ملخص:
تناقش هذه المقالة تأثير الحرارة على أداء الألواح الشمسية، كما تعرُض بعض الطرائق المتبعة لتخفيف هذا التأثير عند التركيب في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة.
مقدمة:
لا يخفى على الكثيرين أنّ أنظمة الطاقة الكهروشمسية تنتج شتاءً طاقة كهربائية أقل مما تنتجه خلال أشهر الصيف، ويعود السبب في ذلك إلى زيادة عدد الساعات المشمسة وقيمة الاشعاع الشمسي صيفاً، وليس ارتفاع درجة الحرارة كما يعتقد البعض
فما هو التأثير الحقيقي لدرجات الحرارة على أداء الخلايا الشمسية؟
أداء الألواح في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة:
– يؤدي ارتفاع درجات الحرارة إلى نقصان استطاعة الألواح الشمسية وانخفاض أدائها عمّا هو عليه ضمن الظروف القياسية.
وهنا قد يتساءل بعض المهتمين في هذا المجال: ألا تعني درجات الحرارة الأعلى زيادة طاقة الالكترونات ضمن الخلية الشمسية؟ وبالتالي فهي بحاجة إلى طاقة إشعاع شمسي أقل لتشارك في توليد التيار الكهربائي؟ وبالتالي طاقة كهربائية أكبر؟؟؟
الحقيقة أن عملية التحليل المنطقية هذه صحيحة وأن ارتفاع درجة الحرارة سيؤدي بالفعل إلى زيادة قيمة التيار الكهربائي المولد من الخلية بشكل طفيف، ولكن في المقابل فإن قيمة توتر الخلية سوف تنخفض بشكل كبير نتيجة نقصان قيمة حاملات الشحنة حول طبقة الوصلة في الخلية الشمسية نتيجة اكتسابها طاقة زائدة مكنتها من عبور هذه الطبقة.
وبتالي فإن زيادة طفيفة في قيمة التيار قابلها انخفاض كبير في قيمة الجهد الكهربائي للخلية، مما أدى إلى انخفاض قيمة الاستطاعة الكلية والتي هي حاصل جداء كل من التيار والتوتر.
منحنيات التيار والتوتر للوح LR5-72HPH-545 من شركة LONGI
هل يمكن التنبؤ بمقدار نقصان استطاعة اللوح؟
يعد التنبؤ بمقدار نقصان الاستطاعة عند ارتفاع درجات الحرارة أمراً ممكناً وضرورياً عند تصميم هذه الأنظمة.
ويتم ذلك عن طريق معرفة درجة الحرارة المتوقعة للخلية ومعامل التأثر الحراري (Temperature Coefficient) لها من مواصفات اللوح.
ويعبّر معامل التأثر الحراري عن مقدار انخفاض استطاعة اللوح لكل زيادة مقدارها درجة مئوية واحدة عن القيمة القياسية والتي هي C°25.
وتتراوح قيمة معامل التأثر الحراري بين (0.3-0.5%/°C) وتتبع هذه القيمة تقنية التصنيع والشركة المصنعة.
ويتوجب الانتباه أن هذه القيمة تتبع درجة حرارة اللوح وليس درجة حرارة الوسط الخارجي، حيث يمكن أن تصل درجة حرارة اللوح إلى C°45 عند درجة حرارة C°20 للوسط الخارجي، وهذا يتبع طريقة تركيب اللوح ووجود رياح بالإضافة إلى لون اللوح وغيرها من الاعتبارات.
معامل التأثر الحراري كما هو مذكور في جدول المواصفات للوح JKM550M-72HL4
مقارنة بين معامل التأثر الحراري للألواح الشمسية المصنعة بتقنيات مختلفة
كيفية التقليل من تأثير الحرارة الزائدة:
حقيقة فإن زيادة الحرارة ليست بالأمر الخطير، حيث تصمم الألواح الشمسية للعمل في كافة درجات الحرارة المتوقعة، وكل ما يتوجب فعله هو أخذ نقصان الاستطاعة بالحسبان عند تصميم منظومة الطاقة الشمسية.
ومن الجدير بالذكر ما عرضته بعض الدراسات، حيث أوضحت أن الألواح الشمسية المركبة في الدول ذات درجات الحرارة المرتفعة والبيئات الصحراوية كما هو حال بعض دول الخليج العربي، قد تؤدي لنقصان في الاستطاعة يصل حتى 40%، ولذلك يلجأ في بعض الأحيان إلى تبريد الألواح بالماء إما بشكل مباشر كما هو موضح في الصورة، أو بشكل غير مباشر عن طريق تمرير أنابيب مياه أسفل الالواح.
تبريد الألواح عن طريق رشها بالماء
كما ينصح في مثل هذه الحالات بتجنب تركيب الألواح على الأسقف مباشرة في حال وجود إمكانية لتركيبها بالطريقة التقليدية، حيث أظهرت الدراسات أن التهوية الطبيعية تؤدي لخفض درجة حرارة اللوح بحدود C°10 مقارنة بالألواح المركبة على الاسقف.
أداء الألواح في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة:
على عكس الحالة السابقة، فإن انخفاض درجات الحرارة عند ثبات الإشعاع الشمسي يؤدي إلى زيادة قيمة الاستطاعة المنتجة من الألواح الشمسية نتيجة زيادة قيمة التوتر الكلي للوح.
خصائص الأداء لأحد الألواح من شركة جينكو سورلار JKM530-550M-72HL4-(V)-F3-EN
الخلاصة:
تتطلب عملية تصميم النظام الكهروشمسي إدراكاً تاماً بمواصفات الألواح المستخدمة، ودرجات الحرارة المتوقعة لموقع التركيب، وغيرها من النواحي الفنية. ولذلك ننصح دائماً باستشارة المختصين في هذا المجال.
