من أكثر الافتراضات شيوعًا حول الألواح الشمسية أن ارتفاع درجة الحرارة يُحسّن أداءها. ففي النهاية، المزيد من أشعة الشمس يعني المزيد من الطاقة، أليس كذلك؟ لكن الحقيقة أكثر تعقيدًا. فبينما تحتاج الألواح الشمسية إلى ضوء الشمس لتوليد الكهرباء، إلا أن ارتفاع درجات الحرارة قد يُقلل من كفاءتها. ولكن متى تتوقف عن العمل تمامًا؟
دعونا نلقي نظرة فاحصة على كيفية تأثير درجة الحرارة على أداء الألواح الشمسية، ودور تقنيات الخلايا المختلفة مثل الألواح الشمسية أحادية القطع نصفية الشكل والخلايا الشمسية من النوع P نصفية الشكل، وما يمكن توقعه من الأنظمة عالية الكفاءة مثل الألواح الشمسية من سلسلة N في ظل درجات الحرارة المرتفعة للغاية.
تحوّل الألواح الشمسية ضوء الشمس - وليس الحرارة - إلى كهرباء عبر التأثير الكهروضوئي. ومع ذلك، وكما هو الحال مع معظم الأجهزة الإلكترونية، فهي حساسة لتغيرات درجة الحرارة. فمع ارتفاع درجة الحرارة، ينخفض جهد خرج الخلية الشمسية، حتى لو ظل ضوء الشمس ثابتًا. وينتج عن ذلك انخفاض في إجمالي الطاقة المُنتجة.
الجدول 1: مثال على فقد الطاقة الناتج عن الحرارة بناءً على درجة الحرارة
| درجة حرارة اللوحة (°مئوية) | درجات أعلى من 25 درجة مئوية | فقد الطاقة عند -0.38%/درجة مئوية |
| 25 | 0 | 0% |
| 35 | 10 | 3.8% |
| 45 | 2 | 7.6% |
| 55 | 30 | 11.4% |
| 65 | 40 | 15.25 |
وهذا يعني أنه في البيئات التي تصل فيها درجة حرارة سطح اللوحة إلى 50 درجة مئوية (وهو أمر شائع في ضوء الشمس المباشر في الصيف)، يمكن أن ينخفض الناتج بنسبة 10٪ أو أكثر - على الرغم من سطوع الشمس بشدة.
لا تتوقف الألواح الشمسية عن العمل تمامًا عند درجة حرارة محددة، بل يتراجع أداؤها تدريجيًا مع ارتفاع درجات الحرارة. صُممت معظم الألواح للعمل بأمان حتى حوالي 85 درجة مئوية (185 درجة فهرنهايت). عند هذه الدرجة، سينخفض إنتاج الطاقة بشكل ملحوظ، ولكنه لن ينعدم.
مع ذلك، من المهم التمييز بين درجة حرارة الخلية ودرجة الحرارة المحيطة. ففي يوم تصل فيه درجة الحرارة إلى 35 درجة مئوية (95 درجة فهرنهايت)، قد تتجاوز درجة الحرارة الفعلية لسطح اللوحة 60 درجة مئوية أو أكثر بسهولة، خاصةً مع ضعف التهوية.
نادرًا ما تصل الألواح الشمسية إلى درجات حرارة عالية كافية للتسبب في تعطلها التام في بيئات التشغيل العادية. وإذا ما توقفت عن العمل، فعادةً ما يكون ذلك بسبب دوائر الحماية في العاكس أو نظام البطارية، وليس بسبب اللوح نفسه. أما حالات التوقف الحراري فهي أكثر شيوعًا.
خلية شمسية نصف مقطوعة من النوع Pتُستخدم هذه الأجهزة على نطاق واسع في المنشآت التجارية والسكنية نظرًا لتوازنها بين التكلفة والأداء. وهي تستخدم السيليكون من النوع p، وهو أكثر عرضة لفقدان الكفاءة الناتج عن الحرارة مقارنةً ببعض البدائل الأحدث.
مع ذلك، يُسهم تصميم الخلايا النصفية في التخفيف من بعض هذه المشاكل. فبتقسيم الخلايا إلى نصفين، تنخفض المقاومة الداخلية، مما يُحسّن الأداء الحراري العام. ورغم أنها لا تزال تتأثر بالحرارة العالية، إلا أن بنيتها تُساعد في الحفاظ على خرج أكثر استقرارًا من تصميمات الخلايا الكاملة التقليدية.
تستخدم الألواح الشمسية أحادية القطع نصفية السيليكون أحادي البلورة وتصميم القطع النصفي لتحسين الأداء. وتتميز هذه الألواح بمعاملات حرارية أفضل قليلاً من الألواح متعددة البلورات، كما أنها أكثر كفاءة بشكل عام.
بفضل دمجها لخلايا عالية الكفاءة مع تقليل الفاقد الكهربائي الناتج عن تصميمها نصف المقطوع، تُعدّ هذه الألواح الشمسية أنسب للمناخات الحارة. تحافظ العديد من هذه الألواح على مستويات جهد وتيار أعلى حتى مع ارتفاع درجة حرارة سطحها فوق 50 درجة مئوية. كما أنها تُزوّد عادةً بطبقات مضادة للانعكاس وزجاج عالي المتانة للمساعدة في التحكم بامتصاص الحرارة.
تُمثل الألواح الشمسية من سلسلة N أحدث فئة من تقنيات الخلايا الكهروضوئية المتوفرة حاليًا. تستخدم هذه الألواح السيليكون من النوع n، وهو أكثر مقاومةً للفقد الحراري مقارنةً بالخلايا من النوع p. ويمكن أن تصل معاملات درجة حرارتها إلى -0.30%/°م، مما يوفر احتفاظًا أعلى بالطاقة في الظروف الحارة.
في المناطق ذات درجات الحرارة المحيطة المرتفعة باستمرار، توفر وحدات سلسلة N ميزة واضحة. كما أنها تتميز بمعدلات أقل للتدهور الناتج عن الضوء، والذي يُفاقم مشاكل الأداء الحراري في أنواع الخلايا القديمة. بالنسبة لمشاريع الطاقة الشمسية واسعة النطاق أو أنظمة الأسطح عالية الكفاءة، غالبًا ما تكون تقنية سلسلة N هي الحل الأمثل.
في المناخات الصحراوية كأريزونا والشرق الأوسط، تتجاوز درجات حرارة الهواء بانتظام 40 درجة مئوية. أما في أنظمة تركيب الألواح الشمسية على أسطح المباني أو على الأرض، فقد تتجاوز درجة حرارة الألواح 75 درجة مئوية. وعلى الرغم من أشعة الشمس القوية، قد تكون كمية الطاقة المنتجة أقل من المتوقع ما لم يتم توفير التبريد المناسب أو مراعاة المسافات بين الألواح.
يوصي الفنيون عادةً باستخدام هياكل تركيب مرتفعة للسماح بتدفق الهواء خلف الألواح، مما يساعد على تعديل درجة حرارة سطحها. وتحدد الأنظمة عالية الأداء عادةً ألواح الطاقة الشمسية أحادية القطعة بنصف قطر القطع أو ألواح شمسية من سلسلة N للتركيبات في هذه المناخات.
قد تتسبب الأسطح السوداء وضعف التهوية في ارتفاع درجة حرارة أسطح الألواح الشمسية بسرعة. وإذا كان تدفق الهواء أسفل اللوح محدودًا، يصبح ارتفاع درجة الحرارة مشكلة خطيرة. يمكن أن يساعد استخدام ألواح ذات معاملات حرارية منخفضة، مثل الخلايا الشمسية من النوع P ذات القطع النصفي، مع أن الألواح من النوع N هي الخيار الأمثل.
تلعب استراتيجيات التركيب - مثل استخدام مواد التسقيف العاكسة، وزيادة الخلوص بين الألواح، أو دمج تصميمات التبريد السلبي - دورًا مهمًا في الحفاظ على الإنتاج خلال فترات الحرارة الشديدة.
في المناطق ذات الرطوبة العالية والشمس المعتدلة، مثل جنوب شرق آسيا أو أجزاء من أمريكا الجنوبية، لا ترتفع درجات الحرارة دائمًا إلى مستويات قصوى، ولكن الألواح لا تزال تواجه حملاً حراريًا بسبب احتباس الرطوبة ومحدودية تدفق الهواء.
في هذه المناطق، يجب أن تتلازم الموثوقية ومقاومة الحرارة. تعمل خصائص مقاومة التدهور الناجم عن الجهد (PID) والتصاميم المستقرة حرارياً، كتلك الموجودة في الألواح الشمسية أحادية الطبقة أو الألواح الشمسية من سلسلة N، على تحسين الأداء على المدى الطويل والحد من التدهور الناتج عن الحرارة.
على الرغم من أن الألواح الشمسية لا تتوقف عن العمل في درجات الحرارة المرتفعة، إلا أن إدارة بيئتها يمكن أن تُحسّن إنتاجيتها بشكل ملحوظ. ومن بين أكثر الاستراتيجيات فعالية ما يلي:
التهوية والتركيب المناسبان: ضمان وجود مساحة أسفل اللوحة تسمح بتبديد الحرارة.
أسطح التثبيت ذات الألوان الفاتحة أو العاكسة: تقلل من امتصاص الحرارة.
اختيار تقنية الألواح الشمسية المناسبة: الأنظمة المبنية باستخدام ألواح شمسية من سلسلة N أو ألواح شمسية أحادية القطع بنصف قطر التعامل مع الحرارة بشكل أكثر فعالية.
مراقبة درجة حرارة النظام ومخرجاته: تساعد البيانات في الوقت الفعلي على تحديد أوجه القصور المتعلقة بالحرارة في وقت مبكر.
محولات ذكية مزودة بحماية من الحرارة الزائدة: تمنع الخسائر على مستوى النظام بأكمله عن طريق تنظيم المدخلات من الألواح التي ترتفع درجة حرارتها بشكل مفرط.
تتميز الألواح الشمسية بمقاومتها العالية ونادراً ما تتوقف عن العمل بسبب ارتفاع درجة الحرارة فقط. ومع ذلك، لا تعمل جميع الألواح بنفس الكفاءة عند ارتفاع درجات الحرارة. فمن الخلايا الشمسية من النوع P ذات القطع النصفي إلى ألواح سلسلة N المتطورة، ستحدد التقنية التي تختارها مدى كفاءة نظامك في التعامل مع الحرارة.
إن فهم تأثير درجة الحرارة واختيار الأجهزة المناسبة يضمن استمرار استثمارك في الطاقة الشمسية في تحقيق النتائج المرجوة - حتى في أكثر أيام السنة حرارة.
بريد إلكتروني : g-ad@anern.com
يضيف :5th Floor, Building B, No.2817 Kaichuang Avenue, Science Zone, Huangpu District, Guangzhou, China
Anern Industry Group Limited كل الحقوق محفوظة
.Xml | سياسة الخصوصية 
دعم الشبكة
لغة
