الألواح الشمسية من سلسلة N

من أكثر الافتراضات شيوعًا حول الألواح الشمسية هو أنه كلما ارتفعت درجة حرارة الطقس، كان أداؤها أفضل. ففي النهاية، من المفترض أن يعني المزيد من الشمس طاقة أكبر، أليس كذلك؟ لكن الواقع أكثر تعقيدًا. فبينما تحتاج الألواح الشمسية إلى ضوء الشمس لتوليد الكهرباء، فإن 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 النصف مقطوعة والخلايا الشمسية نصف المقطوعة من النوع P، وما يمكن توقعه من الأنظمة عالية الكفاءة مثل الألواح الشمسية من سلسلة N تحت الحرارة الشديدة.كيف تؤثر درجة الحرارة على أداء الألواح الشمسيةتُحوّل الألواح الشمسية ضوء الشمس، وليس الحرارة، إلى كهرباء من خلال التأثير الكهروضوئي. ومع ذلك، وكما هو الحال مع معظم الأجهزة الإلكترونية، فهي حساسة لتغيرات درجة الحرارة. فمع ارتفاع درجة الحرارة، ينخفض جهد الخلية الشمسية، حتى مع ثبات ضوء الشمس. وهذا يؤدي إلى انخفاض إجمالي الطاقة المُخرَجة.الجدول 1: مثال على فقدان الطاقة بسبب الحرارة بناءً على درجة الحرارةدرجة حرارة اللوحة (°م)درجات أعلى من 25 درجة مئويةفقدان الطاقة عند -0.38%/°م2500%35103.8%4527.6%553011.4%654015.25وهذا يعني أنه في البيئات التي تصل فيها درجات حرارة سطح اللوحة إلى 50 درجة مئوية (وهو أمر شائع في شمس الصيف المباشرة)، يمكن تقليل الإنتاج بنسبة 10% أو أكثر - على الرغم من سطوع الشمس بشدة. هل تتوقف الألواح الشمسية عن العمل بسبب الحرارة؟لا توجد درجة حرارة محددة للألواح الشمسية تتوقف عندها تمامًا. بل يتراجع أداؤها تدريجيًا مع ارتفاع درجات الحرارة. معظم الألواح مصممة للعمل بأمان حتى حوالي 85 درجة مئوية (185 درجة فهرنهايت). عند هذه النقطة، سينخفض إنتاج الطاقة بشكل ملحوظ، ولكن ليس إلى الصفر.مع ذلك، من المهم التمييز بين درجة حرارة الخلية ودرجة حرارة المحيط. في يوم تبلغ درجة حرارته 35 درجة مئوية (95 درجة فهرنهايت)، يمكن أن تتجاوز درجة حرارة سطح اللوحة 60 درجة مئوية أو أكثر بسهولة، خاصةً مع سوء التهوية.نادرًا ما تصل درجات حرارة الألواح إلى درجة كافية لتعطلها تمامًا في بيئات التشغيل القياسية. إذا توقفت عن العمل، فعادةً ما يكون ذلك بسبب دائرة الحماية في العاكس أو نظام البطارية، وليس بسبب اللوحة نفسها. يُعدّ التوقف الحراري أكثر شيوعًا. كيف تستجيب أنواع الألواح المختلفة للحرارةألواح الخلايا الشمسية نصف المقطوعة من النوع Pخلية شمسية نصف مقطوعة من النوع Pتُستخدم هذه المواد على نطاق واسع في المنشآت التجارية والسكنية نظرًا لتوازنها بين التكلفة والأداء. وهي تستخدم السيليكون من النوع p، وهو أكثر عرضة لفقدان الكفاءة بسبب الحرارة مقارنةً ببعض البدائل الأحدث.ومع ذلك، يُساعد التصميم نصف المقطوع على تخفيف بعض هذه المشكلة. فبتقسيم الخلايا إلى نصفين، تنخفض المقاومة الداخلية، مما يُحسّن الأداء العام في درجات الحرارة. ورغم استمرار تحللها تحت درجات الحرارة العالية، إلا أن بنيتها تُساعد في الحفاظ على إنتاجية أكثر استقرارًا من التصميمات التقليدية ذات الخلايا الكاملة.ألواح شمسية أحادية نصف مقطوعةتستخدم الألواح الشمسية أحادية البلورة نصف المقطوعة السيليكون أحادي البلورة وتصميمًا نصف مقطوع لتحسين الأداء. وتتميز عادةً بمعاملات حرارة أفضل قليلاً من الألواح متعددة البلورات، وهي أكثر كفاءةً بشكل عام.بفضل دمجها بين خلايا عالية الكفاءة وخسائر كهربائية أقل بفضل تصميمها نصف المقطوع، فهي أكثر ملاءمةً للمناخات الحارة. تحافظ العديد من هذه الألواح على مستويات جهد وتيار أعلى حتى مع ارتفاع درجات حرارة السطح فوق 50 درجة مئوية. كما أنها غالبًا ما تُزوَّد بطلاءات مضادة للانعكاس وزجاج عالي المتانة للمساعدة في إدارة امتصاص الحرارة.الألواح الشمسية من سلسلة Nتُمثل الألواح الشمسية من سلسلة N أحدث فئة من تقنيات الطاقة الكهروضوئية المتاحة حاليًا. تستخدم هذه الألواح السيليكون من النوع n، الذي يتميز بطبيعته بمقاومة أكبر للخسائر الناتجة عن الحرارة مقارنةً بخلايا النوع p. يمكن أن تصل معاملات درجة حرارتها إلى -0.30%/درجة مئوية، مما يوفر احتفاظًا أعلى بالطاقة في الظروف الحارة.في المناطق ذات درجات الحرارة المحيطة المرتفعة باستمرار، تُقدم وحدات سلسلة N ميزة واضحة. كما أنها تُوفر معدلات أقل من التدهور الناتج عن الضوء (LID)، مما يُفاقم مشاكل الأداء الحراري في أنواع الخلايا القديمة. أما بالنسبة لمشاريع المرافق العامة أو أنظمة الأسطح عالية الكفاءة، فغالبًا ما تُعتبر تقنية سلسلة N الحل الأمثل. سيناريوهات درجات الحرارة في العالم الحقيقيالبيئات الصحراويةفي المناخات الصحراوية، مثل أريزونا أو الشرق الأوسط، تتجاوز درجات حرارة الهواء 40 درجة مئوية بانتظام. أما في أنظمة الرفوف المثبتة على الأسطح أو على الأرض، فقد تتجاوز درجات حرارة الألواح 75 درجة مئوية. ورغم أشعة الشمس الساطعة، قد يكون إنتاج الطاقة أقل من المتوقع ما لم يُراعَ التبريد المناسب أو توزيع التباعد.غالبًا ما يوصي المُركِّبون بهياكل تثبيت مرتفعة للسماح بتدوير الهواء خلف الألواح، مما يُساعد على تعديل درجات حرارة السطح. عادةً ما تُحدد الأنظمة عالية الأداء ألواحًا شمسية أحادية نصف مقطوعة أو الألواح الشمسية من سلسلة N للتركيبات في هذه المناخات.أسطح المنازل الحضريةيمكن أن تتسبب الأسطح السوداء وسوء التهوية في ارتفاع حرارة أسطح الألواح بسرعة. إذا كان تدفق الهواء أسفل اللوحة محدودًا، يُصبح ارتفاع درجة الحرارة أمرًا بالغ الخطورة. قد يُساعد استخدام ألواح ذات معاملات حرارة منخفضة، مثل الخلايا الشمسية نصف المقطوعة من النوع P، على حل هذه المشكلة، مع أنه يُفضل استخدام ألواح من النوع N.تلعب استراتيجيات التركيب - مثل استخدام مواد التسقيف العاكسة، أو زيادة خلوص الألواح، أو دمج تصميمات التبريد السلبي - دورًا مهمًا في الحفاظ على الإنتاج خلال فترات الحرارة العالية.المناطق الاستوائية والرطبةفي المناطق ذات الرطوبة العالية والشمس المعتدلة، مثل جنوب شرق آسيا أو أجزاء من أمريكا الجنوبية، لا ترتفع درجات الحرارة دائمًا إلى مستويات متطرفة، ولكن الألواح لا تزال تواجه حملًا حراريًا بسبب احتباس الرطوبة وتدفق الهواء المحدود.في هذه المناطق، يجب أن تتضافر الموثوقية ومقاومة الحرارة. تُحسّن خصائص مقاومة التدهور الناتج عن احتمالية التحلل (PID) والتصميمات المقاومة للحرارة، مثل تلك الموجودة في الألواح الشمسية أحادية القطع نصف المقطوعة أو الألواح الشمسية من السلسلة N، الأداء على المدى الطويل وتُقلل من التدهور الناتج عن الحرارة.إدارة تأثير درجة الحرارةمع أن الألواح الشمسية لا تتوقف عن العمل في درجات الحرارة المرتفعة، إلا أن إدارة بيئتها تُحسّن إنتاجيتها بشكل كبير. من بين أكثر الاستراتيجيات فعالية:التهوية المناسبة والتنظيم: التأكد من وجود مساحة أسفل اللوحة تسمح بتبديد الحرارة.أسطح التركيب ذات الألوان الفاتحة أو العاكسة: تقلل من امتصاص الحرارة.اختيار تقنية اللوحة المناسبة: الأنظمة المبنية باستخدام الألواح الشمسية من سلسلة N أو ألواح شمسية أحادية نصف مقطوعة التعامل مع الحرارة بشكل أكثر فعالية.مراقبة درجة حرارة النظام ومخرجاته: تساعد البيانات في الوقت الفعلي على تحديد عدم الكفاءة المرتبطة بالحرارة في وقت مبكر.محولات الطاقة الذكية مع حماية من درجة الحرارة: تمنع الخسائر على مستوى النظام من خلال تنظيم الإدخال من الألواح شديدة الحرارة. التكنولوجيا التي تستمر في الأداءتتميز الألواح الشمسية بمرونتها الفائقة، ونادرًا ما تتوقف عن العمل بسبب ارتفاع درجة الحرارة. مع ذلك، لا تتساوى جميع الألواح في الأداء عند ارتفاع درجة الحرارة. من الخلايا الشمسية نصف المقطوعة من النوع P إلى الألواح الشمسية المتطورة من السلسلة N، ستؤثر التقنية التي تختارها على قدرة نظامك على تحمل الحرارة. إن فهم تأثير درجة الحرارة واختيار الأجهزة المناسبة يضمن استمرار استثمارك في الطاقة الشمسية في تحقيق النتائج - حتى في الأيام الأكثر سخونة في العام.