كيف تعمل الألواح الشمسية على تشغيل المضخات الحرارية وكم ستحتاج منها

مقدمة

لماذا تعمل ألواح الطاقة الشمسية والمضخات الحرارية معًا

أصبحت الألواح الشمسية والمضخات الحرارية شراكة مثالية لأصحاب المنازل في المملكة المتحدة الذين يتطلعون إلى خفض فواتير الطاقة. بينما تولد الألواح الشمسية كهرباء نظيفة من ضوء الشمس، تستخدم المضخات الحرارية تلك الكهرباء لتدفئة منزلك بكفاءة. هذا المزيج يمكن أن يقلل بشكل كبير من اعتمادك على شبكة الكهرباء المكلفة.

علاوة على ذلك، يوفر هذا الإعداد فوائد بيئية كبيرة. تنتج غلايات الغاز التقليدية حوالي 190 جراماً من ثاني أكسيد الكربون لكل كيلوواط ساعة، في حين أن المضخات الحرارية التي تعمل بالطاقة الشمسية يمكن أن تقلل الانبعاثات إلى ما يقرب من الصفر. ونتيجة لذلك، يتحول العديد من مالكي المنازل إلى هذا الحل المستدام للتدفئة.

الشعبية المتزايدة للتدفئة المنزلية المتجددة

في الوقت الحالي، تم تركيب ألواح شمسية في أكثر من 1.5 مليون منزل في المملكة المتحدة، وتتزايد تركيبات المضخات الحرارية بسرعة. وقد أدى توجه الحكومة نحو تحقيق صافي انبعاثات معدومة بحلول عام 2050 إلى جعل هذه التقنيات أكثر جاذبية من أي وقت مضى. بالإضافة إلى ذلك، أدى ارتفاع تكاليف الطاقة إلى جعل أنظمة التدفئة المتجددة خياراً مالياً ذكياً للعديد من العائلات.

وعلاوة على ذلك، فإن الحوافز الحكومية مثل ضمان التصدير الذكي وضريبة القيمة المضافة 0% على التركيبات تجعل هذا المزيج أكثر جاذبية. وبالتالي، يمكن لمالكي المنازل توقع فترات استرداد التكاليف من 7 إلى 10 سنوات فقط مع الاستمتاع بعقود من فواتير الطاقة المخفضة.

كيف تعمل الألواح الشمسية على تشغيل المضخات الحرارية

العلم وراء توليد الطاقة الشمسية

تعمل الألواح الشمسية عن طريق تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء من خلال الخلايا الكهروضوئية. تلتقط هذه الخلايا الفوتونات من ضوء الشمس وتحولها إلى كهرباء تيار مباشر (DC). بعد ذلك، يقوم العاكس بتحويل كهرباء التيار المستمر إلى تيار متناوب (AC)، والذي يقوم بتشغيل أجهزتك المنزلية، بما في ذلك المضخة الحرارية.

والأهم من ذلك أن الألواح الشمسية الحالية أكثر كفاءة بكثير من الموديلات القديمة. يمكن للوح نموذجي بقدرة 400 واط أن يولد حوالي 1.6 كيلو واط ساعة من الكهرباء يومياً في المملكة المتحدة، بافتراض 4 ساعات ذروة سطوع الشمس. هذه الكفاءة تجعلها مناسبة تماماً لتشغيل المضخات الحرارية الحديثة.

كيف تستخدم المضخات الحرارية الطاقة الشمسية

المضخات الحرارية هي أنظمة تدفئة فعالة للغاية يمكنها إنتاج طاقة حرارية تزيد بمقدار 3-4 مرات عن الكهرباء التي تستهلكها. وعند تشغيلها بالألواح الشمسية، تصبح أكثر فعالية من حيث التكلفة. خلال الفترات المشمسة، يمكن للألواح الشمسية تشغيل المضخة الحرارية مباشرةً، مما يقلل من استهلاكك للكهرباء من الشبكة إلى الصفر.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن تخزين الطاقة الشمسية الزائدة في بطاريات لاستخدامها لاحقاً أو تصديرها مرة أخرى إلى الشبكة من خلال مخطط ضمان التصدير الذكي. تضمن هذه المرونة إمكانية تشغيل مضختك الحرارية بكفاءة حتى خلال الأيام الغائمة أو في الليل، باستخدام الطاقة الشمسية المخزنة أو كسب المال من خلال تصدير الطاقة.

كم عدد الألواح الشمسية التي أحتاجها لمضخة حرارية

طريقة الحساب الأساسية

لتحديد عدد ألواح الطاقة الشمسية التي تحتاجها لمضختك الحرارية، ستحتاج إلى حساب استهلاكك لطاقة التدفئة أولاً. يستخدم المنزل البريطاني العادي حوالي 5000 كيلوواط/ساعة سنوياً للتدفئة. وهذا يُترجم إلى ما يقرب من 13.7 كيلو واط ساعة يومياً على مدار العام.

بعد ذلك، ضع في اعتبارك إنتاج الألواح الشمسية. ينتج اللوح الشمسي القياسي بقدرة 400 واط حوالي 1.6 كيلو واط ساعة يومياً في مناخ المملكة المتحدة. لذلك، ستحتاج إلى ما يقرب من 9-10 ألواح لتلبية احتياجات مضختك الحرارية من الطاقة. ومع ذلك، من الحكمة تركيب 10-12 لوحاً لمراعاة التغيرات الموسمية وضمان توليد طاقة كافية خلال أشهر الشتاء.

العوامل التي تؤثر على متطلبات اللوحة

هناك عدة عوامل مهمة يمكن أن تغير عدد الألواح الشمسية التي تحتاجها لمضختك الحرارية. يلعب موقع منزلك دورًا حاسمًا - حيث يتلقى جنوب إنجلترا أشعة الشمس أكثر من اسكتلندا، مما قد يتطلب عددًا أقل من الألواح. وبالمثل، فإن جودة العزل في منزلك تؤثر بشكل كبير على متطلبات التدفئة، وبالتالي على عدد الألواح اللازمة.

علاوة على ذلك، يؤثر تصنيف كفاءة المضخة الحرارية على استهلاك الكهرباء. فالمضخات الحرارية الحديثة ذات تصنيفات معامل الأداء الأعلى (COP) تستخدم كمية أقل من الكهرباء لإنتاج نفس الكمية من الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، ستؤثر عادات التدفئة لدى عائلتك وإعدادات منظم الحرارة على احتياجاتك الإجمالية من الطاقة ومتطلبات اللوحة.

توزيع التكاليف والوفورات

تكاليف التركيب

عادةً ما يتكلف تركيب نظام ألواح شمسية بقدرة 4 كيلوواط ما بين $5,000-$7,000، حيث يدفع معظم أصحاب المنازل حوالي $6,000. وفي الوقت نفسه، تتراوح تكلفة المضخات الحرارية لمصدر الهواء من 1TP4,000 إلى 1TP4,000 إلى 1TP4,000، حسب الحجم والتعقيد. ولذلك، عادةً ما يكلف تركيب الألواح الشمسية والمضخات الحرارية الكاملة $12,000-$20,000 للمنزل العادي.

ومع ذلك، يمكن للحوافز الحكومية أن تقلل هذه التكاليف بشكل كبير. يمكن أن يوفر لك مخطط ضريبة القيمة المضافة 0% على تركيبات الطاقة المتجددة $1-$3,000. بالإضافة إلى ذلك، فإن بعض أصحاب المنازل مؤهلون للحصول على منح من خلال برنامج Warm Homes: مخطط المنح المحلية، الذي يوفر التمويل لتحسين كفاءة الطاقة من 2025-2028.

الوفورات السنوية وفترة الاسترداد

الفوائد المالية للجمع بين الألواح الشمسية والمضخات الحرارية كبيرة. يمكن لألواح الطاقة الشمسية وحدها توفير $400-$600 سنويًا من فواتير الكهرباء. وعند دمجها مع مضخة حرارية فعّالة، يتراوح إجمالي التوفير السنوي من $250-1T4T2100، وذلك حسب استخدامك للطاقة وظروف ضوء الشمس المحلية.

وعلاوة على ذلك، يتيح لك ضمان التصدير الذكي كسب المال عن طريق بيع فائض الطاقة الشمسية إلى الشبكة. تتراوح الأسعار الحالية بين 4-15 بنس لكل كيلوواط ساعة، مع تقديم بعض الموردين ما يصل إلى 15 بنس لكل كيلوواط ساعة. وبالتالي، يحقق معظم مالكي المنازل فترة استرداد كاملة تتراوح من 7 إلى 10 سنوات، وبعد ذلك يستمتعون بعقود من انخفاض تكاليف الطاقة.

أمثلة من العالم الحقيقي

دراسة حالة 1: منزل من ثلاث غرف نوم في جنوب إنجلترا

ركّبت عائلة جونسون من برايتون نظاماً شمسياً بقدرة 4 كيلوواط مع 10 ألواح إلى جانب مضخة حرارية مصدرها الهواء في أوائل عام 2024. بلغ إجمالي استثمارهم 1TP4,500T 16,500 تيرابايت، بما في ذلك تكاليف التركيب. قبل الترقية، بلغ متوسط فواتير التدفئة السنوية 1TP4,200TP4T باستخدام غلاية غاز قديمة.

بعد التركيب، انخفضت فواتير الطاقة بشكل كبير. تولد ألواح الطاقة الشمسية حوالي 4,200 كيلو وات في الساعة سنوياً، بينما تستهلك المضخة الحرارية حوالي 4,800 كيلو وات في الساعة. وبالتالي، فإنهما يوفران الآن 1TP4,500T $ سنويًا من تكاليف الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، فإنهم يكسبون 1 تيرابايت 480 1 تيرابايت سنوياً من خلال ضمان التصدير الذكي، وبذلك يصل إجمالي الفوائد السنوية إلى 1 تيرابايت 480 1 تيرابايت 1.

دراسة حالة 2: رحلة استقلال الأسرة الويلزية في مجال الطاقة

اختارت عائلة ديفيز من كارديف نظاماً أصغر قليلاً بقدرة 3.5 كيلوواط مع 9 ألواح لمنزلهم المكون من غرفتي نوم. وبلغت تكلفة تركيبها $14,000، بما في ذلك نظام تخزين بطارية بقدرة 5 كيلو وات في الساعة. كان هذا الإعداد مثاليًا لاحتياجاتهم المتواضعة من الطاقة وظروف الطقس المتغيرة في ويلز.

علاوة على ذلك، أثبت تخزين البطاريات أنه لا يقدر بثمن خلال أشهر الشتاء. فهم يخزنون الطاقة الشمسية الفائضة في الصيف ويستخدمونها خلال الفترات المظلمة، مما يحقق لهم استقلالية في الطاقة بمقدار 801 تيرابايت 3 تيرابايت. يبلغ إجمالي مدخراتهم السنوية $1,200 تيرابايت، مع فترة استرداد متوقعة تبلغ 8 سنوات فقط. وقد أعربت الأسرة عن شعورها بالفخر لانخفاض بصمتها الكربونية وأمن الطاقة.

قصة نجاح المنزل الكبير

تطلب منزل عائلة طومسون المكون من خمس غرف نوم في مانشستر نظاماً أكبر بقدرة 6 كيلوواط مع 15 لوحاً. وقد بدا استثمارهم البالغ 1TP4,000 تيرابايت و22,000 تيرابايت كبيراً في البداية، ولكن النتائج كانت مبهرة. فقد كان منزلهم الكبير يستهلك في السابق 1TP4,500 تيرابايت سنوياً في تكاليف التدفئة باستخدام غلاية زيت قديمة.

والآن، يولد نظامهم الشامل 5,800 كيلوواط/ساعة سنوياً بينما تستخدم مضختهم الحرارية الفعالة 6,200 كيلوواط/ساعة. يتم تغطية العجز الطفيف بسهولة عن طريق تخزين البطاريات الخاصة بهم وكهرباء الشبكة من حين لآخر. وعلاوة على ذلك، فإنهم يوفرون 1TP4,400T2T سنويًا ويكسبون $320 إضافية من خلال تصدير الطاقة، مما يجعل إجمالي استفادتهم السنوية $2,720.

قسم الأسئلة الشائعة السريعة

الأسئلة الأكثر شيوعًا حول الألواح الشمسية والمضخات الحرارية

س: هل أحتاج إلى نظام تخزين بطارية مع ألواح شمسية لمضخة حرارية؟
على الرغم من أن تخزين البطارية ليس إلزامياً، إلا أنه يعزز فعالية نظامك بشكل كبير. تكلف بطارية بقدرة 5kWh $2,000-$3,000 ولكنها يمكن أن تضيف $150-$200 في التوفير السنوي. وعلاوة على ذلك، توفر البطاريات أمان الطاقة أثناء انقطاع التيار الكهربائي وتزيد من استثمارك في الطاقة الشمسية من خلال تخزين الطاقة النهارية الزائدة للاستخدام في المساء.

س: ما هي متطلبات صيانة الألواح الشمسية والمضخات الحرارية؟
يتطلب كلا النظامين الحد الأدنى من الصيانة، مما يجعلهما مثاليين لأصحاب المنازل المشغولين. تحتاج الألواح الشمسية إلى التنظيف العرضي والفحص السنوي لضمان الأداء الأمثل. وبالمثل، تتطلب المضخات الحرارية صيانة سنوية للحفاظ على الكفاءة. بالإضافة إلى ذلك، يقلل العزل المنزلي المناسب من متطلبات التدفئة ويطيل عمر المعدات.

سؤال: كيف يؤثر هذا المزيج على بصمتي الكربونية؟
التأثير البيئي ملحوظ. تنبعث من غلايات الغاز التقليدية ما يقرب من 190 جم من ثاني أكسيد الكربون لكل كيلوواط ساعة، بينما تنتج المضخات الحرارية التي تعمل بالشبكة ما بين 20 و50 جم من ثاني أكسيد الكربون لكل كيلوواط ساعة. ومع ذلك، يمكن أن تقلل المضخات الحرارية التي تعمل بالطاقة الشمسية من الانبعاثات إلى ما يقرب من الصفر، مما قد يقلل من انبعاثات الكربون في منزلك بما يصل إلى 701 تيراغرام من ثاني أكسيد الكربون مقارنة بأنظمة التدفئة التقليدية.

س: هل هناك حوافز حكومية لتركيب الألواح الشمسية والمضخات الحرارية؟
نعم، تتوفر العديد من الحوافز الجذابة في عام 2025. يدفع ضمان التصدير الذكي 4-15 بنس لكل كيلوواط ساعة للكهرباء الشمسية المصدرة. بالإضافة إلى ذلك، توفر منحة المنازل الدافئة: توفر المنحة المحلية التمويل لتحديثات الطاقة في الفترة من 2025-2028. وعلاوة على ذلك، يقلل مخطط ضريبة القيمة المضافة 0% من تكاليف التركيب بمقدار $1-1000-$3000، مما يجعل التدفئة المتجددة في متناول الجميع.

س: ما هو حجم نظام الألواح الشمسية الذي أحتاجه لمضخة الحرارة الخاصة بي؟
يكفي عادةً نظام 4 كيلوواط مع 10-12 لوحاً (كل منها 400 واط) للمنازل المتوسطة. ومع ذلك، تختلف المتطلبات بناءً على حجم المنزل وموقعه وجودة العزل. قد تحتاج المنازل الشمالية إلى ألواح إضافية بسبب انخفاض ساعات ضوء الشمس، بينما تتطلب المنازل المعزولة جيداً عدداً أقل من الألواح بسبب انخفاض متطلبات التدفئة.

س: ما المبلغ الذي يمكنني توفيره من خلال الجمع بين الألواح الشمسية والمضخات الحرارية؟
تتراوح الوفورات السنوية من 1 تيرابايت و1,250 تيرابايت إلى 1 تيرابايت و2,100 تيرابايت، حسب استخدامك للطاقة وموقعك وحجم النظام. تشمل هذه الوفورات انخفاض فواتير الكهرباء والأرباح من ضمان التصدير الذكي. علاوة على ذلك، مع استمرار ارتفاع أسعار الطاقة، من المرجح أن تزداد مدخراتك بمرور الوقت، مما يحسن عائد استثمارك.

الخاتمة

اتخاذ القرار المناسب لمنزلك

يوفر الجمع بين الألواح الشمسية والمضخات الحرارية فرصة ممتازة لتقليل فواتير الطاقة مع المساهمة في الاستدامة البيئية. بالنسبة لمعظم المنازل في المملكة المتحدة، توفر 10-12 لوحًا شمسيًا طاقة كافية لنظام مضخة حرارية فعال. قد يبدو الاستثمار المبدئي الذي يتراوح بين 1TP412,000 و$20,000 دولار أمريكي كبيراً، ولكن التوفير السنوي الذي يتراوح بين 1TP4,250 و1T4,100 دولار أمريكي يجعل هذا القرار المالي الذكي على المدى الطويل.

وعلاوة على ذلك، فإن الحوافز الحكومية وانخفاض تكاليف التكنولوجيا تجعل من عام 2025 وقتاً مثالياً لإجراء هذا التحول. فمع فترات استرداد التكاليف التي تتراوح بين 7 و10 سنوات فقط وأنظمة تدوم لأكثر من 25 عاماً، يمكن لأصحاب المنازل أن يتوقعوا عقوداً من انخفاض تكاليف الطاقة وزيادة قيمة العقارات.