مقدمة

 تتواجد الألواح الشمسية في الهواء الطلق كل الوقت بالتالي فهي معرضة لعوامل مختلفة قد تؤثر على نظافتها، مثل الرياح والأمطار والثلوج والعصافير والأوراق والزهور. لذلك يجب تنظيف الألواح الشمسية بشكل دوري وبطرق صحيحة لضمان استمرار عملها بشكل جيد. 

كما أظهرت التجارب العلمية أن جزيئات الغبار الدقيق تترسب بشكل عميق على سطح الألواح الشمسية مما يؤثر على كفاءتها. ويمكن أن تقلل المقاومة للإشعاع  الشمسي الخارجي من أداء الخلايا الكهروضوئية بنسبة تصل إلى 85٪.

تحدثنا سابقا عن طرق التنظيف اليدوية للألواح الشمسية، بينما يناقش هذا المقال تقنيات التنظيف الآلي للألواح الشمسية المختلفة، ويقارن بينها.

التنظيف باستخدام الفرشاة الآلية

تجمع طريقة التنظيف باستخدام الفرشاة الآلية بين الطرق الميكانيكية والإلكترونية للتحكم في حركة الفرشاة، كما هو موضح في الشكل 1، لتنظيف الألواح الشمسية إما بالماء أو بدونها. إذ تتم عملية التشغيل والإيقاف تلقائياً عن طريق استشعار تراكم الغبار على الألواح الشمسية ومقارنتها بالكمية المرجعية المحددة في إعدادات الآلة. يكمن دور العنصر الإلكتروني في توفير إشارة وإرسالها إلى المحرك اللازم لتحريك فرشاة التنظيف. كما ويجب أن يكون النظام قوياً ودقيقاً ومرناً مع مختلف الحالات التي يمكن أن تتعرض لها الألواح الشمسية، إذ تتصف هذه الطريقة بكونها أكثر  تحكماً من التقنيات التقليدية، بالإضافة إلى ذلك، يعمل هذا النظام المطور على تحسين كفاءة وإنتاج الطاقة للألواح الشمسية نتيجة لتحسين الأداء.

تنظيف «الهيليوتكس  – Heliotex»

تتضمن طريقة تنظيف الهيليوتكس رش الماء على الأسطح الشمسية، إذ يمكن برمجة نظام التنظيف وفقاً للظروف المناخية المحيطة وتشغيله  عند الحاجة. أما بالنسبة لنظام الصيانة في هذا النوع من التنظيف، فإنه لا يتطلب أي صيانة إضافية، باستثناء استبدال فلتر الماء بشكل دوري في حالة انسداده بالرمل وإضافة كميات صغيرة من المنظف المستخدم.  يتم توصيل المضخات بخزان الماء عبر أنابيب، ويتم تثبيت فوهات الرش على الأسطح الشمسية. يعتبر هذا النظام فعالاً جداً ويوصى به في المواقع التي لا تعاني من نقص في المياه بسبب الاستهلاك العالي للمياه في عملية التنظيف. يوضح الشكل 2 طريقة تنظيف الهيليوتكس. ومع ذلك، لا يعتبر هذا النظام مناسباً لجميع الظروف.

التنظيف «الالكتروستاتيكي – Electrostatic»

تستخدم طريقة التنظيف الالكتروستاتيكي-Electrostatic لإزالة الغبار عن الألواح الشمسية الجافة والمتربة  كما هو موضح في الشكل 3، حيث يتم إزالة جزيئات الغبار الدقيقة الموجودة على سطح الألواح الشمسية عن طريق الشحنات الكهروستاتيكية المستحثة. إذ يتم تغطية الألواح الشمسية بطبقة بلاستيكية أو زجاجية شفافة من مادة الشحن الكهروستاتيكي، وعندما يتم تطبيق جهد تيار متردد عالي على المادة الكهروستاتيكية، تؤثر القوة الكهربائية المستحثة، على الغبار القريب من الطبقة الشفافة وتتسبب في اهتزاز جزيئات الغبار الموجودة على سطح الألواح الشمسية. يمكن لهذا النظام تنظيف 90 بالمائة من الغبار المتراكم في أقل من دقيقتين. يعد عامل السلامة من إحدى العوامل التي تحد من استخدام هذه الطريقة، وذلك  لأن الألواح الشمسية ستظل مشحونة دائماً حتى في الطقس الممطر والذي يعد أمراً غير أمناً.

التنظيف بالطلاء

تستخدم هذه الطريقة الطلاء لتنظيف الألواح الشمسية بحيث يتم استخدام طلاء مضاد لالتقاط الغبار والأتربة. تعتمد هذه الطريقة على الخاصية المقاومة للملوثات للمادة المطلية لمنع جزيئات الغبار من الالتصاق بالألواح الشمسية.

 هناك طريقتان تنظيف الألواح الشمسية باستخدام طريقة الطلاء، وهما طريقة الغشاء «الهيدروفيليك – Hydrophilic» وطريقة الغشاء «الهيدروفوبيك – hydrophobic».

يتم امتصاص الماء في غشاء الهيدروفيليك  وتترسب الأوساخ  بعيدا عن السطح. من ناحية أخرى ، فإن طبقة غشاء  الهيدروفوبيك تصد الماء عند سقوطه ؛ نظراً لخصائصه المقاومة للماء، إذ يتم دفع قطرات الماء التي تصل إلى السطح بسرعة، ملتقطةً معها جسيمات الغبار.

تتكون المواد الخام الأساسية المستخدمة في كلا الطريقتين من  جزيئات أكسيد المعادن النانوية و(الراتينج-resin) الناتج عن خلط المواد الكيميائية.

يقارن الشكل 4، بين  طبقة من طلاء الهيدروفيليك التي تسبب حركة انزلاق لجزيئات الغبار، و طبقة من طلاء الهيدروفوبيك التي تسبب حركة متدحرجة. 

التنظيف بالاهتزاز الميكانيكي

تمنع طريقة التنظيف بالاهتزاز الميكانيكي، اتساخ الألواح الشمسية عن طريق إزالة القوة اللاصقة بين جزيئات الغبار وسطح اللوح الشمسي، باستخدام هزاز ميكانيكي متصل باللوح، منتجاً  قوة اهتزازية تحريضية متناسقة، ويجدر بالذكر أن هذه الطريقة لا تتطلب الماء.

يتم تحويل طاقة الرياح إلى طاقة  ميكانيكية اهتزازية، في بعض أنواع  التنظيف بالاهتزاز الميكانيكي المختلفة، لإزالة الغبار من أسطح الألواح الشمسية دون استهلاك أي طاقة من النظام الشمسي ، وبالتالي تحسين كفاءته.

تحتاج هذه الطريقة إلى مصادر طاقة خارجية لتشغيل محرك الاهتزاز في أنظمة التنظيف بالاهتزاز، إذ يتم تشغيل نظام التنظيف الذاتي للوحة بواسطة محرك ( تيار مباشر – DC) يتم تثبيته على الوجه الخلفي للوح. (انظر الشكل 5).

التنظيف باستخدام الهواء القسري

يساعد نظام التنظيف باستخدام  الهواء القسري للألواح الشمسية في الحفاظ عليها نظيفة وخالية من الأوساخ. إذ يستخدم هذا النوع من النظام منفاخاً لدفع الهواء عبر الألواح ، مما يساعد على إزالة الأوساخ والغبار ، بالإضافة إلى تحسين كفاءة وأداء الألواح الشمسية.

يجب الإشارة إلى أنه لا يتم استهلاك الماء باستخدام هذه الطريقة، بل يتدفق الهواء القسري الناتج عن الهواء المضغوط. بالإضافة الى ذلك، يتم استخدام هذه التقنية لبناء نظام للتنظيف والتبريد معاً، بحيث يستخدم 

 وحدة لإنتاج الهواء المضغوط، التي تتكون من مضخة وخزان هواء وصمام للتحكم بتدفق الهواء وفوهات بسمك 5 مم ، انظر الشكل 6.

مقارنة بين جميع الطرق السابقة

سيتم في هذا الجزء مقارنة جميع الطرق السابقة و ايجابيات وسلبيات كل طريقة انظر جدول رقم 1: 

الرقم	تنقية التنظيف المستخدمة	المزايا	العيوب	كفاءة الألواح الناتجة عن استخدام طريقة التنظيف المعينة مقارنة مع لوح شمسي نظيف	الحاجة إلى الماء	الحاجة إلى الأيدي العاملة
1	التنظيف باستخدام الفرشاة الآلية	فعالة في جميع الظروف المناخية	يتطلب بناء معقد للنظام	99.5%	تصلح في الحالتين	لا
2	تنظيف الهيليوتيكس	فعال في إزالة الأوساخ غير اللاصقة.	يتطلب الكثير من الماء.	12.5%	نعم	لا
3	التنظيف الالكتروستاتيكي	فعال للغبار الجاف ولا يحتوي على أجزاء متحركة.	يتطلب جهد عالي	3.35–11.5%	لا	لا
4	التنظيف بالطلاء	لا تتطلب الماء والأيدي العاملة	يقلل وجود الطلاء من كفاءة المساحة المعرضة للشمس	6.62%	لا	لا
5	التنظيف بالاهتزاز الميكانيكي	مناسب للأوساخ الجافة في الطقس الجاف	يتطلب مصدر خارجي للطاقة لتشغيل المحرك الاهتزازي	95%	لا	لا
6	التنظيف باستخدام الهواء القسري	مناسب للأوساخ الجافة في الطقس الجاف	يتطلب مصدر خارجي لتشغيل مضخة الهواء، ويزيل فقط الأتربة الصغيرة التي يزيد حجمها عن 20 ميكرومتر.	86.4%	لا	لا

يلعب تنظيف الألواح الشمسية دوراً مهماً في زيادة كفاءتها وإنتاجيتها وعمرها الافتراضي، ولكن تنظيف الألواح الشمسية يمكن أن يكون مكلفاً ومضنياً وخطيراً إذا تم بشكل يدوي أو بطرق غير صحيحة. بالتالي يجب أن يتم اختيار التقنية المناسبة وفقاً لحجم وسعة المشروع، والظروف البيئية المحيطة أيضاً، والتأكد من أنها ستؤدي إلى نتائج مرضية دون زيادة في التكاليف.

تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…

المصدر : ورقة بحثية منشورة بعنوان  Solar Panels Dirt Monitoring and Cleaning for Performance Improvement: A Systematic Review on Smart Systems