طاقة متجددة التقارير النشرة الاسبوعية تقارير الطاقة المتجددة تقارير الكهرباء سلايدر الرئيسية كهرباء

معلومة صادمة.. كفاءة الألواح الشمسية تنخفض بسبب الحرارة المرتفعة

داليا الهمشري

2024-02-25

1 5٬729

يُعد تبريد الألواح الشمسية من أهم القضايا التي تشغل الباحثين والعاملين في هذا المجال، نظرًا لما تسببه درجات الحرارة المرتفعة، لا سيما في المنطقة العربية، من خفض في كفاءة الكهرباء وإنتاجيتها المتولدة عن الخلايا.

يقول الاستشاري بمجال الطاقة في العراق الدكتور محمد أحمد أبوالطيب، إن درجة الحرارة التي تعمل في ظلها الألواح الشمسية تُعد من أبرز العوامل التي تؤثر في إنتاجيتها.

ولفت -في تصريحات خاصة إلى منصة الطاقة المتخصصة (ومقرها واشنطن)- إلى أن درجة الحرارة القياسية التي تُحدد المواصفات الأدائية للألواح في ظلها هي 25 درجة مئوية.

وقال إن هذه الدرجة، ضمن باقي الشروط المعيارية مثل الإشعاع الشمسي (STC Standard Test Conditions)، هي التي تجري فيها الفحوصات الأساسية للألواح.

بالإضافة إلى ذلك، وفق أبوالطيب، فإن أي ارتفاع عن هذه الدرجة يؤدي إلى خفض في إنتاجية الألواح الشمسية من الكهرباء، ما يبرز الحاجة إلى تبريد الألواح.

نقص إنتاجية الألواح الشمسية

أوضح أبوالطيب أن كفاءة اللوح في العادة تبلغ نحو 20%، وإذا كانت قدرة الإشعاع الشمسي الساقطة عليه هي 1000 واط، فمن المتوقع أن تبلغ القدرة المتولدة عنه 200 واط.

وتعتمد قدرة التوليد الناتجة بصورة كبيرة على الظروف التي تعمل فيها هذه الألواح وعلى تفاصيل تركيبها وطريقة عملها، وفي كتير من دول العالم العربي تؤدي المؤثرات البيئية مثل الغبار والعوامل الجوية دورًا مهمًا في تقليل إنتاجية الألواح الشمسية.

وأوضح الخبير أن ارتفاع درجات الحرارة عن 25 درجة مئوية يؤدي إلى تسخين اللوح، ومن ثم خفض إنتاجيته عن النسبة المتوقعة بقيم تعتمد على معامل التدهور الحراري للوح الشمسي، الذي تحدده ورقة البيانات (Datasheet) الخاصة به.

وتقع معظم الدول العربية في المناطق الساخنة مثل العراق ودول الخليج العربي على سبيل المثال، وكلما ارتفعت درجة الحرارة انخفضت كفاءة التوليد من اللوح الشمسي، ما يبرز وجود حاجة إلى تبريد الألواح الشمسية، وهي معلومة قد تكون صادمة لغالبية من يظن أن ارتفاع درجات الحرارة يسهم في زيادة توليد الكهرباء.

كما لفت أبوالطيب إلى أن التذبذب في درجات الحرارة يؤثر في معدل إنتاجية الكهرباء من المحطة الشمسية على مدار ساعات اليوم، ما يؤثر بالضرورة في إجمالي الإنتاجية السنوية للمنظومة.

وأكد أن الأسباب سالفة الذكر جعلت العلماء يتنافسون على الوصول إلى تقنيات تبريد الألواح الشمسية، الأقل تكلفة والأسهل من الناحية العملية، حتى لا تضيف عبئًا اقتصاديًا فوق تكلفة المشروع الأساسي.

تبريد الألواح الشمسية

يمكن تصنيف منظومات تبريد الألواح الشمسية إلى نوعين: تقنيات تبريد سلبية وإيجابية، بناء على مصدر الطاقة المستعمل.

وتعتمد تقنيات تبريد الألواح الشمسية السلبية على فكرة إزالة الحرارة المتولدة من اللوح دون إضافة قدرة خارجية بناء على منظومات تُضاف إلى المحطة الشمسية، بهدف تحسين فرصة طرد الحرارة المتولدة وتسريبها إلى الخارج من خلال مواصلات لنقل الحرارة مثل الهواء والماء ومواد أخرى.

بينما تقوم فكرة تقنيات تبريد الألواح الشمسية الإيجابية على استعمال أنبوب أو قناة مخصصة تنتقل خلالها الحرارة، وأغلبها تتمحور حول نوعيْن رئيسيْن هما تركيب مروحة أو مضخة بالمحطة الشمسية.

تبريد الألواح الشمسية بالماء

تُعد تقنيات تبريد الألواح الشمسية بالماء الأكثر انتشارًا، وأكثرها سهولة هي طريقة رش رذاذ الماء على سطح الألواح الشمسية، لتبريده مباشرةً عن طريق تثبيت أنبوب أعلى اللوح لرش المياه بصورة منتظمة، وهي الطريقة المستعملة أساسًا في تنظيف الألواح مما يعلق عليها من أوساخ وغبار.

أو استعمال الماء بالفكرة المستعملة نفسها في السخان الشمسي، من خلال تمرير الماء تحت اللوح أو غمر اللوح بأكمله في المياه ثم يتغير الماء الحار بآخر بارد.

إلا أن الاعتماد على المياه قد يكون غير مناسب في بعض الأماكن الصحراوية التي تعاني الجفاف ونقص المسطحات المائية، وفق ما طالعته منصة الطاقة المتخصصة.

كما أن أحد عيوب هذه التقنية يتمثل في قدرة المياه على امتصاص جزء من الإشعاع الشمسي الساقط على اللوح، ما يقلل كفاءته.

التبريد باستعمال الأجنحة Fins

يُعد تبريد الألواح الشمسية بالمراوح إحدى تقنيات التبريد السلبية، من خلال ربطها في قاعدة اللوح لطرد الحرارة وتسريبها من خلالها إلى الهواء الجوي.

وعند مقارنة هذه اللوح المستعمل للمروحة في التبريد مع لوح شمسي عادي، وُجد أن في الحالة الأولى زادت الإنتاجية بصورة كبيرة.

التبريد بالهواء المحيط

قال الدكتور محمد أبوالطيب، في تصريحاته إلى منصة الطاقة المتخصصة، إنه من المهم عند نصب الألواح على سطوح المستودعات والمباني والمحال التجارية ترك مسافة كافية بين الأرضية والألواح التي تُثبت عليه، للسماح للهواء بالمرور أسفل الألواح لتبريدها.

وتابع أنه بالإمكان -أيضًا- استعمال مضخة لتدوير الماء أو الهواء لتبريد اللوح الشمسي، ولكن في هذه الحالة سيفقد جزءًا من الطاقة لتشغيل المضخة في منظومة التبريد.

أحد محطات الطاقة الشمسية العائمة - الصورة من موقع بي بي سي — إحدى محطات الطاقة الشمسية العائمة - الصورة من موقع بي بي سي

تسقيف الأنهار بالمحطات الشمسية

أشار أبوالطيب إلى أن أكثر الطرق المستعملة من الناحية العملية لتبريد الألواح الشمسية تتمثل في تسقيف الأنهار بالألواح.

ولفت إلى أن هذا النظام يتسم بـ3 فوائد هي: أن المحطة الشمسية لن تشغل أراضي يمكن زراعتها، والتقليل من تبخر المياه من أسطح الأنهار أو الروافد، كما أن عملية التبريد ستكون مستمرة بسبب وجود المياه في الأنهار.

وسلط الضوء على طريقة أخرى، وهي جعل المحطات الشمسية تطفو فوق سطح المياه في البحار والأنهار والبحيرات الكبيرة، مؤكدًا أن هذه التقنية تضمن إنتاجية كبيرة للألواح دون أن تشغل حيزًا يمكن استغلاله.

إلا أنه أبرز ضرورة تأمين هذه المنظومة بمعدات لحمايتها من مكونات مياه الأنهار والمحيطات التي تشتمل على أملاح ومعادن قد تضر بالألواح الشمسية.

ولفت إلى أن أحد الحلول المعقولة لمشكلة تأثير درجة الحرارة في إنتاجية الألواح الشمسية، هو استعمال الألواح من نوع (Heterojunction Solar Panel)، التي تتميز بمعامل تدهور حراري أفضل كثيرًا مما نراه مع الألواح المصنوعة من السيليكون أحادي البلورة (Single Crystal Silicon)، وكذلك استعمال الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون العشوائي (Amorphous Silicon).

الأنبوب الحراري

استعمل الباحث المصري في قسم هندسة القوى الميكانيكية بجامعة عين شمس المهندس جوزيف مجدي، تقنية الأنبوب الحراري لتبريد الخلايا الشمسية العضوية.

وقال مجدي -في تصريحات إلى منصة الطاقة المتخصصة-، إن الأنبوب الحراري يعمل بمثابة مبدد للحرارة، ولم يعتمد في عمله على استعمال مصدر طاقة خارجي.

وأضاف أنه عند اصطدام الإشعاع بسطح اللوح الشمسي ينتقل إلى كل طبقة من الخلية الكهروضوئية، فيتحول جزء منه مباشرة إلى كهرباء بوساطة الطبقة النشطة (PCBM:HT3P)، في حين يتبدد ويُفقد الباقي إلى البيئة بسبب الإشعاع والحمل الحراري.

وتابع أنه عند ربط الأنبوب الحراري بلوح الخلية، يعمل -بدوره- على طرد هذه الحرارة للبيئة المحيطة.

ويوضح الإنفوغرافيك التالي، من إعداد منصة الطاقة المتخصصة، آلية تبريد الخلايا الشمسية العضوية:

رسم يوضح آلية تبريد الخلايا الشمسية العضوية

التبريد الذاتي

توصلت باحثة مصرية إلى تقنية لتبريد الألواح الشمسية باستعمال مادة نانومترية مكونة من مزيج من أكاسيد المعادن والبوليمر تُورش على سطح الخلية.

وأوضحت المتخصصة في تطبيقات مواد النانو في الطاقة المتجددة والمياه بمعهد بحوث البترول الدكتورة إيمان محمد مصطفى، أن هذه التقنية تأتي في إطار تطوير هدف التبريد الذاتي للخلايا، في محاولة للحفاظ على كفاءتها وقدرتها على امتصاص الضوء.

وأكدت أنها راعت -كذلك- في تحضير هذه المادة النانومترية القدرة على امتصاص الضوء حتى لا تقلل من امتصاص الخلايا الشمسية لأشعة الشمس الساقطة عليها.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..