كفاءة الطاقة في الألواح الشمسية وتدهورها بمرور الوقت

تُعدّ كفاءة الألواح الشمسية وطول عمرها عاملين أساسيين في تشكيل الاستدامة في قطاع الطاقة الشمسية. ومن الضروري فهم التوازن بين الاستفادة المثلى من ضوء الشمس لتحقيق أفضل تحويل للطاقة والتدهور الحتمي. لنتناول اليوم كفاءة الألواح الشمسية وأسباب تدهورها مع مرور الوقت.

كفاءة الطاقة في الألواح الشمسية وتدهورها بمرور الوقت

تُسمى عملية تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية، من حيث قدرة الخلايا الشمسية الكهروضوئية، بكفاءة طاقة الألواح الشمسية. وتُحدد هذه الكفاءة بكمية الطاقة المُنتجة لكل وحدة مساحة سطح. يشير ارتفاع إنتاج الطاقة من مساحة سطح محددة إلى كفاءة أكبر، في حين أن انخفاض إنتاج الطاقة يعني انخفاض توقعات الكفاءة.

ومع ذلك، بعد مرور بعض الوقت، تتدهور كفاءة الألواح الشمسية مما يؤدي إلى انخفاض عمرها الافتراضي تدريجيا.

استخدم المختبر الوطني للطاقة المتجددة يذكر أن معدل التحلل حوالي 0.5% إلى 0.8% سنويًا لكنها تختلف حسب الطراز والعلامات التجارية وأنواع الألواح.

العوامل المؤثرة على تدهور وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية

1. التدهور بسبب تحريض الضوء: يؤثر هذا على الألواح الشمسية، حيث تنخفض كفاءتها مؤقتًا عند التعرض الأولي لأشعة الشمس. ويعود ذلك إلى حركة البورون والأكسجين داخل خلايا السيليكون.

2. التدهور بسبب الحث المحتمل: إن العملية التي تنشأ بها الطاقة الكهروضوئية في الألواح الشمسية عن طريق تدفق التيار بين الخلايا والمكونات الأخرى تتسبب في فقدان الأداء.

3. التدهور المرتبط بالشيخوخة: تفقد وحدات الطاقة الشمسية أداءها بعد سنوات من التشغيل بسبب العوامل البيئية والإجهاد الحراري.

4. فشل اللوحة الخلفية: بالنسبة لوحدة الطاقة الشمسية، تعمل الطبقة الخلفية كطبقة حماية خلفية وتتكون من مادة بوليمر فلوريد البولي فينيل. عندما يتغير لونها، فإن تكوين فقاعات من التقشر يؤدي إلى التدهور.

انظر أيضا: 10 طرق لحماية الألواح الشمسية من البرد

حاسبة كفاءة الألواح الشمسية

يتم استخدام الصيغة التالية لحساب الكفاءة 

كفاءة الطاقة الشمسية كنسبة مئوية (%) = ((أقصى طاقة / مساحة) / (1000)) * 100%

• الطاقة القصوى هي أعلى كمية من الطاقة الناتجة عن اللوحة، مكتوبة بالواط (W).
• المساحة تعني مساحة سطح اللوحة الشمسية، والتي تكتب بالمتر المربع (م2).

على سبيل المثال، الحد الأقصى للطاقة للوحة هو 200 واط ومساحتها 1 متر مربع.

لذا، باستخدام صيغة كفاءة الطاقة للألواح الشمسية، لدينا،

الكفاءة (%) = ((200/1)/1000)*100% = 20%

أقصى كفاءة للخلية الشمسية

يذكر مختبر الطاقة المتجددة الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (NREL) في دراساته أن أعلى معدل كفاءة هو 39.5%  لخلية شمسية ثلاثية الوصلات.

ومع ذلك، فإن أعلى كفاءة مسجلة للخلايا الشمسية هي 47.1%، للخلايا الشمسية المركزة متعددة الوصلات.

ملاحظة: تم إنشاء هذا السجل المذهل في ظل ظروف معملية باستخدام ضوء شديد التركيز.

لماذا كفاءة الألواح الشمسية منخفضة؟

فيما يلي بعض الأسباب الشائعة المسؤولة عن انخفاض توقعات كفاءة الألواح الشمسية:

1. تأثيرات الموقع: عندما يتم وضع الألواح الشمسية في مناطق ذات ضوء شمس أقل أو مناطق غائمة بشكل متكرر، فإن الضوء سيؤثر على الكفاءة.

2. عيوب التصنيع: عند الشراء، استثمر في الألواح العالية لضمان المتانة على المدى الطويل؛ فالألواح المصنعة بشكل سيئ تكون عرضة للتدهور بمرور الوقت.

3. مشاكل العاكس: ويؤثر العاكس أيضًا على وظائفه، وقد يتسبب في انخفاض الناتج.

4. الصيانة:  عند وضع الألواح على سطح مكشوف، يتراكم الغبار وفضلات الطيور والحطام، مما يحجب ضوء الشمس. لذا، يُعد تنظيف الألواح باستمرار أمرًا ضروريًا لضمان أعلى أداء.

5. الهدر الفني: يمكن أن تساهم خسائر الطاقة في الأسلاك والتوصيلات والمكونات الكهربائية لنظام الطاقة الشمسية في تقليل الكفاءة.

6. زاوية الإعداد: هذا مهم لتركيب نظام الألواح. عدم الحفاظ على زاوية مثالية أو توجيه خاطئ يقلل من فرص التعرض لأشعة الشمس، مما يقلل من الكفاءة.

يمكنك أيضا التحقق من طرق زيادة كفاءة اللوحة.

منحنى تدهور الألواح الشمسية

أدناه رسم بياني يظهر تدهور كفاءة الألواح الشمسية بمرور الوقت مما يساعدنا على فهم أدائها على المدى الطويل.

رسم بياني لتكلفة الألواح الشمسية بمرور الوقت

منذ ظهورها، شهدت تكلفة الألواح الشمسية اتجاهًا هبوطيًا، مما يجعلها مصدرًا للطاقة الطبيعية فعالًا من حيث التكلفة للبشرية.

وتصف الاتجاهات العامة التالية التغيرات في تكاليف اللوحة متأخر , بعد فوات الوقت.

1. تكاليف الافتتاح (1975 – 1990): في بداياتها، كانت تقنية الألواح الشمسية جديدة ومكلفة. كان إنتاجها أعلى تكلفةً، واستغرق الأمر وقتًا طويلاً للوصول إلى الكفاءة المطلوبة.

2. الانخفاض السريع في التكاليف (1990-2000): مع تطور التكنولوجيا، تحسّن التصنيع، وتزامن ذلك مع الحوافز الحكومية. وشهدت هذه الفترة انخفاضًا تدريجيًا في التكاليف.

3. انخفاض التكاليف بشكل أكبر (2000-2010): ومع تزايد الطلب، زادت المنافسة بين الشركات المصنعة، فأصبحت وفيرة مما أدى إلى انخفاض الأسعار.

4. زيادة القدرة على تحمل التكاليف (2010-2020): تكافؤ الشبكة، حيث تكون تكلفة الكهرباء الشمسية مساوية أو أرخص من تكلفة الكهرباء الشبكية التقليدية؛ مما يجعلها في متناول المشاريع السكنية والتجارية على حد سواء.

هذا هو الرسم البياني، حيث يمكنك تصور اتجاهات التكاليف على مر السنين.

إشارة الصليب: تحليل تكلفة تصنيع الطاقة الشمسية

هل تشمل ضمانات الألواح الشمسية فقدان الكفاءة؟

نعميقدم المصنعون ضمانات تُمكّن الألواح من الحفاظ على كفاءة لا تقل عن 97.5% بعد عام واحد، و85% تقريبًا بعد 25 عامًا. مع ذلك، يختلف انخفاض الكفاءة باختلاف العلامة التجارية لألواح الطاقة الشمسية.

باختصار، يؤثر الانخفاض التدريجي في الكفاءة أو التدهور على الأداء طويل الأمد للألواح الشمسية. يعتمد ذلك على عمليات التصنيع؛ ومع ذلك، غالبًا ما تتضمن معايير الصناعة ضمانات تدهور تحدد الانخفاض المتوقع في الكفاءة على مدى عدد معين من السنوات. للاطلاع على المزيد من هذا المحتوى المفيد، تابعوا قراءة منشورات مدونتنا.

أوصى: دليل كامل لحماية الألواح الشمسية من الثلوج