يعمل الباحثون باستمرار على تطوير ألواح شمسية أفضل وأكثر كفاءة عامًا بعد عام. وقد شهد العقد الماضي تطورًا ملحوظًا في تصنيع وتشغيل الألواح الشمسية. يمكنك اختيار ألواح أفضل وأكثر كفاءة باستخدام أحدث التقنيات. لكن العوامل المؤثرة على كفاءة الألواح الشمسية ازدادت وظلت حاضرة. أثناء عملي على الألواح الشمسية، صادفتُ سؤالًا متكررًا: هل يمكن زيادة كفاءة الألواح الشمسية؟ الإجابة بين يديك، تعالَ واكتشف.
ما هي كفاءة الألواح الشمسية؟
ال متوسط إنتاج الطاقة لمنطقة معينة يُطلق على كفاءة الألواح الشمسية اسم "كفاءة الألواح". تُعرّف الكفاءة بأنها إجمالي الطاقة المُولّدة من الألواح الشمسية خلال النهار. تُحسب بضرب تدفق الإشعاع الشمسي الساقط على مساحة السطح المُحددة في مساحة الألواح الشمسية بالمتر المربع. ثم تُقسم القيمة المُستقبَلة على أقصى قدرة واطية للألواح، ثم تُضرب في 100، وبالتالي تُحسب نسبة الكفاءة.
ضوء الشمس المستلم لكل متر مربع = 1000 واط
مساحة الألواح الشمسية (2) = 2000 (1000*2)
الحد الأقصى للقوة الكهربائية = 400 واط
نسبة الكفاءة = 400/2000*100
= 20٪
تقيس ظروف الاختبار القياسية إنتاج الألواح الشمسية في ظل ظروف جوية عادية في منطقة معينة. ولكن هناك عوامل أخرى تؤثر على كفاءة الألواح الشمسية.
ما هي العوامل المؤثرة على كفاءة الألواح الشمسية؟
لا تعتمد كفاءة الألواح الشمسية على الشمس فحسب، بل هناك عوامل أخرى عديدة تؤثر عليها. لنتعرف على جميع هذه العوامل بالتفصيل.
1. الظروف المناخية
آخر إن التأثير الرئيسي على الكفاءة يرجع إلى الظروف المناخية. هناك اعتقاد خاطئ بأن الإنتاج ينخفض خلال تساقط الثلوج أو الشتاء، لكن هذا غير صحيح. فبفضل خصائص الثلج العاكسة، يزداد تركيز ضوء الشمس، مما يُحسّن الإشعاع الشمسي. وهذا ممكن فقط إذا لم تكن ألواحك الشمسية مدفونة تحت الثلوج.
حيثما تستفيد الظروف الباردة وتزيد الكفاءة، قد يؤدي الطقس الحار جدًا إلى انخفاض الكفاءة. لا تعمل الألواح الشمسية بكفاءة تحت أشعة الشمس الشديدة والقوية، بل تنخفض كفاءتها مع ارتفاع درجة الحرارة.
2. عمر
تتمتع الألواح الشمسية بعمر افتراضي يزيد عن 20 عامًا تتعرض خلالها للكثير من الظروف الداخلية والخارجية التي تؤثر على كفاءتهم الإجماليةفي هذه الأثناء، تعمل الألواح الشمسية بدقة وكفاءة. ولكن بعد سنوات، تستمر في توليد الكهرباء، ولكن كل عام تفقد نسبة من كفاءتها. يقول الخبراء إن الألواح الشمسية تعمل بشكل ممتاز مع تقدمها في العمر مقارنةً بحالتها الجديدة. يعتمد هذا على جودة ونوع الألواح الشمسية المستخدمة.
انظر أيضا: لماذا تتدهور الألواح الشمسية؟
3. كفاءة تحويل الطاقة
من إجمالي كمية ضوء الشمس الساقطة على الألواح الشمسية، تُحوّل الألواح نسبةً معينةً منه. تُعرف هذه النسبة من التحويل بكفاءة تحويل الطاقة. نعم، ليس كل ضوء الشمس الذي يسقط على الألواح يتحول إلى طاقة. في الواقع، تتأثر هذه النسبة أيضًا بـ عوامل مثل الطول الموجي والانعكاس ودرجة الحرارة.
4. خط العرض
ال زاوية وضع الألواح لها نفس الأهمية لزيادة أو خفض الكفاءة. عادةً ما تكون الألواح الشمسية الموجهة جنوبًا أكثر كفاءة. ومع ذلك، وحسب موقع منزلك، يمكن توجيه الألواح الشمسية شرقًا أو غربًا. الألواح المواجهة للجنوب تتمتع الألواح الشمسية بقدرة امتصاص أشعة الشمس حتى المساء، حيث تلامس أشعة الشمس الألواح مباشرةً أكثر من أي اتجاه آخر. وبشكل عام، تتأثر كفاءتها بتوجيهها وموقع منزلك. وهذا أحد العوامل المؤثرة على كفاءة الألواح الشمسية.
5. صيانة
الصيانة الدورية للألواح الشمسية ضرورية لكي تعمل بشكل صحيح. بدون صيانة مناسبة وفحص منتظممع الصيانة الدورية، واستبدال أجزاء صغيرة من الألواح الشمسية عند الحاجة، ستنخفض الكفاءة مع مرور الوقت. تتضمن اتفاقيات الشراء فحوصات دورية للنظام. بالإضافة إلى ذلك، يُقلل التنظيف الجيد لسطح الألواح الشمسية من كفاءتها.
انظر أيضا: 3 أنواع رائدة من أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية
6. عمليات
الاستخدام المنتظم يؤثر على الكفاءة ويؤدي إلى تدهورها بشكل أسرع. عمليات مثل مراقبة والتحكم في أداء الألواح الشمسية يؤثر على كفاءتها ويساعد على الحفاظ عليها لفترات أطول. كما أن إجراء عمليات لتحسين الحالة العامة للألواح الشمسية يؤثر إيجابًا على كفاءتها بشكل عام.
7. الحرارة
ضوء الشمس هو عنصر أساسي، ولكن درجات حرارة شديدة مع سطوع الشمس المفرط فوق الألواح أقلها استخدامًا. يُفترض أن زيادة ضوء الشمس تعني زيادة توليد الطاقة، لكن هذا ليس صحيحًا. تُلحق درجات الحرارة العالية وأشعة الشمس الضرر بالألواح وكفاءتها من خلال تغيير خصائص أشباه الموصلات، مما يزيد التيار ويُقلل الجهد. كما أنها تُسبب انخفاض عمر الوحدات ومكوناتها. تؤثر الإدارة الحرارية السليمة إيجابًا على كفاءة الوحدات.
8. التفكير
تُصنع الألواح الشمسية من السيليكون، وتُضاف إليها مادة البورون والفوسفور، مما يمنحها شحنات سالبة وموجبة. هذه الطلاءات تجعل سطحها لامعًا وعاكسًا. ولكن المزيد من الانعكاس يعني امتصاص أقلمما يؤدي إلى توليد قدر أقل من الطاقة.
9. التظليل
كفاءة الألواح الشمسية معرضة للتظليل جزئيًا أو كليًا. يؤثر على القدرة الإجمالية للألواح الشمسية وكمية الطاقة التي توفرها. التوصيل التسلسلي للألواح الشمسية يُمكّنها من توليد جهد أعلى، وبالتالي فهو مناسب لتوليد الكهرباء. لكن هذا لا ينطبق عند تظليل الخلايا، إذ سيؤثر ذلك على التيار المار عبر الوحدة بأكملها، مما يُقلل من الكفاءة الكلية للألواح. لتخفيف الفاقد، تُستخدم الثنائيات وتُوصل بالتوازي مع الخلايا الشمسية، مما يسمح للخلايا الشمسية المتصلة بسلسلة من الخلايا بتوليد الكهرباء بجهد منخفض.
10. التلوث
يغطي هذا المصطلح الثلج وأوراق الشجر والأوساخ والحطام وروث الحيوانات والغبار على سطح الألواح الشمسية. زيادة اتساخ الألواح الشمسية، مما يؤدي إلى انخفاض أدائها الإجمالي مما يؤدي إلى انخفاض الكفاءة حيث لا تصل كمية كافية من ضوء الشمس إلى سطح الألواح.
11. شدة الشمس
هناك عامل آخر يؤثر على كفاءة الألواح الشمسية وهو كمية الإشعاع أو الطاقة الشمسية التي تسقط على الألواح الشمسية تُعرف بشدة أشعة الشمس. تُحدد هذه الشدة بزاوية وموقع الشمس في السماء. كما يتأثر ميل وشدة أشعة الشمس بمنطقتك، مما يؤثر بشكل عام على كفاءة الألواح الشمسية.
اقرأ أيضا: كيفية تقييم الألواح الشمسية باستخدام 5 معايير رئيسية
هل يمكن زيادة كفاءة الألواح الشمسية؟
بعد الاطلاع على الأسباب والعوامل المحتملة لانخفاض كفاءة الألواح الشمسية، يعتقد الكثيرون أنها عملية طارئة لا مفر منها. ولكن هناك من يتساءل، مثلك، عن إمكانية زيادة كفاءة الألواح الشمسية. فأجبتُ: نعم، بالطبع، هذا ممكن. إليك طرق تحسين كفاءة الألواح الشمسية.
1. تفضيل الألواح الشمسية عالية الجودة
تعتمد كفاءة الألواح الشمسية على أنواع الخلايا الكهروضوئية والتكنولوجيا المستخدمة فيها. في الوقت الحاضر، تتوفر الألواح أحادية البلورة، ومتعددة البلورة، والألواح ذات الأغشية الرقيقة. تتمتع الألواح الأحادية بأعلى كفاءة مما يجعلها أغلى قليلاً من الألواح متعددة الطبقات، التي تقل كفاءتها قليلاً عن الألواح أحادية البلورة. لكن ألواح الأغشية الرقيقة هي الأقل كفاءة والأرخص ثمناً. لذا، فإن أفضل طريقة للحصول على كفاءة عالية من ألواحك الشمسية هي اختيار لوح ذي تصنيف كفاءة عالي.
2. استخدم تكنولوجيا أفضل
بعد التعرف على العوامل المؤثرة على كفاءة الألواح الشمسية، من الأفضل معرفة طرق تحسينها أيضًا. لا تُصنع جميع الألواح بنفس التقنية، ولكن الباحثين طوروا تقنيات أحدث لتحسين كفاءة الألواح الشمسية.
أ) خلية نصف مقطوعة: يستخدم تقليديا يتم قطع خلايا السيليكون إلى نصفين باستخدام الليزر، ثم توصيلها معًا. تُعرف هذه الخلايا بالخلايا نصف المقطوعة أو الخلايا المزدوجة. بفضل هذه التقنية، تتحسن متانة الوحدة وأدائها.
ب) الخلايا الكهروضوئية عالية التركيز (CPV): يتم تصنيع الألواح الشمسية ذات الطاقة الكهروضوئية المركزة وفقًا لمبدأ تركيز ضوء الشمس على الخلايا الشمسية عالية الكفاءة للغاية لتقليل تكاليف الشراء المباشرة. تتمتع الألواح الشمسية المتوسطة بأعلى مستويات الكفاءة، والتي تصل إلى ٢٢٪، بينما يمكن للخلايا الكهروضوئية المركزة أن تصل إلى مستويات كفاءة تصل إلى ٤٦٪.
ج) الأسقف الشمسية المتكاملة: استُبدلت الأسقف التقليدية بأسقف من ألواح شمسية سلسة. يشمل ذلك تركيب المزيد من الألواح ضمن مساحة محدودة، مما يزيد من إنتاج الطاقة.
د) وحدات أحادية PERC: إنها نسخة متطورة من الألواح الشمسية أحادية البلورة، مزودة بطبقة مُخمَّدة في الجزء الخلفي من الوحدة. تسمح هذه الطبقة بامتصاص المزيد من الضوء، مما يُؤدي إلى زيادة توليد الطاقة.
هـ) تقنية القضبان المتعددة: قضبان التوصيل هي خيوط فضية تمر عبر الألواح الشمسية وتحمل تيارًا مستمرًا (DC). زيادة عدد قضبان التوصيل تقلل وقت النقل بين شرائط الخلايا الشمسية، مما يزيد من إنتاجيتها.
انظر أيضا: كيف تعمل الطاقة الشمسية النشطة؟
3. اختر مثبتين موثوقين وخبراء
من الطبيعي أن تُنتج الألواح الشمسية المُركّبة بشكل غير صحيح طاقة أقل أو لا تُنتج أي طاقة على الإطلاق. تأكد من استئجار خبير التثبيت لهذا الغرض، يجب أن يكون لدى الخبير فهمٌ للعوامل المؤثرة على كفاءة الألواح الشمسية والعمل وفقًا لذلك. سيتمكن الخبير من تحديد الزاوية والاتجاه المناسبين للألواح، بالإضافة إلى معرفة كيفية إصلاح المشاكل الهيكلية في حال ظهورها أثناء التركيب.
4. السماح بفجوات تدفق الهواء
للتغلب على الضرر الناتج عن العوامل المؤثرة على كفاءة الألواح الشمسية جرب هذه الطريقة. ارتفاع درجة الحرارة هو قاتل الأجهزة الكهربائية وسبب محتمل لانخفاض الكفاءة. عملية توليد الطاقة في أنظمة الألواح الشمسية تتناسب عكسيًا مع درجة حرارة الألواح. بعض الأسطح، مثل ألواح الأسقف أو السقائف المصنوعة من الصفيح، تسخن بسرعة، لذلك يجب الحفاظ على مسافة مناسبة بين الألواح. السقف والألواح. سيؤدي هذا إلى توفير تدفق هواء سهل ولن تسخن الألواح بشكل زائد.
5. تنظيف الألواح بشكل صحيح
نظرًا لأن الألواح هي الجزء الأكثر أهمية في النظام بأكمله، تتأثر الكفاءة عندما تكون غير نظيفة. لا تتطلب الألواح الشمسية صيانة دورية، ولكن التنظيف الدقيق كل ستة أشهر أو سنة أمر ضروري. بفضل هذا، سيتحسن إنتاج الطاقة بشكل ملحوظ، لأن بقع الماء والغبار والحطام وغيرها من العوامل الخارجية المتراكمة على الألواح تُقلل من كفاءتها.
ملاحظاتتأكد من تنظيف اللوحة في الأيام التي تكون فيها درجات الحرارة طبيعية، حيث لا تكون درجة الحرارة مرتفعة، وإلا فقد يؤدي ذلك إلى تشققات دقيقة. وهذا بدوره سيكون السبب وراء انخفاض كبير في الكفاءة.
6. تجنب الظلال
يتطلب توليد الطاقة بكفاءة التعرض الكامل لأطول فترة ممكنة خلال النهار، وهو ما ينخفض في حال تركيب الألواح في مناطق مظللة. لذلك، قبل التثبيت تأكد من عدم وجود ظل من خزانات المياه، أو الشرفات، أو أي شيء آخر على السطح.
انظر أيضا: ما هي محطة الطاقة الشمسية العائمة؟
7. اختر ألواحًا تتحمل الظل
في حالة عدم إمكانية تجنب المناطق المظللة، لديك خيار آخر للحفاظ على نظام الألواح الشمسية وزيادته من حيث الكفاءة. اختر الألواح ذات التسامح في التظليل للحصول على الأداء الأمثل حيث يتم تصنيعها لمثل هذه المواقف.
8. اختر الأسلاك الصحيحة
هناك 3 أنواع من الأسلاك للألواح الشمسية وهي متوازي، متسلسل، ومختلطيزيد التوصيل المتوازي من التيار الكلي، ويزيد التوصيل التسلسلي للألواح الشمسية من الجهد الكلي، بينما يُعطي نمط التوصيل المختلط قدرة وات أعلى. اختيار نمط التوصيل المناسب سيزيد من الكفاءة الكلية للألواح الشمسية من خلال توفير الكمية المناسبة من الجهد أو التيار حسب الحاجة. وسيساعد ذلك على التغلب على العوامل التي تؤثر على كفاءة الألواح الشمسية إلى حد كبير.
اقرأ أيضا: كيفية توصيل محول الطاقة 5000 واط؟
9. جدولة الفحوصات الوقائية
لهذا الغرض، يقوم المهندسون بفحص الوحدات والمكونات للتأكد من أنها تعمل بشكل جيد. وهم ماهرون في ملاحظة أي اختلافات قد تؤدي إلى انخفاض كفاءة إنتاج اللوحة، والتي قد لا تُلاحظ. يمكنك القيام بما يلي:
- تحقق مخرج قوي من خلال نظام مراقبة عبر الإنترنت بشكل منتظم.
- تعقب الطاقة اليومية المنتجة بواسطة النظام.
- استكشاف في حالة حدوث مشاكل بسيطة.
- في حالة حدوث أي مشكلة كبيرة، اتصل بـ فريق الدعم.
10. الاستفادة من الخصومات
تقدم الحكومات الخصومات والإعفاءات الضريبية للأفراد والشركات والقطاعات على المستويات المحلية والولائية والفيدرالية. كما قد تقدم شركات المرافق المحلية حوافز لتركيب أنظمة جديدة. يمكنك زيادة كفاءة نظام الألواح الشمسية لديك بتركيب ألواح جديدة أو أكثر، وهذه الخصومات والحوافز مفيدة.
11. مُركّزات الطاقة الشمسية
أنه جهاز يساعد على تحسين تركيز الطاقة الشمسية الممتصة بزيادة التركيز في مساحات أصغر على الألواح باستخدام مرايا كبيرة، ارتفعت مستويات الكفاءة، مما أدى إلى زيادة إنتاج الطاقة.
انظر أيضا: BIPV مقابل BAPV
ما هي الطرق التي تؤدي إلى تحسين كفاءة الألواح الشمسية بمرور الوقت؟
يمكنك زيادة كفاءة الألواح الشمسية باتباع الإجراءات المذكورة أعلاه. لكن الحفاظ على ذلك يتطلب فهمًا أفضل للطرق التي تؤدي إلى تحسين كفاءة الألواح الشمسية بمرور الوقت. على مستوى الصناعة، يُعدّ التقدم والتحسين المستمر في تكنولوجيا الطاقة الكهروضوئية السبب الرئيسي وراء تحسين الكفاءة بمرور الوقت. في السنوات الأخيرة، ارتفع متوسط كفاءة التحويل للألواح الشمسية. من 15% إلى أكثر من 21%.
نظرًا لأن العاملين الرئيسيين اللذين يحددان كفاءة الألواح الشمسية هما: كفاءة الخلايا الكهروضوئية (بناءً على نوع السيليكون وتصميم الخلية)، وكفاءة اللوحة الكلية (بناءً على التكوين وحجم اللوحة وتخطيط الخلية)إذا كنت ترغب في التغلب على انخفاض الكفاءة مع مرور الوقت، يمكنك زيادة حجم اللوحة. سيؤدي ذلك إلى توفير مساحة سطحية أكبر لامتصاص المزيد من أشعة الشمس.
كيف يمكن زيادة كفاءة الألواح الشمسية باستخدام المرايا؟
من بين العوامل المؤثرة على كفاءة الألواح الشمسية، زاوية أشعة الشمس هي الأهم. إليك كيفية تحسينها باستخدام المرايا. تستخدم العديد من وحدات الطاقة الشمسية مرايا مسطحة لزيادة الكفاءة من خلال تركيز ضوء الشمس على الألواح طوال اليوم. ويتم ذلك بالطرق التالية:
1. إعادة توجيه ضوء الشمس باستخدام المرايا: ضع المرايا حول الألواح بزوايا بحيث يتم توجيه ضوء الشمس نحو الألواح. قم بتتبع موضع الشمس طوال اليوم ثم ضع المرايا بزوايا معينة مناسبة.
2. ضوء الشمس يعمل مع المرايابسبب الأسطح العاكسة للمرايا، ينعكس ضوء الشمس ويسقط على أقرب مادة صلبة أمامها، وهي الألواح الشمسية. تأكد من عدم وضع المرايا تحت الظل أو بالقرب منه.
3. أنواع المرايا المستخدمة: للحصول على كفاءة أفضل وزيادة في كفاءة الألواح، قم باختيار النوع المناسب من المرايا.
- استخدم المرايا الكبيرة، على الأقل اثنتين. سيساعد ذلك في تتبع الشمس بشكل أفضل طوال اليوم وسيضيف مساحة سطح أكبر للانعكاس.
- استخدمي المعادن المصقولة بدلاً من المرايا إذا كنتِ تخافين من الكسر.
- قم بتحديد عدد وحجم المرايا وفقًا لحجم نظام الألواح الشمسية.
اقرأ أيضا: ما هي أنواع الألواح الشمسية الأربعة؟
هل استخدام المرايا لتوجيه ضوء الشمس خطير؟
نعم، قد يكون استخدام المرايا خطيرًا إلى حد ما إذا استُخدم دون احتياطات مناسبة. إليك قائمة بـ بعض المخاطر الشائعة استخدام المرايا مع الألواح الشمسية.
- خطر الضرر المحتمل إلى الألواح الشمسية
- إمكانية كسر المرايا
- تهديد الحرائق
ومع ذلك، يمكنك تجنب هذه المخاطر إلى حد ما بالطرق التالية:
- يؤدي انعكاس الكثير من الضوء على الألواح الشمسية إلى ارتفاع درجة حرارتها، وبالتالي رفع درجة حرارتهم الإجمالية. إنه يؤثر على الكفاءة بشكل عام
- من الصعب تجنب انكسار المرايا، إذ قد يؤدي سقوط غصن شجرة أو عاصفة أو كرة بيسبول إلى إتلافها بسهولة. لذا، يُنصح بـ التحقق منها بانتظام لأي علامات مبكرة للضرر أو الشقوق.
- محاذاة المرايا بعناية بزوايا تسمح للضوء المنعكس بالسقوط على الألواح الشمسية، وليس على المنزل أو العشب. هذا يُقلل من خطر الحريق.
حسنًا، من السهل ملاحظة العوامل المؤثرة على كفاءة الألواح الشمسية، ويمكن الحد من تأثيرها باتخاذ الإجراءات المناسبة. هناك طرق لتحسين كفاءة الألواح الشمسية، فهي باقية، ومن الأفضل صيانتها وفقًا لذلك.
