طاقة متجددة تقارير الطاقة المتجددة رئيسية

الألواح الشمسية ثنائية الوجه.. توصيات لتحقيق الاستفادة القصوى

داليا الهمشري

2024-05-25

0 1٬021

ابتكر باحثون الألواح الشمسية ثنائية الوجه في محاولة لتحقيق الاستفادة القصوى من الإشعاع الشمسي الساقط على الوجهين الأمامي والخلفي للألواح، مع رفع الجدوى الاقتصادية للمشروعات من خلال توفير مساحات الأرض اللازمة للتركيبات.

إذ ينقسم الأشعاع الشمسي الساقط على سطح الأرض إلى أشعة شمسية مباشرة وأخرى منتشرة - بفعل تصادمها مع ذرات الغبار وجزيئات الغاز في الغلاف الجوي -، بينما يتمثل النوع الثالث في الأشعة المنعكسة سواء عن الأشعة المباشرة أو المنتشرة.

وللاستفادة من الأشعة المنعكسةـ دعت الحاجة إلى تصميم الواح شمسية ثنائية الوجه (Bifacial Solar Panels) قادرة على إمتصاص الأشعة الشمسية المباشرة والمنتشرة الساقطة على الوجه الأمامي، وكذلك امتصاص الأشعة المنعكسة على الوجه الخلفي.

وبالتالي زيادة قدرة اللوح على تحويل كمية أكبر من الإشعاع الشمسي إلى طاقة كهرباء وفق مبدأ ظاهرة التأثير الكهروضوئي.

زيادة التوليد

أوضح المتخصص في الطاقة الشمسية المهندس ناصر صبر -في تصريحات خاصة إلى منصة الطاقة المتخصصة (مقرها واشنطن)- أن قدرة اللوح ثنائي الوجه على الإستفادة من الوجه الخلفي لزيادة التوليد يعتمد على ظروف البيئة المحيطة، التي يمكن تعزز أو تقلل من الأشعة المنعكسة على سطح اللوح من الجهة الخلفية.

وتمتص الألواح أحادية الوجه Mono-facial Solar Panels، هي الأكثر انتشارًا، ضوء الشمس الساقط على الجهة الأمامية للوح فقط، في حين لا يمتص الوجه الخلفي أي أشعة شمسية، لأنه يكون مغطى بطبقة عازلة لعزل اللوح كهربائياً وحمايته من آثار الظروف البيئية.

بينما تمتاز الألواح ثنائية الوجه بوجود طبقة من الزجاج على الوجه الخلفي للوح بدلاً عن طبقة العزل الـ Back Sheet في الألواح الشمسية أحادية الوجه.

المتخصص في الطاقة الشمسية المهندس ناصر صبر

التركيب

في الغالب تتكون الألواح ذات الوجه الواحد من عدة طبقات أولها إطار من الألومنيوم لدعم اللوح، وحمايته ميكانيكياً، ثم طبقة من الزجاج لحماية الخلايا الشمسية مع إمكانية مرور الضوء من خلال الزجاج إلى الخلايا الشمسية لإتمام عملية التأثير الكهروضوئي، الذي ينتج عنها جهد كهربائي يؤدي إلى مرور تيار في الدائرة عند وجود حمل كهربائي.

بعد طبقة الزجاج توجد طبقة رقيقة وشفافة من مادة أسيتات الفاينيل إيثيلين لتوفير حماية للخلايا الشمسية من الظروف البيئية القاسية، والحد من الأشعة الشمسية غير المرغوبة التي تؤدي إلى تراجع أداء اللوح مع مرور الوقت، وكذلك توفر عزل كهربائي للخلايا.

الطبقة الرابعة هي الخلايا أحادية الوجه نفسها، التي بإمكانها تحويل الضوء الساقط عليها من الأمام ثم بعد ذلك طبقة أخرى تحت الخلايا الكهروضوئية من مادة أسيتات الفاينيل إيثيلين الشفافة لتغليف الخلايا وتوفير العزل والحماية.

بعد ذلك تأتي الطبقة الخارجية من الأسفل وتسمى BackSheet تُصنّع من البوليمر او البلاستيك وتوفر عزل كهربائي للوح وحماية للخلايا الشمسية من الظروف الخارجية.

بينما تتمثل الطبقة الأخيرة في صندوق صغير يسمى صندوق التوصيل، ويُثبت في أعلى اللوح أو في المنتصف حسب نوع التصميم للخلايا المُكونة للوح، ويحوي الصندوق قطبي التوصيل للوح الموجب والسالب.

في المقابل، فأن الألواح ذات الوجهين تتكون من نفس الطبقات ما عد طبقة الـ Backsheet تُستبدل بطبقة من الزجاج الشفاف كي يمر من خلالها الضوء المنعكس عن الأرض إلى الوجه الخلفي للخلايا الكهروضوئية.

ألواح شمسية ثنائية الوجه - الصورة من موقع فوربس

تحقيق الاستفادة القصوى

نظرياً تدعي شركات تصنيع الألواح الشمسية أن زيادة إنتاج الألواح ثنائية الوجه يتراوح مابين 5% - 25% وأعلى في بعض الأحيان ، ولكن الملاحظات تؤكد إن الزيادة في كفاءة هذه الألواح تتراوح في معظم المشروعات ما بين 3%- 10% حسب ظروف تثبيت الألواح، وطبيعة البيئة المحيطة والسطح الذي تثبّت عليه هذه الألواح.

ولتحقيق أفضل استفادة من الألواح ذات الوجهين، اقترح المتخصص في الطاقة الشمسية المهندس ناصر صبر تثبيتها بطريقة تسمح للوجه الخلفي للوح بامتصاص الضوء المنعكس على الأرض أو على السطح المُثبتة عليه الألواح.

ولزيادة الأشعة المنعكسة من السطح، أوضح صبر أنه يمكن تعديل طبيعة السطح ولونه لتحقيق مزيد من الأشعة المُنعكسة، وبالتالي توليد مزيد من الطاقة من الألواح الشمسية.

وأوضح أن نوع السطح يشكل فارقًا في كمية الأشعة المنعكسة، مشيرًا إلى أن معامل انعكاس كل سطح يتوقف على طبيعته.

ولفت إلى أن الأسطح البيضاء النظيفة -على سبيل المثال- لها معامل انعكاس أعلى من الأسطح الترابية أو الأراضي الزراعية، وكذلك الأسطح الخرسانية النظيفة تعطي انعكاسًا أعلى من مثيلتها المُتسخة وهكذا.

وأشار إلى أن أعلى معامل انعكاس يكون لسطح من الألومنيوم 85% ثم السطح المغطى بالثلج الأبيض النقي، ويبلغ معامل الانعكاس له 82%، فيما يبلغ معامل الانعكاس لسطح معدني متسخ جداً 8% فقط وهكذا.

وأكد صبر على أهمية دراسة طبيعة الموقع والسطح أو الأرض المُخصصة لتثبيت الألواح الشمسية لتقدير كمية الزيادة في إنتاج الألواح الشمسية ثنائية الوجه وفيما إذا كانت تستحق زيادة التكلفة من عدمها.

المميزات والعيوب

تمتاز الألواح ثنائية الوجه بكفاءة أعلى من الألواح التقليدية نتيجة زيادة الإنتاج من الوجه الخلفي لنفس مساحة وقدرة اللوح، كما تساعد هذه الألواح على توفير جزء من المساحة المخصصة لتثبيت الألواح.

وأوضح المهندس ناصر صبر أنه في المناطق التي تكسوها الثلوج أو ذات الأسطح البيضاء، تصبح هذه الألواح هي الخيار الأفضل نظراً للزيادة الكبيرة في إنتاجها خصوصاً في المشروعات الكبيرة، التي ستشكل الزيادة في الإنتاج فارق كبير في الجدوى الإقتصادية والعوائد المالية النهائية للمشروع.

كما أشار -في تصريحاته إلى منصة الطاقة- إلى أن الألواح ثنائية الوجه تمتاز بكونها أكثر متانة من الألواح ذات الوجه الواحد، مرجعًا ذلك إلى طبيعة الطبقات المُكونة منها، التي تجعلها أكثر ومقاومة للظروف الجوية نتيجة طبقة الزجاج المُضافة لها على الوجه الخلفي.

ولهذا تعطي شركات الألواح الشمسية فترة ضمان أكبر على العمر الإفتراضي للألواح ثنائية الوجه.

كما تمتاز هذه الألواح بشكلها الجمالي كونها شفافة وتسمح بمرور الضوء فضلاً عن مظهرها الجذاب، مما يجعلها أكثر ملائمة لبعض الأماكن -من الألواح أحادية الوجه- مثل الممرات المفتوحة والأراضي الزراعية والبيوت المحمية.

ألواح شمسية ثنائية الوجه - الصورة من موقع تانفون سولار

ذروة الإنتاج

تُثبت هذه الألواح عمودياً بزاوية 90 درجة لتصبح ذروة إنتاجها في فترة الصباح وفي فترة المساء، خلافاً للألواح العادية التي تُثبت بزاوية ميل تتراوح بين 0 – 45 درجة لتعطي ذروة إنتاجها عند منتصف النهار مما يشكل عبءً على شبكات الكهرباء العامة حال زيادة مشروعات الطاقة الشمسية المرتبطة معها.

إذ عادة ما ترتفع ذروة الطلب على الطاقة لدى المستهلكين في فترة الصباح أو مع نهاية الدوام عند المساء.

كما أن تثبيت الألواح ثنائية الوجه بزاوية 90 درجة يسمح بتوفير مساحات الأراضي، ولا سيما تلك المُخصصة للزراعة.

وأشار صبر إلى أن أبرز عيوب الألواح ثنائية الوجه يتمثل -في المقام الأول- في ارتفاع سعرها لكل كيلوواط عن الألواح العادية، لافتًا إلى أن فارق التكلفة قد تناقص خلال الفترة الأخيرة.

ألا أن تكاليف تثبيت الألواح ثنائية الوجه لا تزال أعلى من مثيلتها التقليدية، نظرًا لأنها تتطلب هيكل تثبيت مختلف، وأكثر تعقيداً من حيث التصميم حتى لا يحجب جزءًا من الأشعة المنعكسة على الوجه الخلفي للوح، وبالتالي يحول دون تحقيق الزيادة المتوقعة في التوليد.

إلى جانب ذلك، كلما ارتفع مستوى تثبيت الألواح ثنائية الوجه عن الأرض، زادت كمية الأشعة المُنعكسة على سطح اللوح الخلفي، وبالتالي يتطلب تصميم الهياكل على ارتفاع أكبر مواد إضافية، ومقاومة أعلى لسرعة الرياح، مما يضع تكاليف إضافية على سعر هيكل التثبيت المعدني.

كما يعاب على الألواح ثنائية الوجه أنها تتطلب جهدًا أكبر عند الصيانة والتنظيف الدوري من الأوساخ والغبار المتراكم، مما يزيد من تكلفة التشغيل والصيانة للمشروعات القائمة عليها.

رفع العوائد الاقتصادية

لا يتناسب هذا النوع من الألواح -كثيراً- المشروعات الصغيرة والتركيبات فوق الأسطح، حيث أن زيادة الإنتاج لا تشكل فارقاً ملحوظاً، ولا سيما إذا ثُبّتت الألواح على ارتفاع منخفض أو على سطح له معامل انعكاس ضعيف للأشعة الشمسية، مما يجعل زيادة تكاليف التثبيت غير مجدية لضعف المردود المتوقع من الوجه الخلفي للألواح.

لكن في المشروعات الكبيرة، يمكن لهذه الألواح أن تشكل فارقاً كبيراً في زيادة الإنتاج وعوائد المشروع الإقتصادية، وقد يكون هيكل التثبيت متحرك لتتبع الشمس خلال اليوم، مما يزيد الإنتاج للوجهين الأمامي والخلفي للوح.

ونصح صبر باستخدام الألواح ثنائية الوجه في تصميم المشروعات الشمسية في المناطق التي لها معامل انعكاس عالي للإشعاع الشمسي.

ودعا أصحاب هذه المشروعات إلى الإهتمام بنظافة محيط الألواح وطلاء سطح التثبيت باللون الأبيض أو تغطيته بنوع من الحصى الأبيض لزيادة كمية الأشعة المنعكسة إلى جانب الاهتمام بنظافة الوجه الخلفي مع الوجه الأمامي للألواح.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..