هل تحسِّن أنصاف الخلايا من أداء الألواح الشمسيّة عند التظليل؟

ملخص:

تعرُض هذه المقالة ملخصاً لأداء الألواح الشمسية التي تعتمد تقنية أنصاف الخلايا (Half-cut cells) أثناء حالات التظليل المختلفة.

مقدمة:

يعتبر تظليل الألواح الشمسية أحد أكبر العقبات التي يعاني منها المختصون عند محاولة تصميم الأنظمة الكهروضوئية، وذلك لما تسببه هذه الظاهرة من ضياعات في الاستطاعة ومخاطر تتعلق بأذية الألواح عند ارتفاع درجات الحرارة.

تساعد بعض التقنيات في التقليل من آثار التظليل على المنظومة كنتيجة ثانوية لمبدأ عملها كما هو حال محسنات الاستطاعة والمعرجات الميكروية وتقنية أنصاف الخلايا محور مقالتنا هذه.

فهل تساعد تقنية أنصاف الخلايا حقاً في التقليل من آثار التظليل؟ وهل هناك شروط لتحقيق ذلك؟

وللإجابة عن هذا السؤال سنقوم بعرض مقارنة بين أداء لوحين لهما ذات الاستطاعة عند حالات تظليل مختلفة، أحدهما مصنّع باستخدام تقنية الخلية الكاملة والآخر باستخدام تقنية نصف الخلية.

وستتم مقارنة منحنيات الأداء لكلا اللوحين عند ثلاث حالات تظليل مختلفة.

علماً أن لكلا اللوحين بشكل تقريبي نقطة العمل العظمى التالية:

وسيتم عرض نتائج الحالات الثلاثة ومناقشة الحالة الثانية بشكل خاص لبيان الفارق الحقيقي بين التقنيتين.

الحالة الأولى

الحالة الثانية

مناقشة الحالة الثانية:

• نلاحظ أن تظليل اللوح التقليدي وكما هو متوقع أدى إلى فقدان أكثر من ثلثي الاستطاعة الكلية، وذلك نتيجة خسران السلسلتين المعرضتين للتظليل، وقد بلغت الاستطاعة العظمى في هذه الحالة 108[W]. (لمعرفة المزيد عن أداء الألواح الشمسية التقليدية اثناء التظليل يمكنكم قراءة المقالة التالي).

• أما في حالة الألواح ذات نصف الخلية فنلاحظ وجود نقطتي عمل.

النقطة الأولى: عند هذه النقطة فإن قيمة التيار المستجر من اللوح تساوي 10[A]، وستكون قيمة استطاعة اللوح 108[W] وهذه الحالة مشابهة لحالة عمل اللوح التقليدي.

النقطة لثانية: عند هذه النقطة فإن قيمة التيار المستجر من اللوح تساوي 5[A]، وستكون قيمة استطاعة اللوح 180[W]، أي ما قدره نصف استطاعة اللوح.

وهنا يأتي السؤال الأهم، أي هاتين الحالتين هما نقطة العمل الحقيقية للوح؟

الحقيقة أن الإجابة عن هذا السؤال يحددها الانفرتر المسؤول عن تحديد نقطة العمل العظمى للمنظومة.

قد يعتقد البعض أن البديهي كون نقطة العمل الثانية هي نقطة العمل العظمى!

ولكن الواقع أن النقطة الثانية تؤدي لمرور تيار قدره 5[A] في جميع ألواح السلسلة كون جميع الألواح موصولة على التسلسل، أي نقصان استطاعة جميع الألواح في السلسة إلى النصف، أما نقطة العمل الأولى فهي قادرة على تحصيل الاستطاعة العظمى من جميع الألواح غير المظللة كون تيار اللوح بقي بقيمته العظمى 10[A].

ويوضح الجدول الآتي نقطتي العمل لسلسلة مكونة من عشرة ألواح من الألواح سابقة الذكر.

يتبين من الجدول السابق أن نقطة العمل الأولى هي نقطة العمل العظمى للمنظومة وبالتالي فإن الانفرتر سيقوم وبشكل تلقائي باختيارها وذلك بالاستعانة بمدخل MPPT.

من الطبيعي أنم يتبادر لذهن كل قارئ الآن الاستفسار الآتي: لماذا تشير أغلب المقالات العلمية إلى أن هذه الألواح قادرة على تقليل الضياعات الناتجة عن التظليل مقارنة بالألواح التقليدية؟

السبب كون هذه الألواح قادرة على تقليل الخسائر الناتجة عن التظليل المتجانس بين جميع الألواح في السلسلة، والذي قد ينتج عن ظلال الأجسام المجاورة أو حالة التظليل الذاتي بين الصفوف ضمن المصفوفة.وهي الحالة الثالثة في هذا المقال.

الحالة الثالثة

الخلاصة:

تساعد الألواح المكونة من أنصاف الخلايا في تقليل الآثار الناتجة عن التظليل عند بعض حالات العمل، ولا يمكن تحديد نسبة التقليل هذه دون الدراية الكاملة ببنية المنظومة وحالة التظليل المؤثرة.

:المراجع

https://www.gses.com.au/how-do-half-cut-solar-cells-work-while-shaded/