليل من الكهرباء.

الألواح الأرخص ، مع الأشعة فوق البنفسجية أقل ، وألواح الدعم المستقرة ، والمواد المانعة للتسرب الرخيصة والتأطير يمكن أن تتدهور بشكل أسرع وأسرع.

تتنبأ ضمانات الألواح الشمسية بشكل عام بمتوسط 0.6 ٪ من فقدان الطاقة كل عام بعد السنة الأولى ، وبالتالي ، في نهاية فترة ضمان الإخراج البالغة 25 عامًا ، قد تكون اللوحة الشمسية قد فقدت ما يصل إلى 16.4 ٪ من تصنيف الطاقة الأولي.

هذا يعني أن الألواح الشمسية عالية الكفاءة ستنتج 315 واط ؛ قد تنتج نفس اللوحة خلال 25 عامًا 261-269 واط فقط.

في الواقع ، بالنسبة للوحات ذات الجودة الأقل إنتاجية ، قد تبدأ من 250 إلى 260 واط (ناتج الألواح الشمسية بعد 25 عامًا من التشغيل) ثم تتدهور إلى 200 واط لكل لوحة بعد 25 عامًا.

العواكس هي أجهزة إلكترونية معقدة ، يتعين عليها ضبط طاقة الخرج كل ثانية ؛ تكون العواكس أكثر عرضة للفشل على الرغم من أن العلامات التجارية عالية الجودة ، المصممة باستخدام مكونات عالية الجودة ، من المرجح أن تتجاوز فترات الضمان النموذجية التي تبلغ 5 سنوات.

تقدم العديد من الشركات المصنعة الآن تمديد الضمان لمدة 10 سنوات أو أكثر.

على الرغم من أن الكابلات وأجهزة السلامة وأنظمة التركيب أقل تأثيرًا ، إلا أن استخدام مواد ذات جودة رديئة يمكن أن يؤدي إلى فشل سابق لأوانه في النظام.

في حالات القوابس والكابلات التي لا تحمل علامة تجارية ، حدث فشل كامل في النظام.

لذلك ، يمكن القول أنه للحصول على عقد من الصيانة المنخفضة للكهرباء الشمسية ، يشتري الألواح الشمسية عالية الجودة ومحولات الطاقة الشمسية عالية الجودة.

تتمتع Hydro Power بعمر تشغيلي طويل جدًا.

أقدم أنظمة الطاقة الكهرومائية العاملة يزيد عمرها عن 100 عام ، بما في ذلك بعض أنظمة نطاق المرافق.

التوربينات المائية بطبيعتها عبارة عن قطع من الآلات منخفضة الضغط نسبيًا وتعمل في ظل ظروف تحميل ثابتة للغاية مع عدم وجود تغييرات مفاجئة في الأحمال.

هذا يفسح المجال لعمر طويل شريطة أن يتم صيانتها بانتظام (بشكل أساسي تشحيم المحامل).

يجب أن تدوم البنية التحتية للهندسة المدنية إلى أجل غير مسمى تقريبًا بشرط صيانتها.

ستتطلب أنظمة القيادة (علب التروس أو الأحزمة) تغييرات / استبدال الزيت بشكل دوري مع المحامل في جميع الآلات الدوارة.

يقتبس معظم مصنعي الأجهزة المائية عمرًا للتصميم يبلغ 25 عامًا ، على الرغم من أن هذا عادة ما يكون لأنه يتعين عليهم تحديد رقم ، وفي كثير من الحالات ، يكون لدى نفس الشركات المصنعة العديد من التوربينات في المجال التي يزيد عمرها عن 50 عامًا ولا تزال تعمل بشكل موثوق وفعال .

آثار تغير المناخ

في الطاقة الشمسية ، تتطلب خطط التخفيف من تغير المناخ الطموحة زيادة كبيرة في استخدام الطاقة المتجددة ، والتي يمكن ، مع ذلك ، أن تجعل نظام الإمداد أكثر عرضة لتقلبات المناخ وتغيراته.

تشير النتائج إلى أن التغيير في إمدادات الطاقة الشمسية الكهروضوئية بحلول نهاية هذا القرن مقارنة بالتقديرات التي تم إجراؤها في ظل الظروف المناخية الحالية يجب أن يكون في النطاق (-14٪ ؛ + 2٪) ، مع أكبر انخفاض في البلدان الشمالية.

لا يبدو الاستقرار الزمني لتوليد الطاقة متأثرًا بشدة في سيناريوهات المناخ المستقبلية أيضًا ، حتى أنه يظهر اتجاهًا إيجابيًا قليلاً في بلدان الجنوب.

في الطاقة المائية ، قد يؤدي تغير المناخ إلى انخفاض في التصريف وتوافر المياه وبعد ذلك انخفاض في توليد الطاقة الكهرومائية دون مزيد من الإنشاءات مع مراعاة المرافق الحالية فقط.

التلوث

لا تنتج أنظمة الطاقة الشمسية / محطات توليد الطاقة أي تلوث للهواء أو غازات الدفيئة.

يمكن أن يكون لاستخدام الطاقة الشمسية تأثير إيجابي غير مباشر على البيئة عندما تحل الطاقة الشمسية محل أو تقلل من استخدام مصادر الطاقة الأخرى التي لها تأثيرات أكبر على البيئة.

ومع ذلك ، يتم استخدام بعض المواد والمواد الكيميائية السامة لصنع الخلايا الكهروضوئية (PV) التي تحول ضوء الشمس إلى كهرباء.

تستخدم بعض الأنظمة الحرارية الشمسية سوائل قد تكون خطرة لنقل الحرارة.

تسرب هذه المواد يمكن أن يضر بالبيئة.

تنظم القوانين البيئية الأمريكية استخدام هذه الأنواع من المواد والتخلص منها.

في Hydro Power ، التلوث الحراري هو التغير في درجات حرارة مياه البحيرات والأنهار والمحيطات بسبب الهياكل التي من صنع الإنسان.

قد تؤثر هذه التغيرات في درجات الحرارة سلبًا على النظم الإيكولوجية المائية خاصة من خلال المساهمة في انخفاض أعداد الحياة البرية وتدمير الموائل.

قد تؤدي أي ممارسة تؤثر على توازن البيئة المائية إلى تغيير درجة حرارة تلك البيئة وبالتالي تسبب تلوثًا حراريًا.

ومع ذلك ، قد تكون هناك بعض الآثار الإيجابية للتلوث الحراري ، بما في ذلك تمديد مواسم الصيد وانتعاش بعض مجموعات الحياة البرية.

قد يأتي التلوث الحراري على شكل مياه دافئة أو باردة يتم إلقاؤها في بحيرة أو نهر أو محيط.

يؤثر تراكم الرواسب المتزايد في جسم مائي على تعكره أو تعكره وقد يقلل من عمقه ، وقد يتسبب كلاهما في ارتفاع درجة حرارة الماء.

قد يؤدي التعرض المتزايد للشمس أيضًا إلى ارتفاع درجة حرارة الماء.

قد تغير السدود موطن نهر إلى موطن بحيرة عن طريق إنشاء خزان (بحيرة من صنع الإنسان) خلف السد.

غالبًا ما تكون درجة حرارة ماء الخزان أكثر برودة من التيار الأصلي أو النهر.

تتنوع مصادر وأسباب التلوث الحراري مما يجعل من الصعب حساب حجم المشكلة.

نظرًا لأن التلوث الحراري الناجم عن محطات الطاقة الكهرومائية (HPPs) قد لا يؤثر بشكل مباشر على صحة الإنسان ، فإنه يتم إهماله بشكل عام.

لذلك ، يتم تجاهل مصادر ونتائج التلوث الحراري في HPPs بشكل عام.

الطاقة الشمسية مقابل استنتاج الطاقة المائية

تعد كل من الطاقة الكهرومائية والطاقة الشمسية من مصادر الطاقة التي لا تستهلك موارد محدودة ولكنها تستفيد بدلاً من ذلك من المصادر المتجددة - المياه للطاقة الكهرومائية والشمس للطاقة الشمسية - واستخدامها لتوليد الطاقة دون استبعادها من الاستخدامات الأخرى.

لا تولد الطاقة الكهرومائية ولا الطاقة الشمسية تلوثًا أو نفايات كبيرة ، لذا فإن كلاهما مفيد للبيئة.