أعداء الخلايا الشمسية: كيف يؤثر الغبار والرطوبة على أداء الخلايا الشمسية

تُعتبر الطاقة الشمسية واحدة من أبرز مصادر الطاقة المتجددة في عصرنا الحديث، إذ تحول الخلايا الشمسية ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء. وعلى الرغم من الفوائد العديدة التي تقدمها هذه التقنية، إلا أن أداء الألواح الشمسية يتأثر بعوامل بيئية متعددة، مما يطرح تحديات تؤثر على كفاءتها على المدى الطويل. ومن بين هذه العوامل، يبرز تأثير الغبار والرطوبة كأحد أبرز التحديات التي تواجه الألواح الشمسية. فالتراكم المستمر للغبار والأتربة على سطح الألواح لا يقلل فقط من قدرتها على إنتاج الكهرباء، وإنما يؤدي أيضاً إلى ارتفاع درجة حرارتها، مما يؤثر سلبًا على كفاءتها وعمرها الافتراضي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تتسبب الرطوبة في تآكل الأجزاء المعدنية للألواح، مما يزيد من فقدان الطاقة.

في هذا المقال، سنستكشف كيف تؤثر هذه العوامل البيئية على كفاءة الألواح الشمسية

تأثير الغبار على أداء الألواح الشمسية

يُعزى تدهور كفاءة الألواح إلى عدة عوامل، من أبرزها تراكم الغبار والملوثات الأخرى في الهواء. هذا التراكم يُشكل عائقًا أمام وصول الإشعاع الشمسي إلى سطح الألواح، مما يؤدي إلى تقليل معدلات توليد الكهرباء. كما أن تراكم جزيئات الغبار في الغلاف الجوي يمنع وصول الإشعاع الشمسي بشكل كافٍ إلى الألواح . بالإضافة إلى ذلك، فإن تراكم الغبار قد يكون سبباً في تشكّل البقع الساخنة (Hotspot) والتي تؤدي في حال عدم معالجتها لتلف الخلايا وقد تسبب تلف اللوح كاملاً وفي بعض الحالات حرائق أيضاً.

أجرى خبراء من مختلف أنحاء العالم دراسات طويلة الأمد لفهم تأثير الغبار على أداء الألواح الشمسية، ووجدوا أن هذا التأثير يختلف بشكل كبير حسب موقع النظام ومدة تعرضه للغبار. وقد قسموا خريطة الكرة الأرضية إلى أربع مناطق رئيسية بناءً على شدة الغبار، ووفقاً للخريطة، فإن الشرق الأوسط وشمال إفريقيا هما من أكثر المناطق غبارًا في العالم.

تعتمد شدة تراكم الغبار على مجموعة من العوامل البيئية مثل سرعة الرياح والرطوبة وكميات الأمطار. وتصبح هذه المشكلة أكثر حدة في المناطق الصحراوية، حيث تزداد كثافة الغبار مع قلة هطول الأمطار.

 ولقد تم إجراء عدد كبير من التجارب في مناطق مختلفة من العالم لقياس تأثير الغبار على الخلايا الشمسية. ففي ظل ظروف الغبار المعتدلة، يمكن أن تتراوح نسبة تدهور كفاءة الألواح الشمسية من 10% إلى 30%. ولكن في بعض المناطق، مثل المملكة العربية السعودية، تم تسجيل ضياعات في الكفاءة وصلت إلى 40% و32% خلال بضعة أشهر فقط.

يوضح الشكل أدناه منحنيات جهد-تيار ومنحنيات الاستطاعة والجهد تجريبية لألواح طاقة شمسية نظيفة وأخرى مغبرة. ومن الواضح أن الغبار المتراكم على سطح الألواح الشمسية يقلل من كفاءتها إذ يخفض من قيمة التيار الكهربائي الذي تولده دون أن يكون هناك تأثيراً واضحاً للغبار على قيمة الجهد. فمن الواضح أن الانخفاض في أداء اللوح الشمسي ناجم عن انخفاض تيار اللوح إذ أن طبقة الغبار تقلل من كمية الإشعاع الذي يخترق الخلايا الشمسية.

تأثير الرطوبة على أداء الألواح الشمسية

يمكن للرطوبة أن تؤثر على كفاءة الألواح الشمسية بعدة طرق نذكر منها:

·       تتجمع قطرات الماء على الألواح الشمسية (مثل حبات العرق) وتعكس أو تكسر ضوء الشمس بعيدًا عن الخلايا الشمسية وهذا يقلل من كمية ضوء الشمس التي تصل إليها مما يقلل من كمية الكهرباء المولدة من الألواح.

·       التعرض للرطوبة لفترات طويلة يؤدي إلى تآكل الأجزاء المعدنية في الألواح وحدوث تيارات تسريبية.

·       الرطوبة قد تزيد من المقاومة الكهربائية داخل اللوح مما يعيق تدفق التيار الكهربائي.

·       عندما تتعرض الألواح الشمسية للرطوبة، قد تبدأ المواد اللاصقة التي تثبت الخلايا الشمسية في الانحلال والتلف، مما يؤدي إلى اصفرارها وضعف تثبيتها الأمر الذي يؤثر بشكل كبير على أداء الألواح ويسبب انخفاضاً في إنتاجيتها.

أظهرت دراسة أجريت على عدد من الألواح الشمسية أن مستوى الرطوبة يؤثر على أداء الألواح الشمسية ويقلل من كفاءتها فكما يظهر في الشكل أدناه فإن ازدياد الرطوبة يؤدي إلى انخفاض الجهد الناتج عن الألواح الشمسية.

أما الشكل التالي فيظهر لدينا التأثير السلبي للرطوبة على أداء الألواح الشمسية عن طريق تقليل التيار الكهربائي الناتج عنها

شركة لونجي تتحدى الطبيعة: ألواح مقاومة لتراكم الغبار والرطوبة

أجرت شركة لونجي الرائدة عالمياً في تكنولوجيا الطاقة الشمسية دراسة في عام 2022 توصلت فيها إلى أن 80.13% من مشاكل الأداء للألواح الشمسية في سوق التوليد الموزع تحصل بسبب الغبار. وقد أظهرت دراسات حديثة أجرتها شركة لونجي في مختبراتها لمعرفة أثر تراكم الغبار على إنتاجية اللوح، أن تراكم الغبار بارتفاع 90 مم، يؤدي إلى خفض الإنتاجية بنسبة 23.39%.

لذلك طورت حلاً ثوريًا لمواجهة تحديات تراكم الغبار على الألواح الشمسية، يتمثل في إنتاج ألواح مبتكرة مضادة لتراكم الغبار Hi-MO X6 Max Guardian.

تتميز هذه الألواح بتصميم إطارها الفريد الذي يقلل من تراكم الغبار إلى الحد الأدنى فقد تمت مساواة ارتفاع سطح اللوح الزجاجي مع إطار اللوح كما تم إزالة الجزء السفلي من الإطار ليمنع حدوث أي ترسّب للأوساخ أو تراكم لذرات الغبار على اللوح الأمر الذي يقلل من تكاليف وعدد مرات تنظيف اللوح. كما أن هذا التصميم الذكي لا يساعد فقط في الحفاظ على نظافة الألواح، بل يعمل أيضًا على خفض درجة حرارتها، مما يسهل تبديد الحرارة ويقلل من الحاجة إلى عمليات التنظيف المتكررة، مما يقلل بدوره تكاليف الصيانة.

وأما عن سيناريوهات التطبيق فإن ألواح Hi-MO X6 Max Guardian المقاومة لتراكم الغبار تتناسب مع مختلف التطبيقات التجارية والصناعية

ألواح لونجي Hi-MO X6 Max Guardian المقاومة للرطوبة والحرارة

ابتكرت شركة لونجي ألواحاً شمسية مقاومة للرطوبة تلبي مختلف سيناريوهات التطبيق وحاجات العملاء، من التطبيقات المنزلية إلى الصناعية والتجارية وحتى لمشاريع المنشآت الكبيرة.

تمكنت شركة لونجي من تحقيق هذه الطفرة في تكنولوجيا الطاقة الشمسية من خلال توفير ثلاث طبقات حماية متكاملة للخلايا الشمسية، مما يضمن سلامتها ويحافظ على أدائها بالشكل الأمثل. تبدأ الحماية من الداخل إلى الخارج، حيث توجد طبقتان من الزجاج، واحدة على الوجه الأمامي وأخرى على الوجه الخلفي، لتوفير درع قوي ضد العوامل الخارجية. كما استخدمت مواد تغليف عالية المقاومة للماء، تمنع تسرب بخار الماء إلى الداخل، مما يحافظ على كفاءة الخلايا ويطيل عمرها.

بالإضافة إلى ذلك، تم تضمين أغشية لاصقة عالية الجودة وحل مانع للتسرب مقاوم للماء، لضمان عدم تسرب بخار الماء بأي شكل من الأشكال. كما عمدت الشركة إلى تصميم تغليف الأقطاب الكهربائية ليكون مقاوم للماء ومنخفض الرصاص بغية تعزيز مقاومتها للتدهور في البيئات ذات الرطوبة العالية والحرارة المرتفعة.