استخدام الألواح الشمسية “ثنائية الوجه” أكثر إنتاجا لمقدار الكهرباء في الشتاء

كتب مصطفى شعبان 

يدعي المشككون في الطاقة المتجددة، أن الطاقة الشمسية لا تعمل بشكل جيد في المناخات الثلجية.
عندما كانت معظم الألواح الشمسية ثابتة ومن جانب واحد، كان لهذه الفكرة بعض الوزن، ولكن الآن، تتحرك معظم الألواح على محور لتتبع الشمس على مدار اليوم ، وتحتوي نسبة متزايدة من الألواح على السيليكون في الأمام والخلف، مما يجعل الطاقة الشمسية أكثر فاعلية حتى في الأماكن التي يتساقط فيها الثلج بشكل منتظم.

ولكن الأحدث أن ورقة بحثية حديثة بقيادة باحثين في جامعة ويسترن في لندن، أونتاريو تظهر أن استخدام الألواح الكهروضوئية “ثنائية الوجه” – الألواح الشمسية التي تستقبل ضوء الشمس من كلا الجانبين – تنتج قدرًا أكبر بكثير من الكهرباء خلال فصل الشتاء مقارنة باستخدام جانب واحد الألواح، استنادًا إلى بيانات من مجموعة شمسية بها كلا النوعين من الألواح.

قال جوشوا بيرس، أستاذ الهندسة الكهربائية في جامعة ويسترن والمؤلف المشارك للورقة البحثية: “لقد فوجئت بمدى دهشة النتائج”، “ليس هناك شك الآن في أن الوحدات ثنائية الطور هي السبيل للذهاب للأنظمة الكهروضوئية المركبة على الأرض في الشمال.”

يظهر البحث أن الألواح على الوجهين يمكن أن تستهلك كميات كبيرة من الطاقة من الضوء المنعكس عن الأرض الثلجية في الأوقات التي يكون فيها الجزء الأمامي من اللوحة غالبًا مغطى جزئيًا بالثلج، مثل الموصوفة في مجلة PV .

ذهب الباحثون في الورقة المنشورة في مجلة Renewable Energy إلى مجموعة للطاقة الشمسية في إسكانابا، وهي بلدة في شبه جزيرة ميشيجان، قاموا بتركيب كاميرات لمراقبة الغطاء الجليدي، وأجهزة قياس الحرارة لقياس مستويات الإشعاع الشمسي، كما قاموا بجمع بيانات توليد الكهرباء من مشغل النظام.

خلال أشهر الطقس البارد من نوفمبر 2020 إلى مارس 2021، عانت الألواح أحادية الجانب من فقدان الطاقة المرتبط بالثلج بنسبة 33%، بينما خسرت الألواح ثنائية الجوانب بنسبة 16 بالمائة. شملت فترة الدراسة 30 يومًا كان فيها تساقط للثلوج.

ضوء الشمس ينعكس عن الأرض الثلجية

كانت معظم المكاسب التي تحققت من الألواح ذات الوجهين بسبب السبب الذي توقعه الباحثون، وهو أن ضوء الشمس ينعكس عن الأرض الثلجية ويصطدم بالجانب الخلفي من الألواح.

لكن الفريق وجد فوائد إضافية تتمثل في أن الثلج ذاب بشكل أسرع على الألواح ذات الوجهين أكثر من الألواح أحادية الجانب. هذا على الأرجح لأن الألواح أصبحت دافئة من امتصاص الضوء على الجانب الخلفي، لكن هذا مجرد تخمين لأن الباحثين لم يقيسوا درجات حرارة اللوحة.

تعتمد الورقة على مجموعة من الأعمال، بما في ذلك بعض من هذه المجموعة نفسها في جامعة ويسترن، والتي تقترح ما يمكن أن تتوقعه المرافق إذا قاموا ببناء مصفوفات شمسية كبيرة في أماكن يمكن أن تتساقط فيها الثلوج لعدة عشرات من الأيام.

لها مزايا كبيرة في المناخات الشمالية

تقدم الورقة فكرة سريعة أكثر تواضعًا، وهي أن الألواح ذات الوجهين لها مزايا كبيرة في المناخات الشمالية تجعل المشاريع أكثر جاذبية من الناحية المالية مقارنة باستخدام أنواع الألواح التي كانت شائعة قبل بضع سنوات.

أحد الأهداف المتحركة في البحث حول إخراج الألواح الشمسية هو استمرار زيادة كفاءة الألواح. في الأسبوع الماضي، أفاد المختبر الوطني للطاقة المتجددة أنه أنشأ خلية شمسية ذات كفاءة 39.5 %، وهو ما يفوق الرقم القياسي السابق للمختبر البالغ 39.2 %، كفاءة اللوح هي مقياس لمقدار الطاقة الشمسية التي يمكن امتصاصها وتحويلها إلى كهرباء.

لكن أرقام إعداد السجلات تظل محدودة بإعداد معمل. تبلغ الكفاءة النموذجية للألواح الشمسية المثبتة اليوم حوالي 20 بالمائة ، وهو تحسن كبير على مدى عقد مضى.

المحصلة ، التي كتبت عنها في يناير ، هي أن المطورين يمكنهم الآن توليد المزيد من الكهرباء لكل فدان من الطاقة الشمسية أكثر مما كانوا يستطيعون من قبل ، ومن المرجح أن يستمر هذا التحسين مع كل جيل جديد من الألواح.

تلعب الألواح ذات الوجهين دورًا في الإنتاج المتزايد لمزارع الطاقة الشمسية، انتقلت من أقل من 20 % من مبيعات اللوحات الجديدة في عام 2017 إلى حوالي 85 % في عام 2021، وفقًا لشركة أبحاث.

تتمتع اللوحات ذات الوجهين بمزايا أداء مع اختلاف بسيط في التكلفة، حيث انخفضت التكاليف جنبًا إلى جنب مع زيادة الحصة السوقية. تختلف الأسعار حسب الشركة المصنعة، لكن بيرس يلخص الاختلافات بالقول إن الألواح ذات الوجهين “أكثر تكلفة بنسبة قليلة فقط.”

هذا يضيف فقط إلى الحالة المالية لبناء المزيد من الطاقة الشمسية على نطاق المرافق، حتى في الأماكن التي ليس من غير المعتاد فيها امتلاك أحذية الثلوج.