التقارير تقارير التكنو طاقة تقارير الطاقة المتجددة تكنو طاقة رئيسية طاقة متجددة

ألواح الطاقة الشمسية تعمل بكفاءة أكبر في درجات حرارة منخفضة (دراسة)

نوار صبح

2022-12-03

0 4٬777

تؤثر عوامل متعددة في أداء ألواح الطاقة الشمسية ومردودها، وتشمل مستوى السطوع ومَيْل الخلايا ولونها وعدد البلورات، بالإضافة إلى ظروف الطقس المحيطة، إذ تزداد كفاءة الخلية الشمسية الكهروضوئية في درجات الحرارة المنخفضة.

وعلى الرغم من أن اليوم المشمس والغيوم قد توفر البيئة المثالية لألواح الطاقة الشمسية، فإن الكثير من سطوع الشمس والحرارة الزائدة يمكن أن تقلل من كفاءة الخلايا الكهروضوئية، حسب تقرير اطلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة.

وبدورها، ستؤثر الكفاءة المتدنية للخلايا الكهروضوئية في زيادة التكلفة المتوازنة للطاقة في المزارع الشمسية الكبيرة، وفقًا لدراسة جديدة أجراها المختبر الوطني للطاقة المتجددة (إن آر إي إل) وجامعة ولاية بورتلاند وجامعة يوتا في الولايات المتحدة.

تأثير درجة الحرارة

عند ارتفاع درجة حرارة التشغيل بمقدار 1 درجة مئوية، ستفقد الخلايا الشمسية التقليدية القائمة على السيليكون نحو 0.5% من الكفاءة.

وفي محطة كهروضوئية نموذجية، إذ تعمل ألواح الطاقة الشمسية بما يقرب من 25 درجة مئوية فوق درجة الحرارة المحيطة، يمكن أن تصل خسائر الطاقة إلى 12%، حسبما نشرت مجلة بي في ماغازين (pv-magazine) في 30 نوفمبر/تشرين الثاني.

وفي المناطق المعتدلة مثل ولاية كولورادو، تؤدي درجات الحرارة المحيطة في هذا النطاق إلى درجات حرارة تتراوح بين 42 و61 درجة مئوية على مدار يوم واحد.

وفي المواقع الأكثر سخونة، تتوافق درجات حرارة التشغيل المحتملة التي تصل إلى 70 درجة مئوية مع خسائر الكفاءة بنسبة 12%.

ونظرًا إلى أن أكثر من 50% من سعة التوليد الكهروضوئية في الولايات المتحدة تقع في المناخات الأكثر دفئًا في ولايات كاليفورنيا وأريزونا ونيفادا، فإن فهم وإيجاد طرق للتخفيف من تسخين الألواح يصبح أمرًا حاسمًا لنجاح الطاقة الشمسية منخفضة التكلفة.

ويتطلّب هذا النمط تدابير تبريد ألواح الطاقة الشمسية، وفق المعلومات التي رصدتها منصة الطاقة المتخصصة.

نتائج الدراسة

تبحث الدراسة الجديدة -التي أجراها المختبر الوطني للطاقة المتجددة (إن آر إي إل)، وجامعة ولاية بورتلاند، وجامعة يوتا في الولايات المتحدة، ونُشرت في مجلة الطاقة المتجددة والمستدامة- طريقة استغلال التصميم الهندسي، وبالتالي التباعد بين المزارع الشمسية لتعزيز التبريد الطبيعي.

وفي الماضي، كانت طرق التبريد تدفع الرياح أو الماء على أسطح ألواح الطاقة الشمسية، في حين يستخدم البعض الآخر مواد ذات حساسية حرارية أقل للشروع في عملية التبريد. وتتطلب مثل هذه التقنيات موارد كبيرة.

وعلى النقيض من ذلك، فإن المزرعة الشمسية ذات الألواح المتباعدة، بشكل مثالي، وتقابل الاتجاه الصحيح يمكن أن تبرِّد نفسها من خلال الحمل الحراري باستخدام الرياح المحيطة، حسبما نشرت مجلة بي في ماغازين (pv-magazine) في 30 نوفمبر/تشرين الثاني.

حساب كمية الكهرباء

حسّنت مجموعة باحثي المختبر الوطني للطاقة المتجددة في الولايات المتحدة النماذج التي تحسب كمية الكهرباء التي تنتجها محطة الطاقة الشمسية بناءً على عوامل مثل المواد والظروف البيئية ودرجة حرارة اللوح.

وركّز الباحثون على هندسة المزارع الشمسية، بما في ذلك درجة الفجوات الموجودة بين ألواح الطاقة الشمسية، وفق ما رصدته منصة الطاقة المتخصصة.

وقالت إحدى الباحثات من جامعة ولاية بورتلاند، سارة إي. سميث: "كانت فرضيتنا أن التقدير الأكثر دقة للحمل الحراري لمحطة الطاقة الشمسية، وكفاءة الإنتاج النهائي، يجب أن تأخذ في الاعتبار المزرعة ككل وجميع التغييرات الممكنة في التكوين".

وأوضحت أن مزرعتين للطاقة الشمسية لم تُركبا بالطريقة نفسها تمامًا، بناءً على السطوع وعوامل التظليل وأنواع الميل والارتفاع بناءً على خطوط العرض والنباتات المحيطة.

وأضافت سميث: "سينتقل تدفق الرياح المزيل للحرارة بصورة مختلفة في جميع أنحاء كل محطة للطاقة الشمسية بناءً على ترتيبها، ما يؤدي إلى تغيير مدى كفاءة إزالة الحرارة من أسطح الألواح".

وعلاوة على ذلك، أجرت مجموعة باحثي المختبر الوطني للطاقة المتجددة تجارب النفق الهوائي ومحاكاة عالية الدقة لبيانات من العالم الحقيقي.

ونُشرت تعديلات مختلفة بما في ذلك ارتفاع الوحدة وتباعد الصفوف والزاوية واتجاه الرياح.

ووجدت المجموعة أن زيادة ارتفاع ألواح الطاقة الشمسية وزيادة تباعد المصفوفات أدتا إلى تحسين إنتاج كهرباء الخلية بنسبة 2% إلى 3%.

وأكدت سميث: "هذا الارتباط بين الهندسة والكفاءة يُعدّ خطوة كبيرة نحو التنبؤ بالتبريد بالحمل الحراري لمزارع الطاقة الشمسية بناءً على ترتيباتها الفريدة بطبيعتها"، مشيرة إلى أنه "يمهد الطريق لتوليد كهرباء بمعايير أكثر دقة وإنشاء نماذج التنبؤ بالتكلفة".

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..