التطبيقات المنزلية للطاقة البديلة

حلـــــول اقتصاديـــــة وصديقـــــة للبيئـــــة
تؤمـــــن الطاقـــــة المستديمـــــة للمنـــــزل

في هذا العدد سوف نقوم بدراسة وتجهيز أحد البيوت الجبلية بالطاقة الكهربائية عبر تزويدها بألواح شمسية وبتوربين هوائي على أن يفي ذلك بحاجة المستهلك لتغطية مصروفه اليومي الضروري من الطاقة الكهربائية. ونشدّد على كلمة الضروري لأن أكثر الناس يستهلكون من الطاقة ربما ضعف ما يحتاجونه نتيجة الهدر أو البذخ الفارغ ولو أنهم بحثوا عن تقنيات ووسائل توفير الطاقة لأدى ذلك حتماً إلى خفض الاستهلاك بصورة كبيرة وربما بأكثر من النصف.
نشير إلى أن الحالة التي نعرضها هنا هي لمنزل ما زال بعيداً عن اقرب نقطة لشبكة الكهرباء، وهذا إضافة إلى كون صاحب المنزل من أصدقاء البيئة ويرغب بأن يقدم نموذجاً عملياً يشجّع الناس على تبني حلول الطاقة البديلة والمساهمة بالتالي في تخفيف انبعاثات ثاني أوكسيد الكربون التي تنتجها المولدات العاملة على المازوت أو البنزين. أضف إلى ذلك الرغبة في التخلص من الضجيج والأدخنة الضارة والمنفِّرة التي تصدر عن المولدات وتوفير التكلفة العالية للمحروقات بما في ذلك المازوت. أخيراً فإن صاحب المنزل الذي ندرسه يعتقد بأن الحصول على نظام للطاقة الكهربائية يعمل بطاقة الشمس والرياح يحقق له «الأمن الكهربائي» بحيث لا يكون مصدر الطاقة الذي يستمتعون به مرتهناً بأي تقلبات أو عوامل خارجية وهذه العوامل كثيرة وغالباً ما نشهد أمثلة عليها في لبنان. وبالطبع فإن ميزة الاستقلال الكهربائي مهمة لجميع قاطني الجبال الذين يحتاجون إلى تأمين مقومات العيش في جميع الظروف خصوصاً مع احتمال تفاقم معضلة التقنين أو حصول انقطاع في توافر المحروقات في حال وقوع أزمات تموين أو حالات تعتيم مشابهة لما أصاب البلد أثناء عدوان تموز 2006.

متطلبات أساسية
يحتاج إدخال نظام للطاقة البديلة إلى عملية تقييم ودرس أولية تستهدف تعيين كمية الطاقة التي يحتاجها المنزل ثم اختيار المكونات المثلى التي تسمح لهذا النظام بتوفير الطاقة المتوقعة منه في جميع الظروف المناخية.
والخطوة الأولى في نطاق عملية التقييم يجب أن تكون زيارة الموقع لتفحص مسارب الهواء في المكان ولمعرفة ما إذا كانت هناك أي تكوينات طبيعية أو غابات أو أبنية قريبة تعيق حركة الرياح. ومن ثم يجب القيام بتحديد المكان الأنسب لتركيب الطاقة الشمسية وهي الجهة الجنوبية حيث لا توجد أي أشياء تظلل المكان أو تعيق وصول أشعة الشمس باستمرار إلى الألواح الفوتوفولطية. بعد ذلك نقوم بتحديد الحاجة الكهربائية للمستهلك ثم تحديد اللوازم الكهربائية منخفضة المصروف التي تسمح بعمل النظام براحة تامة ودون تعرضه لضغوط السحب التي قد لا يتحملها. ومن الأمثلة على اللوازم الموفرة للطاقة أنظمة الإضاءة العاملة بنظام LED أو نظام DLP (وهو الأحدث والأكثر توفيراً) أو البراد المصمم خصيصاً لتوفير الطاقة بحيث لا يتعدى مصروفه الـ 0.6 أمبير في الساعة، ومن الأمثلة أيضا التلفاز العامل بشاشة LED و LCD الذي لا يتعدى مصروفه 75 واط في الساعة في مقابل التلفاز التقليدي الذي يصرف 300 واط على الأقل في الساعة أي أربعة أضعاف مصروف التلفاز الموفر للطاقة. ولكي نعرف كمية الطاقة المطلوبة لتأمين حاجات المنزل من الكهرباء يجب تحديد نوع الأجهزة اللازمة وعددها ومصروفها ومدة استعمالها خلال النهار أو الليل وهي كالتالي:
1. لمبات توفير عدد 10 تصرف 300 واط في الساعة، في حال استعملت لمدة 7 ساعات في اليوم فإن مصروفها الإجمالي يكون 2100 واط في اليوم.
2. براد Economy يصرف 130 واط في الساعة، وفي حال تمّ تشغيله لمدة 15 ساعة في اليوم يصرف 1950 واط .
3. تلفاز بشاشة LED يصرف 75 واط وجهاز استقبال Receiver يصرف 15 واط في الساعة، لمدة 7 ساعات يومياً مما يجعل المصروف الإجمالي للتلفاز 630 واط.
4. مكواة Economy تصرف 200 واط بالساعة لمدة 3 ساعات أسبوعيا أو نحو 600 واط في الأسبوع ونحو 85 واط في اليوم.
5. جهاز كمبيوتر محمول يصرف 20 واط، يشحن لمدة 6 ساعات في اليوم، يصرف 120 واط.
6. نشاف شعر، مثقاب Drill، ومروحة، مصروفات متفرقة مختلفة = 750 واط في اليوم.
طبعاً هناك المزيد من الأجهزة الكهربائية ما زالت ناقصة كالتبريد(المكيّف) في فصل الصيف والتدفئة في فصل الشتاء. ولكن في هذه الحالة تتم التدفئة عبر الحطب أو عبر تركيب توربين هوائي يعمل في فصل الشتاء كثيراً لكثرة وجود عواصف تجعل من التوربينات تدور بسرعة لتنتج كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية، أما التبريد فيتم عبر المراوح المجهزة برذاذ المياه ذات المصروف القليل.
كما ترون في هذه الدراسة فإن إجمالي المصروف اليومي لهذا المنزل بلغ حوالي 5635 واط ، طبعاً هناك بعض اللوازم الكهربائية التي لا تستعمل يومياً كالغسالة مثلاً ولكن يمكن شراء غسالة صغيرة بطاقة 300 واط لا تصرف المياه والكهرباء كالغسالات الأوتوماتيكية.
من أجل تأمين هذه الحاجة تمّ تركيب أربعة ألواح فوتوفولطية بقوة 230 واط لكل منها، وهذه الألواح يمكنها شحن أربع بطاريات بقوة 250 أمبير للواحدة، وسيتم لاحقاً الاستعانة بتوربين هوائي بقوة 1500 واط يستخدم في فصل الشتاء أو عند هبوب الرياح وتراجع ضوء الشمس بسبب الغيوم الكثيفة والأمطار والضباب، وهذا مع العلم أن المنزل موضوع البحث يقع في ممر هوائي على قمة جبل مواجهة للبحر وهو على علو يزيد على 1000 متر عن سطح البحر.
إن أربع بطاريات موصلة مع بعضها البعض قادرة على تخزين ما يعادل 12000 واط أي أن هذه البطاريات قد تكفي حاجة هذا المنزل لمدة يومين أو على الأقل في حال تمّ فصلها عن الطاقتين الشمسية والهوائية، وهذا الاحتياط يساعد في المحافظة على قوة التيار الكهربائي في حال ضعفت التوربينات الهوائية أو انخفضت الطاقة الشمسية في فصل الشتاء، كما أنه يساعد في إراحة البطاريات باستخدام نصف كمية الأمبير المطلوبة وهذا يساعد في زيادة عمرها الافتراضي.
أما مجمل الإنتاج الكهربائي فسيتم عن طريق الطاقتين الهوائية والشمسية بشكل دائم ومستمر، فما أن تطلع الشمس حتى تبدأ عملية إنتاج الكهرباء من الخلايا الشمسية وتنضم إليها الطاقة الهوائية والتي بدورها قد تستمر في إنتاج الكهرباء في الليل كما في النهار.
هذا النظام يستعمل في المنازل البعيدة عن الشبكة الكهربائية وكلفته حوالي 12000 دولار أميركي . أما البيوت المتصلة بالشبكة العامة فتكون أقل تكلفة لسبب بسيط هو أن شحن البطاريات يتم عبر توصيلها بكهرباء لبنان. ولكن لسوء الحظ هناك انقطاع كثير بالتيار لأسباب التقنين ولأعطال فنية كثيرة وخصوصا في فصل الشتاء. لذا يضطر المواطن إلى أن يشتري مولدا خاصا له يستعمله عند الحاجة أو يشترك مع آخرين في مولد عام قريب في المسافة من المنزل، وكل هذا يؤدي إلى زيادة المصروف الشهري من شراء محروقات للمولد الخاص أو دفع الاشتراك الشهري لصاحب المولد العام، علما أن أسعار المحروقات كلها في ارتفاع مستمر. على العكس من ذلك فإن تركيب نظام يعمل بالطاقة الشمسية وحدها أو بطاقتي الشمس والرياح يتم بتكلفة تنخفض سنة بعد سنة بسبب تقدم التقنيات وزيادة فعالية الخلايا الشمسية، كما أنه وبعد تركيبه لا يكلف أي مصاريف جارية إطلاقاً.
لذلك وبدلاً من شراء مولد خاص وتحمّل تكلفة المازوت والصيانة واستهلاك المولد في سنوات قليلة وبدلاً من الاشتراك في مولد عام وتكبّد تكلفة الاشتراك كل شهر فإن الحل الأفضل يكون بتجهيز منزلنا بنظام للطاقة البديلة يريحنا من العناء ويريح سماءنا من الأدخنة السوداء الملوثة.

تراجع تكلفة الطاقة البديلة وتطور جيل المصابيح والأدوات المنزلية الموفرة للطاقة يجعلان من الطاقة البديلة حلا أفضل من الاشتراك أو اقتناء المولدات الخاصة

الخطوات المطلوبة لتشغيل نظام الطاقة البديلة
1. يجب استبدال ادواتنا الكهربائية ذات المصروف العالي بأدوات منخفضة المصروف. فعلى سبيل المثال بدلاً من استعمال التلفاز التقليدي الذي يصرف 400 واط نستبدله بشاشة بنفس المقاس تعمل بنظام LED تصرف 75 واط وهكذا دواليك….
2. نستبدل السخان الكهربائي بنظام تسخين المياه على الطاقة الشمسية .
3. بعد كل هذه التجهيزات يصبح تيار بطاقة 5 إلى 10 أمبير كافياً لتزويد منزلنا بالطاقة الكهربائية .
4. نقوم أخيراً باستبدال المولد والاشتراك بجهاز UPS أو APS اللذين يعملان فوراً عند انقطاع التيار. وهذا الجهاز يتم توصيله على الشبكة ويمكن شحن البطاريات عبر شركة كهرباء لبنان أو عبر ألواح فوتوفولطية أو توربين هوائي، وهذا إذا كان صاحب المنزل قادراً على توفير هذا الاستثمار. نشير إلى أن تكلفة تركيب جهاز UPS أوAPS بقدرة 10 أمبير وبنظام sine wave وكذلك تكلفة البطاريات اللازمة له وربطه بشبكة المنزل لا يتعدى الـ 1500 دولار أميركي، وهذا المبلغ يعادل تكلفة الاشتراك في مولد لمدة سنة.
على سبيل الاستنتاج نقول بأن الجدوى الاقتصادية في تركيب أجهزة كهربائية مؤكدة ضمن شرط معينة، كما أن ربط شبكة المنزل بالأجهزة المذكورة قد يوفر على أصحاب المنازل حوالي 70 % من فاتورة الكهرباء الإجمالية، وهذا بالإضافة إلى حماية البيئة في المدينة والقرية لما تؤديه تلك الأجهزة من فائدة في توفير الطاقة النظيفة والصامتة ومكافحة التلوث والضجيج خصوصاً التلوث والضجيج اللذين يلازمان عمل القسم الأكبر من الموتورات.

أبرز ميزات أنظمة الطاقة البديلة العاملة على الطاقة الشمسية وطاقة الرياح

تكلفة نظام الطاقة البديلة تدفع مرة واحدة وهي عبارة عن تكلفة الألواح الشمسية أو المروحة الهوائية والبطاريات وأجهزة التحكم وجهاز التغذية UPS والكابلات الكهربائية.
لا يتطلب تشغيل النظام أي مصاريف جارية كما هي الحال مع اشتراك المولد العام أو تكلفة المازوت عند اقتناء المولدات الخاصة
في حال اختيار الأجهزة ذات النوعية الجيدة وإتباع تعليمات التشغيل بدقة فإن النظام لا يحتاج إلى صيانة لسنوات طويلة.
يتمتع نظام الطاقة البديلة بمرونة كبيرة وبإمكان التكيف مع القدرة المالية للمستهلك، إذ يمكن تركيب نظام بتكلفة لا تزيد على 3000 دولار لتأمين الإضاءة الدائمة لبيت واسع بالإضافة الى التلفزيون والكمبيوترات المحمولة.
يمكن زيادة الطاقة المولدة من نظام الطاقة البديلة في أي وقت عبر زيادة الألواح الشمسية أو إضافة توربين هوائي أو مضاعفة عدد البطاريات.
من الضروري تكملة نظام الطاقة البديلة بتركيب سخان للماء على الطاقة الشمسية لأن ذلك يوفّر قدراً كبيراً من الطاقة الكهربائية التي تذهب لتسخين قارورة المياه الساخنة، ويذكر أن تكلفة جهاز تسخين المياه على الطاقة الشمسية تتراوح بين 600 و1000 دولار.
أهم شيء في هذا النظام أن المستهلك سيتمتع بطاقة كهربائية نظيفة ومن دون ضجيج المحرك أو رائحة المازوت 24 ساعة على 24 ساعة وطيلة أيام السنة صيفا وشتاءً.