تتعرض الألواح الكهروضوئية لعوامل بيئية متعددة تؤثر بشكل كبير على أدائها وكفاءتها. فالإشعاع الشمسي العالي يعزز إنتاجية الخلايا الشمسية، في حين أن ارتفاع درجة الحرارة تقلل من كفاءتها. وليس هذا فحسب، بل تواجه الألواح تحديات الناجمة عن توزع الغبار والتلوث في الجو، مما يؤثر سلباً على كفاءة هذه الألواح. بالإضافة إلى الرياح والتظليل والرطوبة والتي تظهر آثارهم جلية على أداء الألواح الكهروضوئية.
في هذا المقال سنتعرف على أبرز العوامل البيئية المؤثرة على أداء الألواح الشمسية بما فيها الإشعاع الشمسي، درجة الحرارة، الغبار، الرياح والرطوبة
تأثير الإشعاع الشمسي
يعتمد إنتاج الألواح الكهروضوئية بشكل أساسي على الطاقة الشمسية أو الإشعاع الشمسي والذي يعرف بأنه كمية الأشعة الشمسية الساقطة على مساحة معينة والقادرة على توليد طاقة كهربائية.
يتغير هذا الإشعاع وفقاً للظروف الجوية والتغيرات الموسمية والموقع الجغرافي والوقت من اليوم وموقع الشمس في السماء ويعتبر الجو الغائم العامل الرئيسي الذي يؤثر على قيمة هذا الإشعاع المتغيرة
تأثير درجة الحرارة
كثيراً ما يعتقد البعض أن درجات الحرارة المرتفعة من شأنها أن تزيد من كفاءة الألواح. ولكن الحقيقة أن الألواح الشمسية تكون أكثر إنتاجية عندما تكون درجات الحرارة منخفضة فالحرارة المرتفعة تقلل من إنتاج الطاقة للخلايا الشمسية بسبب انخفاض الجهد.
وتشير الدراسات إلى أنه كفاءة الخلية الشمسية تنخفض بنسبة 3.13% عند حرارة تشغيل تبلغ 56 درجة مئوية كما تنخفض بنسبة 69% عند درجة حرارة 64.
يظهر الشكل أدناه العلاقة بين درجة الحرارة وكفاءة الخلية الشمسية حيث يتبين لدينا أن كفاءة الخلية الشمسية تزداد إلى ما يقارب 12% عند درجة حرارة 36 درجة مئوية لتنخفض الكفاءة بعدها مع زيادة درجة الحرارة.
تأثير الغبار
تعتبر المواقع الصحراوية بيئة مثالية لتركيب محطات الطاقة الشمسية، نظرًا للإشعاع الشمسي العالي المتوفر في هذه المناطق. ومع ذلك، تواجه هذه المناطق تحديات مناخية قاسية قد تؤثر سلباً على كفاءة الألواح الشمسية.
فالغبار وبخار الماء والملوثات الأخرى الموجودة في الهواء تمنع ضوء الشمس من الوصول إلى سطح اللوح مما يؤدي إلى تدهور كفاءتها. وتُعزى خسارة الألواح كفاءتها إلى سببين هما:
- استقرار الغبار على الألواح وتلويثها عن طريق تراكم الجزيئات يُشكّل عائقًا أمام وصول الإشعاع الشمسي للألواح ومن ثم خفض معدّل توليد الكهرباء منها.
- تراكم جزيئات الغبار في الغلاف الجوي يعيق وصول الإشعاع الشمسي بالقدر الكافي إلى الألواح.
يعتمد تراكم الغبار على عدة عوامل بيئية كسرعة الرياح والرطوبة والأمطار ويصبح الأمر أكثر حدة في المناطق الصحراوية حيث تكون كثافة الغبار مرتفعة مع قلة بهطول الأمطار
وقد أظهرت الدراسات أن نسبة تدهور كفاءة الألواح الموجودة في السواحل الغربية والسواحل الشرقية في المملكة العربية السعودية قد تصل إلى 15% و45% على التوالي.
وأما عن الإمارات العربية المتحدة فقد أظهرت دراسة نُشرت في مجلة MDPI أن الألواح تخسر 50% من إنتاجها للكهرباء بسبب تراكم جزيئات الغبار على الألواح بالإضافة إلى ارتفاع درجات الحرارة.
وأما بالنسبة للمناطق الرطبة، فإن الرطوبة الجوية تؤثر بشكل كبير على قدرة جزيئات الغبار على الالتصاق بسطح الألواح الكهروضوئية فتترسب جزيئات الغبار على سطح الألواح الكهروضوئية وتمتص الرطوبة من الهواء لتشكل طبقة من الطين الذي يؤدي بدوره إلى حدوث تظليل على الألواح وبالتالي يقلل من خرج الطاقة.
تأثير الرياح
تؤثر سرعة واتجاهها بشكل كبير على كفاءة الألواح الكهروضوئية في إنتاج الطاقة. فقد يظهر تأثيرٌ إيجابي للرياح على الألواح إذ أن الرياح اللطيفة تساهم في خفض درجة حرارة الألواح. ووفقاً لأحدث الدراسات التي أجريت في الولايات المتحدة الأمريكية ظهر أنه عند سرعة رياح تبلغ 10 م/ثا، يمكن خفض درجة حرارة التشغيل بمقدار 3.5 درجة مئوية . كما أنه يمكن خفض درجة الحرارة إلى 10 درجات مئوية لسرعة رياح تبلغ 2.8-5.3 م/ثا في المملكة العربية السعودية. بالإضافة إلى ذلك، فإن الرياح تعمل على دفع جزيئات الغبار بعيداً عن سطح الألواح الكهروضوئية وتقلل من ترسبها على سطحها
من ناحية أخرى، يمكن أن تسبب الرياح العاتية أضراراً مادية للألواح الشمسية، مثل الانحناء أو الكسر. كما أنها قد تؤدي إلى فصل الألواح عن نقاط التثبيت الخاصة بها، وفقدان اتصالها بالشبكة الكهربائية، وفقدان الكفاءة. فضلاً عن تأثيرها السلبي في المناطق الصحراوية، إذ أنها تحمل كميات كبيرة من ذرات الغبار والرمل.
تأثير الرطوبة
أشارت دراسات حديثة إلى أن انخفاض الرطوبة النسبية من 60% إلى 48% قد ساهم في زيادة كفاءة الخلايا الشمسية من 9.7% إلى 12.04%.
فالرطوبة تعتبر من العوامل المؤثرة على أداء الألواح الشمسية لأن قطرات الماء قد تسبب انعكاساً أو انكساراً لأشعة الشمس بعيداً عن الخلايا الشمسية مما يقلل من الأشعة الساقطة على اللوح وبالتالي يقلل من إنتاج الكهرباء. كما أن التعرض للرطوبة لفترات طويلة يؤدي إلى تآكل الأجزاء المعدنية في الألواح وحدوث تيارات تسريبية.
كيف نخفف من آثار الظروف الجوية؟
التنظيف المنتظم: يعد تنظيف الألواح الشمسية بشكل منتظم أمراً ضرورياً للحفاظ على كفاءتها. ومن خلال إزالة الغبار والحطام والمواد الأخرى التي قد تتراكم على السطح، تصبح الألواح أكثر قدرة على امتصاص أشعة الشمس مما يؤدي إلى زيادة إنتاج الطاقة وتحسين أداء اللوح.
الصيانة الدورية: تشمل صيانة الألواح الشمسية استبدال المكونات التالفة والتحقق من نظام التثبيت. وتعد هذه العملية ضرورية لتحسين أداء الألواح وضمان طول عمرها بالإضافة إلى دورها في منع حدوث الأضرار.
استخدام الطلاءات الواقية: يساهم وضع الطلاءات الواقية على سطح الألواح الشمسية في حمايتها من تراكم الأبخرة المسببة للرطوبة كما يقيها من التآكل والأضرار المادية. وفي المناطق المعرضة للطقس القاسي، مثل الرياح العاتية والرطوبة، يمكن للطبقات الواقية أن تحسن من طول عمر الألواح الشمسية وتقلل من الحاجة إلى عمليات الصيانة.
يُعتبر قطاع الطاقة الشمسية واحداً من أكثر القطاعات نمواً وتطوراً في العقد الأخير، حيث تمثل الخلايا الشمسية الحل الواعد لتوليد الكهرباء بطريقة صديقة للبيئة. ووفقاً للبيانات الصادرة عن وكالة الطاقة الدولية فإن الطاقة الشمسية تساهم في توفير 11% من إجمالي الطاقة الخضراء في العالم وهو ما يعادل خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار 2.3 جيجاطن سنوياً. وإذا كانت الطاقة الشمسية هي المستقبل، فإن فهم تأثير الظروف الجوية على أداء الألواح الشمسية وكفاءتها هو المفتاح لاستخدام هذه التكنولوجيا بكفاءة وفعالية.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
