في محطة كهروضوئية نموذجية حيث تعمل الوحدات بما يقارب 25 درجة مئوية فوق درجة الحرارة المحيطة يمكن أن تصل خسائر الطاقة إلى 12%

الفريق وجد أن رفع الخلايا الشمسية وزيادة التباعد بين صفوفها يزيدان إنتاج الطاقة بنسبة 2 إلى 3% (جامعة إم آي تي)

بخلاف الافتراض السائد بأن زيادة تعرض الخلايا الشمسية للشمس تزيد قدرتها على توليد الطاقة كشفت دراسة جديدة أن كثرة التعرض للشمس والحرارة يمكن أن تقلل كفاءة الخلايا الكهروضوئية.
وأشارت الدراسة إلى أن الخلايا الكهروضوئية تعمل بكفاءة أكثر عندما تعمل في درجات حرارة منخفضة، وهو ما يمكن تحقيقه في المزارع الشمسية التي توزع المصفوفات وتستخدم الرياح لصالحها.


ووفقا للدراسة التي نشرت يوم 29 نوفمبر/تشرين الثاني الماضي في دورية "جورنال أوف رينيوابل آند ساستينبل إنرجي" (Journal of Renewable and Sustainable Energy)، فإنه مع ارتفاع درجة حرارة التشغيل بمقدار درجة مئوية واحدة تفقد الخلايا الشمسية التقليدية القائمة على السيليكون حوالي 0.5% من كفاءتها، وفي محطة كهروضوئية نموذجية حيث تعمل الوحدات بما يقارب 25 درجة مئوية فوق درجة الحرارة المحيطة يمكن أن تصل خسائر الطاقة إلى 12%.

كل محطة شمسية تتسم بتصميم مختلف عن الأخرى مما يسهم في تحسين الاستفادة من الإشعاع (جامعة إم آي تي)
آلية التبريد الطبيعية
يتطلب هذا تدابير تبريد فعالة لمزارع الطاقة الشمسية حسب ما أكدته الدراسة التي أعدها باحثون من جامعتي بورتلاند ستيت ويوتا الأميركيتين والمختبر الوطني للطاقة المتجددة "إن آر إي إل" (NREL) عن كيفية استغلال هندسة المزارع الشمسية لتعزيز آليات التبريد الطبيعي.
ومع استخدام طرق التبريد الحديثة تتفاعل الرياح أو الماء مع أسطح الألواح الشمسية، لذلك يستخدم البعض الآخر مواد محددة ذات حساسية حرارية أقل، ومع ذلك تتطلب هذه التقنيات موارد كبيرة للتشغيل.
في المقابل، يمكن للمزرعة الشمسية المزودة بألواح متباعدة بشكل مثالي أن تبرد نفسها من خلال الحمل الحراري باستخدام الرياح المحيطة.
وقد قام الفريق بتحسين النماذج التي تحسب كمية الطاقة التي ستنتجها محطة طاقة شمسية معينة بناء على عوامل مثل المواد والظروف البيئية ودرجة حرارة اللوح، وركز بشكل خاص على هندسة المزارع الشمسية أو مدى وجود فواصل كافية بين الألواح.




ويمهد هذا الارتباط بين هندسة الإنشاء والكفاءة في التشغيل الطريق لتوليد طاقة أكثر دقة، بالإضافة إلى نماذج للتنبؤ بالتكلفة اللازمة لتلبية احتياجات الصناعة من هذه الألواح.

العلاقة بين الوحدة الكهروضوئية ودرجة الحرارة المحيطة تتأثر بالعوامل البيئية (شترستوك)
الفرضية الرئيسية
وقالت سارة سميث المؤلفة الرئيسية للدراسة والباحثة في جامعة بورتلاند ستيت في تصريح للجزيرة نت عبر البريد الإلكتروني إن الفرضية الرئيسية للدراسة كانت أن التقدير الأكثر دقة للحمل الحراري في محطة الطاقة الشمسية وكفاءة الإنتاج يجب أن تأخذ في الاعتبار المزرعة ككل وجميع التغييرات الممكنة في ترتيب مكونات المزرعة من ألواح ومعدات أخرى، إذ يندر أن يكون لأي محطتين الإعدادات نفسها.
وتلفت سميث إلى أن العلاقة بين الوحدة الكهروضوئية ودرجة الحرارة المحيطة تتأثر كذلك بالعوامل البيئية، فإذا انخفضت درجة وضوح السماء فإن الوحدة تكون أقل قدرة على التبريد، مما يؤدي إلى مزيد من تسخين الوحدة الكهروضوئية، وبالتالي فقدان القدرة على التوليد.
وتتسم كل محطة شمسية بتصميم مختلف عن الأخرى، مما يسهم في تحسين الاستفادة من الإشعاع الشمسي والتوافق مع البيئة المحيطة بها، فالألواح الشمسية يجب أن تكون ذات ارتفاعات مختلفة اعتمادا على الغطاء النباتي الموجود في المنطقة، ويتغير ميل الألواح الشمسية مع خط العرض، ويعتمد تباعد صفوفها على مدى توفر الأرض الملائمة.

الاكتفاء بما تزيله مياه الأمطار من ملوثات عالقة على أسطح الألواح الشمسية يضعف توليد الطاقة (شترستوك)
وقد أجرى المؤلفون تجارب عالية الدقة لمحاكاة حركة الرياح، ثم جمعوا البيانات اللازمة للتأكيد صحة نموذجهم، وفقا للبيان الصحفي الصادر عن المعهد الأميركي للفيزياء والمنشور على موقع "يوريك ألرت" (Eurek Alert).
كما درس الفريق التسخين والتبريد الكهروضوئي مع اختلافات في ارتفاع الوحدات، وتباعد الصفوف، وزاوية التوجيه، والرياح، ووجدوا أن رفع الخلايا الشمسية وزيادة التباعد بين صفوف الألواح يزيدان إنتاج الطاقة بنسبة 2 إلى 3%.
وأوضحت الباحثة في تصريحها للجزيرة نت أن الاكتفاء بما تزيله مياه الأمطار من ملوثات عالقة على أسطح الألواح الشمسية يضعف توليد الطاقة بنسبة تتراوح بين 30 إلى أكثر من 50% سنويا، خاصة في المناطق عالية التلوث والصحراوية.
وأشارت إلى أن حركة الرياح -خصوصا في أوقات المطر- تتسبب في إضعاف تأثير الحرارة، لكنه يتفاوت بشكل مختلف في كل محطة للطاقة الشمسية بناء على ترتيب ألواحها في الصف، مما يؤدي في النهاية إلى تغيير مدى كفاءة إزالة الحرارة من أسطح الوحدات.