حاسبة مساحة الألواح الشمسية

الألواح الشمسية السكنية القياسية 65 × 39 بوصة = 17.6 قدم مربع للوح. ومع الإطارات وتباعد القضبان بين الألواح، خطّط على نحو 20 قدمًا مربعة لكل لوح مركَّب.

و100 قدم مربع من مساحة السطح النافعة تستوعب نحو 5 ألواح = نحو 1,750 واطًا (1.75 كيلوواط). و500 قدم مربع تستوعب نحو 25 لوحًا = نحو 9 كيلوواط. والنظام السكني المعتاد 6 كيلوواط يحتاج نحو 350 قدمًا مربعة من سطح خالٍ متجه جنوبًا.

أكواد الحريق تطلب أمرين مختلفين يسهل الخلط بينهما. الأول ارتداد على طول القمة — 18 بوصة على كل جانب عادة حيث تغطي المصفوفة حصة محدودة من السطح، وتتسع إلى 36 بوصة حيث تغطي أكثر. والثاني ممر وصول خالٍ عرضه 36 بوصة من الإفريز إلى القمة. وبعض الجهات تضيف ارتدادات عند الأودية والنوافذ الجملونية. وإصدارات الكود والتعديلات المحلية تتفاوت، فتأكّد من الأمرين لدى إدارة البناء عندك.

والتظليل من المداخن وفتحات التهوية والمباني المجاورة يقلّص المساحة الفعّالة أكثر. ومستويات السطح المتجهة جنوبًا هي الأعلى إنتاجًا؛ والشرقية والغربية تنتج جيدًا كذلك؛ أما الأسطح المتجهة شمالًا في نصف الكرة الشمالي فغير مجدية عادة.

الألواح الشمسية السكنية القياسية 65 × 39 بوصة، أي 17.6 قدم مربع من اللوح. وهذا الزجاج وحده — ومع تباعد القضبان والارتدادات، خطّط على نحو 20 قدمًا مربعة من السطح لكل لوح مركَّب.

وأغلب التركيبات المنزلية تستعمل من 20 إلى 30 لوحًا، وتحتاج من 350 إلى 525 قدمًا مربعة من مساحة السطح النافعة.

وليست كل مساحة السطح نافعة: فالمنحدرات المتجهة جنوبًا هي الأفضل (وشمالًا في نصف الكرة الجنوبي). والمتجهة شرقًا وغربًا تعمل لكنها تنتج أقل بنسبة 15 إلى 20%. والمتجهة شمالًا تُتجاوز عادة.

والمناطق المظللة لا يمكن استعمالها. فشجرة تظلّل سطحًا ساعتين يوميًا تقتل إنتاجية تلك الألواح.

الارتدادات: 18 بوصة على كل جانب من القمة عادة، وتتسع إلى 36 بوصة حيث تغطي المصفوفة أكثر من السطح، مع ممر وصول عرضه 36 بوصة من الإفريز إلى القمة. ومع تباعد الصفوف والعوائق، تلك هي سماحية الـ25% التي يطبّقها الجدول أدناه.

الألواح السكنية الحديثة تنتج من 350 إلى 450 واطًا للوح. فـ20 لوحًا عند 400 واط = نظام 8 كيلوواط إجمالًا.

والأسرة الأمريكية المتوسطة تستهلك 10,500 كيلوواط ساعة سنويًا = 875 كيلوواط ساعة شهريًا = 29 كيلوواط ساعة يوميًا.

ونظام 8 كيلوواط في مناخ معتدل ينتج نحو 11,000 إلى 13,000 كيلوواط ساعة سنويًا — وهو ما يكفي لتغطية أغلب استهلاك الأسرة.

وبحسب المنطقة: جنوب كاليفورنيا أو أريزونا تنتج من 1,500 إلى 1,700 كيلوواط ساعة لكل كيلوواط سنويًا. والشمال الغربي الهادئ: من 1,000 إلى 1,200. والشمال الشرقي: من 1,100 إلى 1,300. وفلوريدا: من 1,400 إلى 1,500.

مثال محلول: بيت في تكساس مساحته 2,000 قدم مربع وفاتورة كهربائه 200 دولار شهريًا. الاستهلاك السنوي نحو 12,000 كيلوواط ساعة. فيلزمه نظام من 8 إلى 9 كيلوواط. أي من 20 إلى 23 لوحًا عند 400 واط للوح. وذلك من 352 إلى 405 أقدام مربعة من الألواح، فمع سماحية الـ25% تحتاج نحو 440 إلى 510 أقدام مربعة من السطح المتجه جنوبًا.

تحديد حجم النظام الشمسي يسير في الاتجاه المعاكس لأغلب الحسابات في هذا الموقع: فأنت تبدأ عادة من حجم النظام الذي تريده بالكيلوواط وتعود إلى مساحة السطح التي يحتاجها. واللوح السكني المعتاد اليوم نحو 65 في 39 بوصة — أي نحو 17.6 قدم مربع — وينتج نحو 400 واط.

اقسم حجم نظامك المستهدف على قدرة اللوح لتحصل على عدد الألواح، ثم اضربه في 17.6 لتحصل على مساحة الألواح الخام. وهذا الرقم ليس مساحة السطح التي تحتاجها، لأن الألواح لا تُرصّ حافة إلى حافة على السطح كله.

أضف نحو 25% لواقع السطح: ارتدادات الحريق على القمم والأفاريز التي تشترطها أغلب الأكواد، والتباعد بين الصفوف، والمناطق التي تظللها فتحات التهوية والمداخن والنوافذ الجملونية. ويعرض الجدول مساحة الألواح الخام ومساحة السطح العملية شاملةً تلك السماحية.

مثال محلول — نظام 8 كيلوواط. عند 400 واط للوح يكون ذلك 20 لوحًا. ومساحة الألواح 20 × 17.6 = 352 قدمًا مربعة. أضف 25% للارتدادات والعوائق فتحتاج نحو 440 قدمًا مربعة من السطح النافع حسن التوجيه. وعلى بيت جملوني بسيط، هذا أغلب منحدر واحد متجه جنوبًا.

و«النافع» هي الكلمة الحاسمة، وهي سبب مبالغة مساحة السطح الخام المأخوذة من قياس بالأقمار الصناعية في تقدير السعة. فلا تُحتسب إلا المستويات ذات التوجيه المقبول — ففي نصف الكرة الشمالي، الجنوب هو الأفضل، والشرق والغرب يفقدان نحو 15 إلى 20%، والمنحدرات المتجهة شمالًا نادرًا ما تستحق التثبيت. قِس كل مستوٍ من السطح على حدة واجمع المتأهلة منها فقط.

تكلفة اللوح الشمسي مركّبًا: من 2.50 إلى 4.00 دولارات لكل واط من السعة (2024). فنظام 8 كيلوواط = من 20,000 إلى 32,000 دولار قبل الإعفاءات الضريبية والحوافز.

الإعفاء الضريبي الاتحادي (قانون خفض التضخم): 30% من تكلفة النظام الكلية (ممدَّد حتى 2032). والحوافز الولائية والمحلية قد تضيف من 10 إلى 30% أخرى.

التكلفة الفعلية بعد الحوافز: من 14,000 إلى 22,000 دولار لنظام 8 كيلوواط في ولاية معتادة.

فترة الاسترداد: من 6 إلى 10 سنوات في أغلب الولايات الأمريكية. وأسرع (من 4 إلى 6 سنوات) في الولايات ذات أسعار الكهرباء المرتفعة والحوافز الشمسية الجيدة.

والتكلفة لكل قدم مربع من السطح المستعمل: نحو 50 إلى 100 دولار لكل قدم مربع من مساحة الألواح. ولا تشمل باقي سطحك، بل المساحة التي تشغلها الألواح فقط.