طوّر باحثون في سويسرا نموذجًا لتصميم ألواح شمسية قادرة على مقاومة تراكم الثلوج في البيئات الجبلية، في محاولة لتحقيق أقصى استفادة ممكنة من توليد الكهرباء النظيفة.
ووفق التفاصيل التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، تركّزت دراسة الباحثين على تحسين أنظمة الطاقة الشمسية المُنشأة باستعمال هليوبلانت (Helioplant)، وهو هيكل تأطير شمسي عمودي حاصل على براءة اختراع من النمسا؛ من أجل تقليل تراكم الثلوج على الألواح الشمسية في المناطق الجبلية.
وتُسلّط الدراسة الضوء على قدرة أنظمة الطاقة الشمسية في المناطق الجبلية على توفير طاقة شتوية قوية، بفضل ضوء الشمس المنعكس عن الثلوج.
ومع ذلك، قد يؤدي تراكم الثلوج المفرط إلى حجب -أو حتى دفن- الألواح؛ ما يؤدي إلى انخفاض الكفاءة واحتمال حدوث أضرار.
ألواح شمسية مقاومة لتراكم الثلوج
انتشار ألواح شمسية مقاومة لتراكم الثلوج، سيكون واعدًا خلال السنوات القليلة المقبلة، خاصةً من حيث تقليل فقد الكهرباء الناتج عن الثلوج.
وفقًا لباحثين من مدرسة لوزان الاتحادية للفنون التطبيقية (EPFL) والمعهد السويسري لأبحاث الثلوج والانهيارات الجليدية، ما يزال تحديد التصميم الأكثر فاعلية لكل من الألواح الشمسية الجبلية المستقلة والكبيرة الحجم أمرًا لم يُحلّ بعد، على الرغم من أن التركيب العمودي لـ"هليوبلانت" يُظهر نتائج واعدة في تقليل تراكم الثلوج.
وقال الباحثون في ملخص الدراسة: "تُظهر النتائج الرئيسة أن تجميع الوحدات معًا يُقلل من قدرة الهيكل المتقاطع على التآكل".
ووفق التفاصيل التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، يُعدّ الاتّساخ ثاني أهم عامل يؤثّّر في كفاءة الألواح الشمسية بعد الإشعاع الشمسي، وخاصةً في المناطق ذات أشعة الشمس الساطعة.
وفي المناطق الثلجية، تُسهم جزيئات الثلج بشكل كبير في الاتّساخ، حيث تصل خسائر توليد الكهرباء الناجمة عن الثلوج إلى 100% خلال فصل الشتاء.
ووفقًا للباحثين، تتفاوت هذه الخسائر بشكل كبير بسبب اختلافات المناخ وتصميم النظام، بما في ذلك زاوية ميل الوحدات وارتفاعها وشكلها، التي تُحدّد مدى فاعلية تساقط الثلوج من الألواح.
وعندما يتراكم الثلج أسفل الوحدات ويصل إلى حافّتها السفلية، فإنه يمنع المزيد من التساقط؛ ما يجبر الألواح على الاعتماد على الذوبان البطيء للتنظيف.
لذا؛ يُعدّ تقليل تراكم الثلوج المجاورة أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على إنتاج الكهرباء في أنظمة الطاقة الشمسية في المناطق الجبلية، بحسب ما أفادت به منصة "إنترستينغ إنجينيرينغ" (Interesting Engineering).
محاكاة تأثير الثلوج في الألواح الشمسية
تُمثّل هذه الدراسة أول تطبيق لنموذج مُفصّل لانتقال الثلوج على هياكل الطاقة الشمسية، وأُجريت عمليات المحاكاة جزءًا من تحليل يهدف إلى تحديد كيفية تأثير اختلافات التصميم في سلوك الثلوج.
وتُقدّم النتائج إرشادات عملية لتحسين تصميم وتكوين أنظمة الطاقة الشمسية العمودية في البيئات الجبلية؛ ما يدعم تطوير منشآت شمسية أكثر كفاءة ومقاومة للثلوج.
وجمعت الدراسة بين عمليات المحاكاة والملاحظات الميدانية التي أُجريت في موقع اختبار مُطابق لتقييم سلوك الثلج حول منشآت "هليوبلانت"، وشملت المعايير الرئيسة التي تمّ تحليلها، الارتفاع عن سطح الأرض، والتباعد بين الوحدات، وحجم المجموعة، والمحاذاة.
وأسفرت النتائج عن العديد من التوصيات لأفضل الممارسات لتحسين تصميمات الألواح الشمسية في المناطق الجبلية.
وأشارت النتائج إلى أن الفجوة بين الوحدات والأرض يجب أن تتجاوز 0.6 مترًا لتقليل تراكم الثلوج، وأنه يجب محاذاة الهياكل قدر الإمكان مع اتجاهات الرياح السائدة لتجنُّب المناطق المحمية التي يتراكم فيها الثلج.
وتبيَّن أن المواقع ذات أنماط الرياح القادمة من اتجاهات عمودية أو متعاكسة هي الأفضل أداءً، وفق الدراسة التي نشرتها مجلة "ساينس دايركت" (Science Direct).
وسيركّز العمل المستقبلي على دمج نمذجة ترسُّب الثلوج مع محاكاة إنتاج الطاقة الشمسية للتنبؤ بدقّة أكبر بخسائر الكهرباء، وعلى توسيع نطاق التحليلات لتشمل تضاريس المناطق الجبلية الأكثر تعقيدًا وتفاوتًا.
موضوعات متعلقة..
- تصنيع ألواح شمسية منخفضة التكلفة بتقنية جديدة
- ألواح شمسية مصنوعة من الزجاج المُعاد تدويره.. ابتكار جديد
- ابتكار ألواح شمسية مضادة للغبار.. بكفاءة تقترب من 25%
اقرأ أيضًا..
- رؤية وزير الطاقة السعودي تتحقق.. سيناريو وكالة الطاقة الدولية في الـ"لا لا لاند"
- واردات إسبانيا من الغاز.. الجزائر في الصدارة ودولة أفريقية تظهر لأول مرة
- أول محطة شمسية لإنتاج الهيدروجين في العالم.. متى يبدأ تشغيلها؟
- السيارات الكهربائية في بريطانيا تثير انقسامًا.. واتهامات بالرشاوى (تقرير)
المصدر:
- ألواح شمسية مقاومة لتراكم الثلوج على الجبال، من مجلة "ساينس دايركت"
- تفاصيل إضافية عن تصميم الألواح الشمسية الجديدة، من منصة "إنترستينغ إنجينيرينغ"
