كم لوحًا شمسيًا أحتاج؟

يعتمد عدد الألواح الشمسية التي تحتاج إليها على كمية الكهرباء التي تستهلكها، ونسبة هذا الاستهلاك التي تريد تغطيتها بالطاقة الشمسية، وكمية الكهرباء التي يمكن لكل لوح إنتاجها على سطح منزلك. وتؤثر قدرة اللوح الاسمية في العدد، كما تؤثر أشعة الشمس المحلية والظلال واتجاه السقف وفواقد النظام.

معادلة أولية مفيدة: حجم النظام بالكيلوواط = استهلاك الكهرباء السنوي × نسبة التغطية الشمسية المستهدفة ÷ (365 × ساعات ذروة الشمس اليومية × معامل الأداء). بعد ذلك، اقسم حجم النظام على قدرة اللوح الواحد بالكيلوواط وقرّب الناتج إلى الأعلى.

يشرح هذا الدليل خطوات الحساب ويقارن بين أنظمة افتراضية بقدرات 5 و7.5 و10 كيلوواط. هذه تقديرات أولية للتخطيط، وليست بديلًا عن تقييم السقف أو نموذج إنتاج يأخذ موقعك في الحسبان.

ما المعلومات التي تحتاج إليها قبل الحساب؟

• استهلاك الكهرباء: يُفضّل جمع إجمالي الكيلوواط ساعة من فواتير آخر 12 شهرًا.
• نسبة التغطية الشمسية المستهدفة: الحصة من استهلاك الكهرباء السنوي التي تريد أن يعادلها إنتاج الطاقة الشمسية.
• ساعات ذروة الشمس: تقدير لمورد الطاقة الشمسية اليومي القابل للاستفادة في موقعك واتجاه الألواح المخطط له.
• قدرة اللوح: القدرة الاسمية للألواح التي تفكر في تركيبها.
• أداء النظام: تقدير يراعي الفواقد وظروف التشغيل.
• مساحة السقف القابلة للاستخدام: المساحة المتاحة بعد مراعاة شكل السقف والعوائق ومتطلبات الوصول أو التباعد.

استخدم حاسبة الألواح الشمسية وتقدير التكلفة من Calcavera لتجربة افتراضات مختلفة للاستهلاك وأشعة الشمس وقدرة الألواح. وتعامل مع أي تقدير للتكلفة على أنه أولي إلى أن تحصل على عروض أسعار تأخذ موقعك في الحسبان.

الخطوة الأولى: اعرف استهلاكك للكهرباء بالكيلوواط ساعة

ابحث في فواتير الكهرباء عن الاستهلاك بالكيلوواط ساعة (kWh)، وليس المبلغ الذي دفعته. فالأسعار ورسوم الفاتورة لا توضّح مقدار الطاقة التي يحتاج النظام الشمسي إلى إنتاجها.

اجمع الاستهلاك المسجّل خلال 12 شهرًا لمعرفة استهلاكك السنوي للكهرباء. وإذا أردت معرفة متوسط الاستهلاك الشهري، اقسم الإجمالي على 12.

مثال: يبلغ متوسط استهلاك منزل يستخدم 10,800 كيلوواط ساعة سنويًا نحو 900 كيلوواط ساعة شهريًا.

إذا لم تتوفر لديك إلا فاتورة شهرية واحدة، يمكنك ضرب استهلاكها في 12 للحصول على تقدير تقريبي. لكن الشهر الذي يرتفع فيه الطلب على التدفئة أو التبريد على نحو غير معتاد قد لا يمثّل استهلاكك على مدار السنة. لذلك، تشكّل فواتير 12 شهرًا نقطة انطلاق أفضل.

عدّل تقديرك إذا طرأت تغييرات يمكنك قياسها بصورة معقولة، مثل إضافة سيارة كهربائية أو استبدال التدفئة العاملة بالوقود بمعدات كهربائية. وإذا كان لديك نظام شمسي بالفعل، فقد لا يمثّل مقدار الكهرباء المستوردة من الشبكة إجمالي استهلاك منزلك.

الخطوة الثانية: اختر نسبة التغطية الشمسية المستهدفة

نسبة التغطية المستهدفة هي الحصة من استهلاك الكهرباء السنوي التي تريد أن يعادلها إنتاج الطاقة الشمسية. أدخل 80% في المعادلة على صورة 0.80، أو أدخل 100% على صورة 1.00.

الهدف السنوي لإنتاج الطاقة الشمسية = استهلاك الكهرباء السنوي × نسبة التغطية المستهدفة.

بالنسبة إلى المنزل في المثال:

10,800 كيلوواط ساعة × 0.80 = 8,640 كيلوواط ساعة من إنتاج الطاقة الشمسية المستهدف سنويًا.

اختر نسبة تلائم مساحة السقف المتاحة وميزانيتك وترتيبات الكهرباء لديك. وقد يكون النظام الأصغر مناسبًا إذا كانت مساحة السقف القابلة للاستخدام محدودة، أو إذا كان سيجري تصدير جزء كبير من إنتاج نظام أكبر بشروط غير مجدية.

إن معادلة استهلاك الكهرباء السنوي بنسبة 100% لا تعني أن المنزل يعمل بالطاقة الشمسية وحدها في كل لحظة. فالإنتاج والاستهلاك يحدثان في أوقات مختلفة؛ لذلك قد تستورد الكهرباء ليلًا وتصدّر فائضها نهارًا.

الخطوة الثالثة: قدّر ساعات ذروة الشمس

ساعات ذروة الشمس ليست هي ساعات النهار. فهي تعبّر عن الطاقة الشمسية اليومية بما يعادل عددًا من الساعات عند شدة ضوء مرجعية تبلغ 1,000 واط لكل متر مربع.

قد يتعرّض السقف لضوء النهار ساعات طويلة من دون أن يحصل على عدد مماثل من ساعات ذروة الشمس. فالطقس والفصل والظلال وميل الألواح واتجاهها كلها تؤثر في مورد الطاقة الشمسية القابل للاستفادة.

لإجراء حساب سنوي أولي، استخدم قيمة يومية متوسطة على مدار السنة تناسب موقعك واتجاه الألواح المخطط له. وتجنّب استخدام قيمة مرتفعة من فصل الصيف وكأنها تنطبق على السنة كلها.

تفترض الأمثلة في هذا الدليل 5 ساعات ذروة شمس يوميًا. وهذا افتراض توضيحي، وليس وصفًا لمنزلك. ولتقدير أكثر تفصيلًا، يقدّم حاسب PVWatts من مختبر الطاقة المتجددة الوطني الأمريكي (NREL) نمذجة للإنتاج استنادًا إلى الموقع وحجم النظام ومدخلات أخرى.

الخطوة الرابعة: احتسب فواقد النظام وأداءه

القدرة الاسمية للوح لا تعني أنه سيعمل باستمرار بهذه القدرة. يتغير الإنتاج الفعلي بحسب أشعة الشمس وظروف التشغيل، كما تُفقد بعض الطاقة بين الألواح والمخرج الكهربائي القابل للاستخدام.

في معادلة مبسطة لتحديد الحجم، يخفض معامل الأداء الإنتاج المثالي. فعلى سبيل المثال، يعني معامل قدره 0.80 أن الحساب يحتسب 80% من تقدير الطاقة النظري.

إذا عبّرت عن الفواقد بنسبة مئوية، فاستخدم ما يلي:

معامل الأداء = 1 − نسبة الفواقد.

في هذا الدليل، تؤدي فرضية خفض إجمالي قدره 20% إلى معامل أداء يبلغ 0.80. وهذا افتراض مبسّط للتخطيط، وليس قيمة افتراضية من PVWatts أو نسبة فواقد تنطبق على جميع الأنظمة.

قد تشمل العوامل المؤثرة في الإنتاج درجة الحرارة وتحويل العاكس والأسلاك واتساخ الألواح والظلال وخصائص المعدات. وقد يتعامل النموذج التفصيلي مع هذه العوامل على نحو مختلف عن استخدام معامل واحد. وإذا كان تقدير الإنتاج يتضمن الفواقد بالفعل، فلا تخصمها مرة أخرى.

الخطوة الخامسة: احسب حجم النظام الشمسي المطلوب

يُعبّر عادةً عن حجم النظام الشمسي بالكيلوواط، بينما يُقاس استهلاك الكهرباء وإنتاجها بالكيلوواط ساعة. الكيلوواط (kW) يقيس القدرة، والكيلوواط ساعة (kWh) تقيس الطاقة خلال فترة زمنية.

يعني حجم النظام في هذا الحساب مجموع القدرة الاسمية DC للألواح، وليس تصنيف القدرة AC للعاكس.

حجم النظام المطلوب بالكيلوواط = هدف إنتاج الطاقة الشمسية السنوي ÷ (365 × ساعات ذروة الشمس اليومية × معامل الأداء).

باستخدام مدخلات المثال:

• استهلاك الكهرباء السنوي: 10,800 كيلوواط ساعة.
• نسبة التغطية المستهدفة: 80%.
• إنتاج الطاقة الشمسية المستهدف: 8,640 كيلوواط ساعة سنويًا.
• ساعات ذروة الشمس: 5 ساعات يوميًا.
• معامل الأداء: 0.80.

حجم النظام المطلوب = 8,640 ÷ (365 × 5 × 0.80) = نحو 5.92 كيلوواط.

حساب سريع انطلاقًا من الاستهلاك الشهري

إذا كنت تستخدم متوسط استهلاكك الشهري، فيمكنك الاستعانة بالتقريب الآتي:

حجم النظام بالكيلوواط ≈ الاستهلاك الشهري بالكيلوواط ساعة × نسبة التغطية ÷ (30 × ساعات ذروة الشمس اليومية × معامل الأداء).

لاستهلاك شهري قدره 900 كيلوواط ساعة ونسبة تغطية 80%:

900 × 0.80 ÷ (30 × 5 × 0.80) = 6 كيلوواط.

يرجع الفرق البسيط مقارنة بالحساب السنوي إلى استخدام 30 يومًا للشهر. استخدم الطريقة السنوية عندما تتوفر لديك بيانات استهلاك سنة كاملة.

الخطوة السادسة: حوّل حجم النظام إلى عدد ألواح

حوّل قدرة اللوح من الواط إلى الكيلوواط بقسمتها على 1,000. فاللوح بقدرة 400 واط قدرته الاسمية 0.4 كيلوواط.

عدد الألواح = حجم النظام المطلوب بالكيلوواط ÷ قدرة اللوح بالكيلوواط، مع تقريب الناتج إلى الأعلى.

بالنسبة إلى مثال 5.92 كيلوواط:

5.92 ÷ 0.4 = 14.8 لوحًا، أي 15 لوحًا بعد التقريب إلى الأعلى.

تشكّل خمسة عشر لوحًا بقدرة 400 واط مصفوفة بقدرة 6 كيلوواط DC. وباستخدام افتراضات أشعة الشمس والأداء التوضيحية نفسها، يكون إنتاجها السنوي المقدّر:

6 × 5 × 365 × 0.80 = 8,760 كيلوواط ساعة سنويًا.

يعادل ذلك نحو 81% من استهلاك المنزل في المثال، البالغ 10,800 كيلوواط ساعة سنويًا. ويتجاوز هذا قليلًا هدف التغطية البالغ 80% لأن الألواح تُركّب كوحدات كاملة.

قد تقلل الألواح الأعلى قدرةً عدد الألواح المطلوبة، لكن قلة عددها لا تعني بالضرورة أنها تشغل مساحة أقل من السقف. قارن أبعاد اللوح الفعلية إلى جانب قدرته.

أمثلة لأنظمة سكنية بقدرات 5 و7.5 و10 كيلوواط

يستخدم الجدول أدناه ألواحًا بقدرة 400 واط، و5 ساعات ذروة شمس يوميًا، ومعامل أداء قدره 0.80. وقد قُرّب عدد الألواح إلى الأعلى لبلوغ القدرة المستهدفة أو تجاوزها. ويُحسب الإنتاج وفق القدرة المركبة الناتجة عن عدد الألواح.

قبل تقريب عدد الألواح، تعطي الافتراضات نفسها إنتاجًا سنويًا قدره 7,300 كيلوواط ساعة لنظام قدرته 5 كيلوواط بالضبط، و10,950 كيلوواط ساعة لنظام قدرته 7.5 كيلوواط بالضبط. وتعكس القيم الأعلى قليلًا في الجدول القدرة الإضافية الناتجة عن عدد الألواح المركّب.

بالنسبة إلى منزل يستهلك 10,800 كيلوواط ساعة سنويًا، تولّد هذه المصفوفات بعد التقريب نحو 70% و103% و135% من الاستهلاك السنوي على التوالي. وتعبّر هذه النسب عن معادلة الطاقة السنوية، لا عن مقدار التوفير في الفاتورة أو الاستغناء عن الشبكة.

حُسبت القيم الشهرية بقسمة الإجمالي السنوي على 12. وهي لا تمثل توقعًا لكل شهر على حدة، إذ قد يختلف الإنتاج الموسمي اختلافًا كبيرًا.

ما مساحة السقف التي تحتاج إليها؟

ابدأ بأبعاد طراز اللوح الذي تنوي استخدامه:

مساحة سطح الألواح = عدد الألواح × طول اللوح × عرضه.

للتوضيح فقط، افترض أن مساحة اللوح المختار تبلغ مترين مربعين. عندها تكون مساحة سطح الألواح في المصفوفات الواردة في المثال كما يلي:

مساحة سطح الألواح ليست هي نفسها مساحة السقف المطلوبة والقابلة للاستخدام. يعتمد التخطيط المناسب أيضًا على حواف السقف والمسافات ومتطلبات الوصول وطريقة التثبيت والمداخن وفتحات التهوية والنوافذ السقفية والأجزاء المظللة. لا تفترض أن كل متر مربع من السقف يصلح لتركيب لوح.

قد يستوعب سقف مقسّم إلى مساحات صغيرة عددًا أقل من الألواح مقارنةً بمساحة كبيرة واحدة خالية من العوائق، حتى لو تساوت المساحة الإجمالية. اطلب من فني التركيب تأكيد التخطيط وحالة السقف ومتطلبات التركيب المعمول بها قبل اعتبار تقديرك تصميمًا نهائيًا.

لماذا قد يختلف الإنتاج السنوي الفعلي؟

• الموقع والطقس: يختلف مورد الطاقة الشمسية المتاح من مكان إلى آخر ومن سنة إلى أخرى.
• الاتجاه والميل: تتلقى أسطح السقف المختلفة أنماطًا مختلفة من أشعة الشمس.
• الظلال: قد تقلل الأشجار والمباني المجاورة وعناصر السقف من الإنتاج.
• ظروف التشغيل: تؤثر درجة الحرارة واتساخ الألواح وأداء المعدات في الإنتاج.
• تصميم المعدات: يؤثر حجم العاكس وكفاءة التحويل وتكوين النظام في الإنتاج القابل للاستخدام.

لرؤية أثر أشعة الشمس وحدها، ينتج نظام بقدرة 6 كيلوواط ومعامل أداء 0.80 نحو 7,008 كيلوواط ساعة سنويًا عند 4 ساعات ذروة شمس يوميًا، ونحو 8,760 كيلوواط ساعة عند 5 ساعات، ونحو 10,512 كيلوواط ساعة عند 6 ساعات. هذه أمثلة لبيان حساسية التقدير، وليست توقعات خاصة بموقع بعينه.

استخدم نموذجًا يراعي موقعك قبل اتخاذ قرار الشراء. وإذا امتدت المصفوفة المقترحة على أسطح تختلف في الاتجاه أو الظلال، فتأكد من أن التقدير يأخذ تلك الاختلافات في الحسبان.

هل تغيّر البطاريات عدد الألواح التي تحتاج إليها؟

تخزّن البطارية الطاقة، لكنها لا تولّدها. لذلك لا تؤدي إضافة التخزين تلقائيًا إلى تغيير عدد الألواح المطلوب لتحقيق هدف إنتاج سنوي.

لكن التصميم الذي يهدف إلى تغطية الأحمال ليلًا أو توفير طاقة احتياطية يحتاج إلى تحليل إضافي. فكل من سعة البطارية وفرص شحنها وفواقد الطاقة والأحمال التي تريد تشغيلها عوامل مهمة. ولا يكفي تعادل الطاقة السنوية وحده لتحديد نظام يعمل خارج الشبكة أو نظام احتياطي.

في المنازل المتصلة بالشبكة، قيّم حجم الألواح واحتياجات التخزين كلًّا على حدة، ثم تحقق من توافق التصميمين مع نمط استهلاكك والمعدات.

حوّل تقديرك إلى قرار عملي

1. استخدم فواتير سنة كاملة. حدّد طلبك السنوي على الكهرباء، وخذ التغييرات المتوقعة في الحسبان.
2. اختر نسبة تغطية الطاقة المستهدفة. لا تفترض أن تغطية الاستهلاك السنوي تعني خفض فاتورتك بالنسبة نفسها.
3. قارن السيناريوهات في Calcavera. استخدم حاسبة الألواح الشمسية وتقدير التكلفة لاختبار افتراضات مختلفة لأشعة الشمس وقدرة الألواح والفواقد.
4. تحقق من الإنتاج المحسوب بالنمذجة. استخدم PVWatts من NREL أو نموذجًا تفصيليًا من فني التركيب يتضمن بيانات الموقع والسقف.
5. تأكد من ملاءمة النظام للسقف. اطلب مخططًا لتوزيع الألواح بدلًا من الاعتماد على مساحة السقف الإجمالية وحدها.
6. قارن عروض الأسعار على أساس موحّد. تحقّق من قدرة الألواح DC وقدرة العاكس AC والإنتاج السنوي المقدّر بالكيلوواط ساعة والافتراضات وراء كل تقدير.

أفضل إجابة هي عدد ألواح يستند إلى افتراضات واضحة وتخطيط ممكن للسقف وتقدير موثوق للإنتاج السنوي، وليس ببساطة أكبر مصفوفة يمكن تركيبها.

ملاحظات حول المصدر والحسابات

المرجع: حاسبة PVWatts التابعة لمختبر الطاقة المتجددة الوطني الأمريكي (NREL): https://pvwatts.nrel.gov/. تقدّم PVWatts تقديرات لإنتاج الطاقة الشمسية بحسب الموقع ومدخلات النظام والموقع.

الأمثلة الرقمية الواردة هنا حسابات مبسطة، وليست نتائج محاكاة مكتملة باستخدام PVWatts. وقد أُدرجت افتراضات أشعة الشمس ومعامل الأداء وقدرة اللوح ومساحته لتتمكن من استبدالها بمدخلات تناسب منزلك.