منزل يعمل بالطاقة الشمسية: هل يؤتي ثماره؟
ما هي الطاقة الشمسية للمنزل؟
يتلقى أصحاب المنازل الذين يقومون بتركيب أنظمة الطاقة الكهروضوئية العديد من الفوائد: فواتير كهربائية أقل ، وانبعاثات كربونية أقل ، وربما قيم منازل أعلى. لكن هذه الفوائد تأتي عادةً مع تكاليف تركيب وصيانة كبيرة ، ويمكن أن يختلف حجم المكاسب بشكل كبير من منزل إلى آخر. ستساعد هذه المقالة أصحاب المنازل في إجراء الحسابات المالية المطلوبة لتحديد جدوى الطاقة الشمسية في منازلهم.
الماخذ الرئيسية
قد يرغب أولئك الذين يسعون إلى التحول إلى اللون الأخضر في التفكير في تجهيز منازلهم بألواح شمسية.
الطاقة الشمسية ليست جيدة فقط للبيئة ، ولكن يمكنك كسب المال من خلال إعادة بيع الطاقة الزائدة إلى الشبكة.
في حين أن التكاليف قد انخفضت على مدى السنوات الماضية ، فإن تركيب وصيانة الألواح الشمسية يمكن أن يكون مكلفًا للغاية.
الألواح الشمسية هي الأنسب للمنازل التي تتعرض لأشعة الشمس بكثرة على مدار العام.
قبل الالتزام بالطاقة الشمسية ، تأكد من فهم العوامل الاجتماعية والاقتصادية.
فهم الطاقة الشمسية
كانت تقنية الطاقة الشمسية الكهروضوئية موجودة منذ الخمسينيات من القرن الماضي ، ولكن بفضل انخفاض أسعار الوحدات الشمسية ، تم اعتبارها فقط تقنية مجدية مالياً للاستخدام على نطاق واسع منذ مطلع الألفية.
يُقتبس حجم الألواح الشمسية من حيث إمكانات الخرج الكهربائي النظري بالواط. ومع ذلك ، فإن المخرجات النموذجية المحققة للأنظمة الكهروضوئية المثبتة - والمعروفة باسم "عامل السعة" - تتراوح بين 15٪ و 30٪ من المخرجات النظرية. 2 نظام منزلي بقدرة 3 كيلو واط / ساعة يعمل بعامل قدرة 15٪ ينتج 3 كيلو واط / ساعة × 15٪ × 24 ساعة / يوم × 365 يومًا / سنة = 3942 كيلوواط ساعة / سنة ، أو ما يقرب من ثلث الكهرباء النموذجية استهلاك الأسرة الأمريكية.
لكن هذا الحساب قد يكون مضللاً لأنه لا يوجد سبب وجيه للحديث عن النتائج "النموذجية" ؛ في الواقع ، قد تكون الطاقة الشمسية منطقية لأسرة واحدة ، ولكن ليس للمنزل المجاور. يمكن أن يعزى هذا التناقض إلى الاعتبارات المالية والعملية التي تم أخذها في الاعتبار عند تحديد الجدوى.
قبل الحصول على الألواح الشمسية ، احصل على عروض أسعار من العديد من المثبتين ذوي السمعة الطيبة للمقارنة.
الطاقة الشمسية للمنزل: التكاليف
الطاقة الشمسية كثيفة رأس المال ، والتكلفة الرئيسية لامتلاك النظام تأتي مقدمًا عند شراء المعدات. من شبه المؤكد أن تمثل الوحدة الشمسية أكبر عنصر منفرد من النفقات الإجمالية.
تشمل المعدات الأخرى اللازمة للتركيب العاكس (لتحويل التيار المباشر الذي تنتجه اللوحة إلى التيار المتردد الذي تستخدمه الأجهزة المنزلية) ، ومعدات القياس (إذا كان من الضروري معرفة مقدار الطاقة التي يتم إنتاجها) ، ومكونات الإسكان المختلفة جنبًا إلى جنب مع الكابلات والأسلاك.
يفكر بعض مالكي المنازل أيضًا في تخزين البطارية. تاريخياً ، كانت البطاريات باهظة الثمن وغير ضرورية إذا كانت المرافق تدفع مقابل الكهرباء الزائدة التي يتم تغذيتها في الشبكة (انظر أدناه). يجب أيضًا مراعاة تكلفة عمالة التركيب.
بالإضافة إلى تكاليف التركيب ، هناك بعض التكاليف الإضافية المرتبطة بتشغيل وصيانة مجموعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية. بصرف النظر عن تنظيف الألواح بانتظام ، تحتاج المحولات والبطاريات (إذا تم تركيبها) بشكل عام إلى الاستبدال بعد عدة سنوات من الاستخدام.
في حين أن التكاليف المذكورة أعلاه بسيطة نسبيًا - غالبًا ما يمكن لشركة تركيب الطاقة الشمسية تحديد سعر لها لمالك المنزل - فإن تحديد الإعانات المتاحة من الحكومة و / أو مرفقك المحلي يمكن أن يكون أكثر صعوبة. تتغير الحوافز الحكومية كثيرًا ، ولكن تاريخيًا ، سمحت حكومة الولايات المتحدة بخصم ضريبي يصل إلى 30٪ من تكلفة النظام.
يمكن العثور على مزيد من التفاصيل حول برامج الحوافز في الولايات المتحدة ، بما في ذلك البرامج داخل كل ولاية ، على موقع قاعدة بيانات حوافز الدولة لمصادر الطاقة المتجددة والكفاءة (DSIRE). في البلدان الأخرى ، غالبًا ما تكون هذه المعلومات متاحة على مواقع الويب الحكومية أو مواقع الدعوة الخاصة بالطاقة الشمسية. يجب على مالكي المنازل أيضًا التحقق من شركة المرافق المحلية لمعرفة ما إذا كانت تقدم حوافز مالية لتركيب الطاقة الشمسية ، ولتحديد سياستها فيما يتعلق بالربط البيني للشبكة ولبيع الطاقة الزائدة في الشبكة.
97.7 جيجاوات
قامت الولايات المتحدة بتركيب 19.2 جيجاوات من الطاقة الشمسية الكهروضوئية في عام 2020 لتصل إلى 97.7 جيجاوات من إجمالي السعة المركبة ، وهو ما يكفي لتشغيل 17.7 مليون منزل أمريكي. 4
الطاقة الشمسية للمنزل: الفوائد
من المزايا المهمة لتركيب الخلايا الشمسية انخفاض فاتورة الطاقة ، لكن حجم هذه الميزة يعتمد على كمية الطاقة الشمسية التي يمكن إنتاجها في ضوء الظروف المتاحة والطريقة التي تفرض بها المرافق رسومًا على الكهرباء.
الاعتبار الأول هو مستويات الإشعاع الشمسي المتاحة في الموقع الجغرافي للمنزل. عندما يتعلق الأمر باستخدام الألواح الشمسية ، يكون الاقتراب من خط الاستواء أفضل بشكل عام ، ولكن يجب مراعاة العوامل الأخرى. ينتج المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) خرائط للولايات المتحدة توضح مستويات الإشعاع الشمسي ؛ توفر الأدوات الموجودة على موقعها الإلكتروني معلومات تفصيلية عن الطاقة الشمسية لمواقع محددة داخل الولايات المتحدة
تتوفر خرائط وبيانات مماثلة في بلدان أخرى أيضًا ، غالبًا من الوكالات البيئية الحكومية أو منظمات الطاقة المتجددة. نفس القدر من الأهمية هو توجه المنزل. بالنسبة لمصفوفات الأسطح ، فإن السقف المواجه للجنوب بدون أشجار أو أشياء أخرى تعيق ضوء الشمس يزيد من الطاقة الشمسية المتاحة. إذا لم يكن ذلك متاحًا ، فيمكن تركيب الألواح على دعامات خارجية وتركيبها بعيدًا عن المنزل ، مما يؤدي إلى تكبد تكاليف إضافية للأجهزة والكابلات الإضافية.
الاعتبار الثاني هو توقيت إنتاج الطاقة الشمسية ، وكيف تتقاضى المرافق تكلفة الكهرباء. يحدث توليد الطاقة الشمسية بشكل أساسي خلال فترة ما بعد الظهر ويكون أعلى خلال فصل الصيف ، وبالتالي يتوافق بشكل جيد نسبيًا مع إجمالي الطلب على الكهرباء في المناخات الدافئة لأنه في هذه الأوقات تستهلك مكيفات الهواء معظم الطاقة. وبالتالي ، تعد الطاقة الشمسية ذات قيمة لأن الطرق البديلة لإنتاج الطاقة (غالبًا محطات توليد الطاقة بالغاز الطبيعي) المستخدمة لتلبية ذروة الطلب على الطاقة تميل إلى أن تكون باهظة الثمن.
لكن المرافق غالبًا ما تفرض على المستهلكين المقيمين سعرًا ثابتًا للكهرباء ، بغض النظر عن وقت الاستهلاك. هذا يعني أنه بدلاً من تعويض التكلفة الباهظة لإنتاج الكهرباء في وقت الذروة ، فإن أنظمة الطاقة الشمسية لأصحاب المنازل تعوض فقط السعر الذي يتم تحصيله مقابل الكهرباء ، وهو أقرب بكثير إلى متوسط تكلفة إنتاج الطاقة.
ومع ذلك ، فقد أدخلت العديد من شركات المرافق العامة في الولايات المتحدة مخططات تسعير تسمح لأصحاب المنازل بأن يتم تحصيل رسومهم بمعدلات مختلفة على مدار اليوم في محاولة لتعكس التكلفة الفعلية لإنتاج الكهرباء في أوقات مختلفة ؛ وهذا يعني ارتفاع الأسعار في فترة ما بعد الظهر وانخفاض الأسعار في الليل. قد تكون مجموعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية مفيدة للغاية في المناطق التي يتم فيها استخدام هذا النوع من المعدل المتغير بمرور الوقت لأن الطاقة الشمسية المنتجة ستعوض الكهرباء الأكثر تكلفة.
يعتمد مدى فائدة هذا بالضبط لصاحب منزل معين على التوقيت الدقيق وحجم تغيرات الأسعار في ظل مثل هذه الخطة. وبالمثل ، فإن المرافق في بعض المواقع لديها مخططات تسعير تختلف باختلاف أوقات السنة بسبب تقلبات الطلب الموسمية المنتظمة. أولئك الذين لديهم معدلات أعلى خلال الصيف يجعلون الطاقة الشمسية أكثر قيمة.
بعض المرافق لديها خطط تسعير متدرجة يتغير فيها السعر الهامشي للكهرباء مع ارتفاع الاستهلاك. بموجب هذا النوع من الخطط ، يمكن أن تعتمد الاستفادة من النظام الشمسي على استخدام الكهرباء في المنزل ؛ في مناطق معينة تخضع لمعدلات تزيد بشكل كبير مع زيادة الاستهلاك ، قد تستفيد المنازل الكبيرة (ذات الاحتياجات الكبيرة من الطاقة) أكثر من المصفوفات الشمسية التي تعوض الاستهلاك الهامشي عالي التكلفة.
فائدة أخرى للنظام الشمسي هي أنه يمكن لأصحاب المنازل بيع الكهرباء المولدة من الطاقة الشمسية للمرافق. في الولايات المتحدة ، يتم ذلك من خلال خطط "صافي القياس" ، حيث يستخدم المستهلكون السكنيون الطاقة التي يضعونها في الشبكة (عندما يكون معدل توليد الكهرباء من المصفوفة الشمسية أكبر من معدل استهلاك الكهرباء المنزلية) للتعويض الطاقة المستهلكة في أوقات أخرى ؛ تعكس فاتورة الكهرباء الشهرية صافي استهلاك الطاقة. تختلف لوائح وسياسات قياس صافي القياس عبر المناطق. يمكن لأصحاب المنازل الرجوع إلى قاعدة بيانات DSIRE ويجب عليهم أيضًا الاتصال بالمرافق المحلية الخاصة بهم للعثور على مزيد من المعلومات المحددة.
الفائدة النهائية هي التأثير المحتمل على قيمة المنزل بسبب إضافة مجموعة شمسية. بشكل عام ، من المعقول أن نفترض أن الألواح الشمسية سترفع من قيمة معظم المنازل.
أولاً ، هناك فائدة مالية لا يمكن إنكارها لخفض فواتير الكهرباء نتيجة لمجموعة الطاقة الشمسية. ثانيًا ، يعني الاتجاه نحو العيش "الأخضر" أن هناك طلبًا متزايدًا على المنازل ذات البصمة الكربونية الأقل والتي تعمل بالطاقة من مصادر متجددة. أخيرًا ، شراء منزل مثبت عليه الطاقة الشمسية بالفعل يعني أن الاستثمار يتم تمويله (لمشتري المنزل) من خلال الرهن العقاري . من المحتمل أن تجعل سهولة التمويل هذه الطاقة الشمسية في متناول مشتري المنزل أكثر من شراء منزل بدون طاقة شمسية وبالتالي إضافة مجموعة شمسية.
حساب تكاليف الطاقة الشمسية
بمجرد تحديد التكاليف والفوائد المذكورة أعلاه ، يمكن نظريًا تقييم النظام الشمسي باستخدام طريقة التدفق النقدي المخصوم (DCF). ستتألف التدفقات الخارجة في بداية المشروع من تكاليف التركيب (بعد خصم الإعانات) ، وستصل التدفقات الداخلة لاحقًا في شكل موازنة لتكاليف الكهرباء (سواء بشكل مباشر أو من خلال القياس الصافي).
بدلاً من استخدام التدفقات النقدية المخصومة DCF ، يتم عادةً تقييم جدوى الطاقة الشمسية عن طريق حساب التكلفة المستوية للكهرباء (LCOE) ، ثم مقارنتها بتكلفة الكهرباء التي تتقاضاها المرافق المحلية. عادةً ما يتم حساب LCOE للطاقة الشمسية المنزلية كتكلفة / كيلو واط / ساعة (دولار / كيلوواط ساعة أو ¢ / كيلو واط ساعة) - نفس التنسيق المستخدم بشكل شائع في فواتير الكهرباء. لتقريب LCOE ، يمكن استخدام المعادلة التالية:
LCOE ($ / kWh) = صافي القيمة الحالية (NPV) لتكلفة الملكية مدى الحياة (بالدولار) / مخرجات الطاقة مدى الحياة (kWh)
على العمر الإنتاجي من حدة للطاقة الشمسية PV يفترض عموما أن يكون 25-40 عاما. 6 تتضمن تكلفة الملكية تكاليف الصيانة التي يجب خصمها للعثور على صافي القيمة الحالية . يمكن بعد ذلك مقارنة LCOE بتكلفة الكهرباء من المرافق ؛ تذكر أن السعر المناسب هو السعر الذي يحدث خلال أوقات ذروة إنتاج الطاقة الشمسية الكهروضوئية أو بالقرب منها.
إيجابيات وسلبيات الألواح الشمسية لمنزلك
مثل معظم الأشياء ، فإن الطاقة الشمسية لها فوائدها وعيوبها. في الوقت نفسه ، قد يتم تحمل بعض التكاليف الاقتصادية من خلال الفوائد الاجتماعية للبيئة وتقليل البصمة الكربونية الخاصة بك ، والتي تتجاوز التقييم النقدي الخالص.
الايجابيات
الطاقة الخضراء التي تقلل من انبعاثات الكربون
يسمح لك القياس الصافي بإعادة بيع الطاقة الزائدة المنتجة
قد تكون مؤهلاً للحصول على إعفاءات ضريبية معينة
سلبيات
لا تزال تكاليف التركيب والصيانة مرتفعة
تعمل الطاقة الشمسية فقط عند غروب الشمس
يجب استبدال أجزاء من النظام كل بضع سنوات
قد تكون بعض الإعفاءات الضريبية قد انتهت صلاحيتها أو ستنتهي صلاحيتها
أسئلة مكررة
هل يمكن للمنزل أن يعمل بالطاقة الشمسية وحدها؟
عمليا ، هذا ليس ممكنا في كثير من الأحيان. هذا لأن الطاقة الشمسية لا تعمل إلا عندما تكون الشمس مشرقة - مما يعني أنه عندما يكون الجو غائمًا أو ليلاً ، فإنها لا تولد الكهرباء. هناك بعض حلول البطارية لتوفير الطاقة خلال هذه الأوقات ، لكنها لا تزال باهظة الثمن. لا تزال معظم المنازل ذات الألواح الشمسية تعتمد على الشبكة من وقت لآخر.
هل حقا توفر المال مع الألواح الشمسية؟
اعتمادًا على المكان الذي تعيش فيه ، من الممكن أن يسدد النظام نفسه وأكثر بمرور الوقت. هذا لأنك لن تنفق الكثير من المال على شراء الكهرباء من المرافق الخاصة بك ، وإذا كان صافي القياس في مكانه يمكنك تقليل فواتيرك بشكل أكبر ،
كم تكلفة الألواح الشمسية؟
كانت الأسعار تنخفض بشكل مطرد على مر السنين. ستعتمد التكلفة الإجمالية على عدد كيلووات من الطاقة التي ستولدها المصفوفة الخاصة بك. وفقًا لتقارير المستهلكين ، بعد احتساب ائتمانات ضريبة الطاقة الشمسية ، تتراوح تكلفة نظام الألواح الشمسية في منزل متوسط الحجم في الولايات المتحدة في عام 2021 من 11000 دولار إلى 15000 دولار.
كم من الوقت سيستغرق دفع الألواح الشمسية لأنفسهم؟
اعتمادًا على المكان الذي تعيش فيه وحجم نظامك ، يمكن أن يستغرق الأمر في المتوسط من 10 إلى 20 عامًا حتى نقطة التعادل في تركيب شمسي.
الخط السفلي
قد يبدو تحديد ما إذا كان سيتم تثبيت نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية مهمة شاقة ، ولكن من المهم أن نتذكر أن مثل هذا النظام هو استثمار طويل الأجل. في العديد من المواقع ، تعد الطاقة الشمسية خيارًا جيدًا من منظور مالي.
حتى إذا تبين أن تكلفة الطاقة الشمسية أعلى بشكل هامشي من الكهرباء المشتراة من المرافق ، فقد يرغب أصحاب المنازل في تركيب الطاقة الشمسية لتجنب التقلبات المحتملة في تكاليف الطاقة في المستقبل ، أو قد يرغبون ببساطة في النظر إلى ما وراء دوافعهم المالية الشخصية واستخدامها الطاقة الشمسية للمعيشة "الخضراء" .