fbpx

تقنيات رفع إنتاجية الخلايا الشمسية: تقنية الخلايا الشمسية الكهروضوئية ذات الوجهين Bifacial PV Cells

 تقنيات رفع إنتاجية الخلايا الشمسية: تقنية الخلايا الشمسية الكهروضوئية ذات الوجهين Bifacial PV Cells

تقنيات رفع إنتاجية الخلايا الشمسية: تقنية الخلايا ذات الوجهين Bifacial Cells

عمل العلماء على تطوير تكنولوجيا الخلايا الشمسية الكهروضوئية منذ إختراعها بغية الحصول على خلايا ذات كفاءة أعلى ومردود أكبر. و بالنتيجة يتم تحسين كفاءة هذه الخلايا بحوالي الدرجة الواحدة كل سنة حتى وصلت إلى كفاءات تزيد عن ال 20% للخلايا الشمسية التجارية بينما تخطت كفاءة الخلايا الشمسية ذات الاستخدامات الخاصة ال 40%.

هذا المقال هو الجزء الثاني من سلسلة نتعرف فيها على أحدث التقنيات التي ساهمت في رفع كفاءة و إنتاجية الخلايا الشمسية الكهروضوئية عبر التاريخ. فبعد أن تعرفنا في مقالنا السابق عن تقنية خلايا بيرك PERC نتعرف اليوم على تقنية الخلايا ذات الوجهين Bifacial Cells.

الخلايا ذات الوجهين Bifacial PV Cells

تسقط نسبة قليلة من الإشعاع الشمسي بشكل مباشر على الألواح الشمسية بطاقة كافية لتحفيز الإلكترونات، لذلك سعى علماء الخلايا الشمسية للاستفادة من الإشعاع الشمسي المنتشر والمنعكس عن سطح الأرض و الذي يصل إلى الجهة الخلفية من اللوح الشمسي عادة و لذلك تم تطوير تقنية الخلايا ذات الوجهين Bifacial PV cells.

و تمكن هذه التقنية الخلية الشمسية من استقبال الإشعاع الضوئي من الجهتين الأمامية والخلفية وتحويل الطاقة التي تحملها هذه الأشعة إلى طاقة كهربائية. و بذلك نستفيد بشكل أكبر من الإشعاع الشمسي الذي يسقط على الوجه الأمامي للخلايا وكذلك الأمر بالنسبة للإشعاع الشمسي المنعكس والذي يصل إلى الوجه الخلفي لهذه الخلايا.

تتميز الخلايا ذات الوجهين عن الخلايا الشمسية العادية بوجود طبقة باعث على كل من الوجه الأمامي والخلفي، و يوضح الشكل في الأسفل كلا الباعثين الأمامي باللون الأحمر والخلفي باللون الأزرق، كما تتميز أيضاً هذه الخلايا بوجود قضبان التوصيل على كلا الوجهين الأمامي والخلفي Bus bars.

أقسام الخلية ذات الوجهين bifacial cell

تنصيب الخلايا ذات الوجهين

تعتمد طريقة تنصيب الألواح الشمسية المكونة من الخلايا ذات الوجهين على نوع الألواح، فعادة ما تكون الألواح ذات الإطار الخارجي Framed Solar Panels سهلة التركيب مقارنة بالألواح التي تكون بلا إطار Frameless Solar Panels.

إن الألواح ذات الإطار Framed يمكن تثبيتها على نفس الحوامل الخاصة بالألواح الشمسية التقليدية، أما الألواح بلا إطار Frameless تتطلب استخدام لواقط خاصة Clamps مزودة بطبقة مطاطية لمنع إحداث الضرر للزجاج. حتى مع إستخدام اللواقط الخاصة بالألوح بلا إطار فإن ذلك لا يعدم خطر تكسير اللوح و يجب الانتباه إلى تناسب كمية شد اللواقط المطبقة مع تحمل اللوح حسب تعليمات المصنع حتى لا يتعرض اللوح للكسر. إن ارتفاع تكلفة و حساسية تركيب الألواح بلا إطار من أهم أسباب الانتشار الأوسع للألواح ذات الإطار.

باعتبار أن الخلايا ذات الوجهين تتعرض للإشعاع الشمسي من الجهتين، فإن كمية الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى الوجه الخلفي تزيد بزيادة ارتفاع الألواح عن سطح الأرض، كما يمكن أن يتم تنصيب هذه الألواح على أسطح الأبنية التجارية المستوية أو على الأرض.

لتفادي التظليل الناتج عن علبة التوصيلات على الوجه الخلفي للألواح تم نقل موضعها من منتصف اللوح كما اعتادت أن تكون في الألواح العادية وأصبحت توجد في طرف اللوح الشمسي كما تم تصغير حجمها.

فيما يلي بعض الصور التي تبين تركيب الألواح الشمسية المكونة من خلايا ذات الوجهين بطرق مختلفة وأماكن مختلفة:

الألواح ذات الزجاج المزدوجGlass-Glass والألواح ذات الصفيحة الشفافة Clear Film

استخدمت الشركات المُصنعة للألواح الشمسية ذات الوجهين طبقة زجاج أمامية وطبقة زجاج خلفية على اللوح، ولكن بدأت بعض الشركات بالإستغناء عن الطبقة الزجاجية الخلفية و الاستعاضة عنها بصفيحة خلفية شفافة كما رأيتم خلال تغطيتنا لمعرض إنترسولار ميونخ 2019، ولكن أيهما أفضل؟

أظهرت بعض الدراسات التي قامت بها بعض الشركات الكبرى المنفذة للمشاريع والمُصنعة للألواح أن استخدام الألواح ذات الصفيحة الخلفية الشفافة يؤدي إلى انخفاض سعر اللوح الشمسي و بالتالي سعر الكهرباء الناتجة وذلك كون هذه الألواح تتمتع بإطار مما يجعل تركيبها أقل تكلفة و سهلاً على الحوامل المعدة مسبقاً لحمل الألواح العادية، بينما الألواح ذات الزجاج المزدوج تتطلب معاملة خاصة لضمان عدم انكسار الزجاج أثناء التركيب مما يزيد من سعر النظام الشمسي الكهروضوئي المركب.

أهم العوامل المؤثرة على إنتاجية الخلايا ذات الوجهين

عامل الوجهين Bifaciality factor

يحسب هذا العامل بحساب النسبة بين الطاقة المنتجة من الوجه الخلفي للوح الشمسي عند إخضاعه لاختبار STC والطاقة المنتجة من الوجه الأمامي للوح الشمسي عند إخضاعه لاختبار STC وكلما كانت قيمة هذا العامل أكبر كان إنتاج اللوح أكبر. و يتم حساب عامل الوجهين Bifaciality factor كالتالي:

موقع المشروع المنفذ

يتعلق الإشعاع الشمسي المباشر والمنعكس بموقع المشروع على خطوط العرض للكرة الأرضية حيث يؤثر الإشعاع الشمسي على كمية الطاقة (حقل الطاقة المفيدة). و بالنتيجة تزداد قيمة الطاقة المولدة بازدياد كمية الشعاع الواصل إلى الألواح.

زاوية ميلان الألواح

إن زيادة قيمة زاوية ميلان الألواح يؤدي إلى زيادة تعرض الوجه الخلفي للأشعة الشمسية وبالتالي إلى زيادة الطاقة المنتجة.

المسافة الأفقية بين صفوف الألواح

بازدياد المسافة بين صفوف الألواح ستزداد كمية الأشعة المنعكسة وبالتالي تزداد الطاقة الكهربائية المنتجة.

معامل الإضاءة Albedo

وهو قدرة جسم ما على عكس الضوء الواصل إليه من مصدر ما كالشمس مثلاً، ويختلف من مادة إلى أخرى ومن سطح لآخر.

وكون الوجه الخلفي للوح الشمسي يعتمد على الضوء المنعكس من السطح أسفل اللوح، فإن زيادة قيمة معامل الإضاءة للسطح تؤدي إلى زيادة كمية الإشعاع المنعكس وبالتالي إلى زيادة كمية الطاقة الكهربائية المولدة.

يوضح الجدول التالي قائمة بمعامل الإضاءة لبعض الأسطح:

معامل الإضاءة (Albedo) نوع السطح
23% عشب أخضر
16% إسمنت
60-80% أسمنت مطلي بالأبيض
27% حصى بيضاء
56% غطاء سطح معدني أبيض
62% غطاء سطح رمادي فاتح
>80% غطاء سطح أبيض
معامل-الإضاءة-للأسطح-المختلفة

خلاصة

إن استخدام الألواح الشمسية المكونة من خلايا ذات الوجهين له ميزات عديدة مثل التوفير بالمساحة كون مردوها أعلى من الألواح التقليدية مما يعني أننا نحتاج إلى عدد أقل من الألواح لتأمين نفس كمية الطاقة الكهربائية المنتجة. و بذلك يمكن التوفير في مساحة الأرض المستخدمة مما ينعكس إيجابا على إقتصادية المشروع بالذات في المناطق ذات التكلفة العالية للأراضي.

تابعونا لمعرفة المزيد عن تقنيات رفع إنتاجية الخلايا الشمسية و ادعمونا بتعليقاتكم أسفل المقال و مشاركة المقال مع أصدقائكم.

نتمنى لكم يوماً مشمساً..

المراجع

  1. Bifacial Solar Cells: High Efficiency Design, Characterization, Modules and Applications. Claudia Duran Dissertation
  2. ISC Konstanz Publication by: Radovan Kopecek, Yannick Veschetti, Eric Gerritsen, Andreas Schneider, Corrado Comparotto, Valentin D. Mihailetchi, Jan Lossen & Joris Libal
  3. HOW TO MAXIMIZE ENERGY YIELD WITH BIFACIAL TECHNOLOGY, Solar World White Paper

حنا ندروس

https://solarabic.com

مهندس طاقة كهربائية محرر في القسم التعليمي وأخبار الطاقة المتجددة ومهتم بأبحاث الطاقة المتجددة بشكل عام والطاقة الشمسية بشكل خاص.

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *