الفهرس
البقع الساخنة هي مناطق ارتفاع في الحرارة تؤثر على جزء من اللوح الشمسي و هي نتيجة انخفاض في الفاعلية في منطقة محددة، وينتج عن ذلك انخفاض في الإنتاج الكلي للطاقة وتسارع في تلف المواد في المنطقة المتضررة.
الألواح الشمسية الكهروضوئية تنتج كمية محددة من الطاقة وتظهر هذه البقع عندما يتبدد قسم من هذه الطاقة في منطقة محددة من اللوح الشمسي، ونادراً ما تكون مستقرة وفي الغالب تزداد شدتها حتى فشل كامل في أداء اللوح إما من ناحية انتاجه للطاقة الكهربائية أو من ناحية الأمان (احتراق اللوح مثلاً).
الأسباب الرئيسية للبقع الساخنة
هناك أسباب عديدة للبقع الساخنة ويمكن تصنيفها إلى نوعين: وظيفي و تشغيلي.
- الأسباب الوظيفية :
- عدم تطابق الخلايا : يظهر عدم التطابق عندما يتم ربط عدة خلايا شمسية تنتج تيارات مختلفة مع بعضها على التسلسل.
- ضرر الخلية : يمكن أن يظهر أثناء عملية الانتاج لأن خلايا السيلكون يمكن أن تتعرض لعديد من الضغوط أثناء التصفيح أوالتعامل معها أو نقلها أو تركيبها.
- الأسباب التشغيلية: تتعلق الأسباب التشغيلية بتصميم النظام الشمسي وعمله ويمكن أن تتضمن ما يلي:
- التظليل الشتوي : الألواح الشمسية ستتعرض لتظليل منتظم في الخط الأدنى من الخلايا كل صباح ومساء خلال الشتاء.
- ظروف الأسطح : يمكن أن تظهر الأسطح تحديات، فعندما تكون الخلايا مظللة بشكل كامل نتيجة لتصميم النظام، فقد يكون هذا غير كافي لتفعيل عمل دايود العبور، مسبباً بذلك زيادة في الحرارة التي تسبب ضرراً في اللوح.
- التلوث : يمكن أن تتلوث الألواح الشمسية نتيجة الغبار و الأوساخ وغيرها من الملوثات التي قد تتعرض لها خلال عملها.
باستخدام تقنية الأشعة تحت التحت الحمراء الحرارية (Infrared Thermography technique) يمكن بسهولة وسرعة تحديد مناطق البقع الساخنة على اللوح الشمسي (وذلك لأنه تشع منها الأشعة تحت الحمراء وفقاً لدرجة الحرارة في المنطقة).
البقع الساخنة تحت الأشعة الحمراء
في الصورة نرى لوح شمسي معرض للأشعة تحت الحمراء حيث تم تعريض كل مجموعة خلايا لاختبار معين لتبين كيف تبدو أثناء عملها تحت هذه الأشعة ونلاحظ مايلي:
- في الشكل الأول مجموعة الخلايا (SP1) هي في حالة العمل الطبيعي ولايوجد أي ظهور للبقع الساخنة.
- في الشكل الثاني مجموعة الخلايا (SP1) هي في حالة العمل أثناء الدارة المفتوحة ولايوجد أي ظهور للبقع الساخنة.
- في الشكل الثالث مجموعة الخلايا (SP1) هي في حالة العمل أثناء تطبيق اختبار دارة القٍصر عليها ونلاحظ ظهور مجموعة بقع بلون مختلف عن باقي الخلايا وهذه البقع هي البقع الساخنة.
يتجلى خطر البقع الساخنة أنه في حال استمرار وجودها ستسبب في انخفاض انتاجية اللوح المتضرر من الطاقة الكهربائية (بسبب تحول الخلايا المتضررة بالبقع الساخنة من خلايا منتجة للطاقة إلى خلايا مستهلكة) وبالتالي انخفاض انتاجية النظام الشمسي الكهروضوئي ككل، بالإضافة إلى احتمال حدوث حرائق واشتعال اللوح المتضرر.
تأثير ارتفاع درجة الحرارة على البقع الساخنة
يمكن أن تظهر البقع الساخنة نتيجة لمكان التشغيل بخاصة عندما تعمل الألواح الشمسية في مناطق حارة جافة ومعرضة للغبار والرمال. عندما يضعف انتاج الخلية تظهر عليها البقع الساخنة وتتحول الخلية إلى مقاومة كهربائية تستهلك الطاقة الكهربائية، وكلما ارتفعت حرارة الخلية تسارعت عملية التلف للخلية وبالتالي للغلاف الداعم المكون للوح الشمسي. تبين الصورة التشققات في الغلاف المحيط بالخلايا نتيجة لوجود بقع ساخنة .
تأثير البقع الساخنة على الحماية الكهربائية للألواح
إن عواقب البقع الساخنة تمتد من الحرائق إلى تسريع تقادم مواد تغليف اللوح الشمسي.
هذه البقع هي إما نتيجة لحدوث قٍصر في الخلية الشمسية أو تُسبب حالات قٍصر في الخلية نتيجة لتموضع وتركز الحرارة في مناطق من اللوح.
هذا النوع من البقع (الناتجة عن الحرارة المركزة) يسبب بذوبان الغلاف الخلفي للوح الشمسي ويمكن أن تؤدي إلى حرائق.
في الشكل نلاحظ مراحل تطور الضرر في الالواح الشمسية من بقع ساخنة إلى فقاعات ومن فقاعات إلى تفسخات في اللوح.
تخفيف البقع الساخنة باستخدام دايود العبور bypass diode
نعلم أن اللوح الشمسي الكهروضوئي يتكون من مجموعة من الخلايا الكهروضوئية غالباً 60 أو 72 خلية.
للتخفيف من البقع الساخنة من المفيد وصل كل خلية بدايود عبور حيث يعمل هذا الدايود عندما يضعف إنتاج الخلية من الطاقة وتصبح تستجر تيار (كما الحال عندما تظهر البقع الساخنة على الخلية) فيمنع مرور تيار إلى الخلية وبالتالي يقلل من ضياعات الطاقة الكهربائية.
ولكن وصل كل خلية بدايود مُكلف للغاية لذلك يتم وصل مجموعة خلايا مع بعضها البعض لتشكل صف من الخلايا يسمى سترينغ (string) ويتم وصل دايود العبور مع كل سترينغ على حدى.
الشكل يوضح شكل علبة توصيل دايودات العبور على الوجه الخلفي للوح الشمسي.
الوقاية من البقع الساخنة
- الحماية من التظليل:
الاختيار الجيد لموقع الألواح والتأكد من تعرضها لإشعاع شمسي كافي طوال الوقت دون تظليل يساهم في الوقاية من تشكل البقع الساخنة.
- اختيار الألواح المزودة بدايود العبور (bypass diode):
وجود دايود عبور يساهم حقاً في التخفيف من أضرار البقع الساخنة في حال تشكلها.
- الفحص الدوري:
إن عملية الفحص الدوري للألواح للتأكد من عدم وجود أي أتربة أو أوساخ من الأشجار أو فضلات حيوانات كالطيور وتنظيفها في حال وجودها، ومن المهم الكشف على الألواح بعد العواصف (رياح شديدة، بَرد، وغيرها) وفي حالة ملاحظة ضعف أو انخفاض في انتاجية الألواح.
أيضاً الغسيل الدوري للألواح يفيد في معالجة البقع الساخنة في بعض الحالات عندما يكون السبب لها هو تراكم الأوساخ كما هو مبين في الشكل.
تذكر
- الاختيار الجيد لموقع تركيب نظامك الشمسي الكهروضوئي بالإضافة إلى اختيار نوعية الألواح الشمسية الجيدة لا يكفي فقط لحماية نظامك الشمسي من تشكل البقع الساخنة.
- إن العناية الدورية بنظافة الالواح والتأكد من عدم وجود أي شوائب تغطي أي قسم من الألواح الشمسية تضمن لك استمرارية عمل أطول للألواح والحفاظ على ثبات الإنتاج من الطاقة الكهربائية قدر الإمكان، بالإضافة إلى الأمان من عدم احتراق الألواح بسبب تشمل بقع ساخنة.
- بينما يمكن حل مشكلة البقع الساخنة في بعض الحالات مثل الترسب، و لكن لا يمكن حل هذه المشكلة في الكثير من الحالات الأخرى.
نتمنى لكم يوماً مشمساً…
