تغير المناخ يسرع من تدهور الوحدات الكهروضوئية والألواح الشمسية.. يجب جعلها أكثر مرونة في مواجهة المناخ

أظهرت دراسة جديدة أجرتها جامعة نيو ساوث ويلز أن الوحدات الكهروضوئية ستفقد كفاءتها وستكلف إنتاجها المزيد في المناطق الأكثر حرارة.

يتم نشر الوحدات الكهروضوئية الصناعية واسعة النطاق في جميع أنحاء البلاد، حيث من المتوقع أن تصبح تكنولوجيا الطاقة الشمسية واحدة من أكبر مصادر الطاقة المتجددة في جميع أنحاء العالم بحلول عام 2026.

ومع ذلك، فإن التغيرات في درجات الحرارة الناجمة عن تغير المناخ تعني أن الألواح الشمسية معرضة بشكل أكبر لخطر التدهور بسبب التعرض لفترات طويلة للظروف الخارجية القاسية.

تسلط النماذج الجديدة التي أعدها باحثون من جامعة نيو ساوث ويلز الضوء على الحاجة إلى مراعاة المناخ المتطور في تصميم الوحدات الكهروضوئية.

وتظهر النتائج، التي نشرت في مجلة التقدم في الخلايا الكهروضوئية: الأبحاث والتطبيقات، أن تدهور الوحدات الكهروضوئية المستقبلية سيؤدي إلى زيادة تصل إلى 12% في فقدان الطاقة- مما يؤدي إلى ارتفاع بنسبة 10 % تقريبًا في أسعار الطاقة المستقبلية بحلول عام 2059.

تحافظ طاقة الرياح والطاقة الشمسية على مكانتها كأرخص أشكال الطاقة وفقًا لتقرير GenCost الصادر عن CSIRO للفترة 2022-23 – على الرغم من متوسط زيادة بنسبة 20 % في تكاليف التكنولوجيا.

يقول شوكلا بودار، المؤلف الرئيسي للدراسة، وزميل أبحاث ما بعد الدكتوراه في كلية الخلايا الكهروضوئية والطاقة المتجددة بجامعة نيو ساوث ويلز: “تتمتع الوحدات الكهروضوئية التجارية واسعة النطاق بعمر نموذجي يبلغ حوالي 20 إلى 25 عامًا، على الرغم من أنها تتدهور بشكل طبيعي أو تفقد كفاءتها مع مرور الوقت”.

وأضاف “ومع ذلك، نحن نعلم أن الطقس والمناخ المحلي يؤثران على تدهور الوحدات الكهروضوئية، ولأول مرة، يهدف هذا البحث إلى وضع نموذج إحصائي لمتوسط معدل التدهور المرجح على مستوى أستراليا لأنماط التدهور المختلفة.”

مناخات مختلفة وثلاث آليات للتحلل

بالنسبة للدراسة، استخدم الباحثون توقعات نموذج المناخ الإقليمي لدراسة المستويات المتوقعة لدرجة الحرارة والرطوبة النسبية في جميع أنحاء أستراليا- وتتبع تأثيرها على تدهور الوحدات الكهروضوئية في جميع أنحاء أستراليا.

نظرت الدراسة في ثلاث آليات للتحلل يتم ملاحظتها عادةً في وحدات السيليكون. تحلل التحلل المائي الذي يأخذ في الاعتبار درجة الحرارة والرطوبة النسبية، والتدهور الحراري الذي يأخذ في الاعتبار التغيرات في درجة حرارة الوحدة وتدهور الصورة الذي يؤثر في درجة حرارة الأشعة فوق البنفسجية والرطوبة.

تم حساب المتوسط المرجح لمعدل التحلل باستخدام احتمالية حدوث كل من هذه الآليات في ظل أنواع مناخية محددة بما في ذلك الظروف الحارة والرطبة والمعتدلة والصحراوية.

ولتقييم تأثير تغير المناخ على تدهور الوحدة، قاموا بتقدير التغيرات المتوقعة ثم توقعوها في المتوسط المرجح لمعدل تدهور الوحدة في ظل سيناريو الانبعاثات المنخفضة والمرتفعة.

وفي ظل كلا السيناريوهين، وجدوا أن معدلات تدهور الوحدة كانت أعلى في المناطق ذات المناخ الحار والرطب، مثل الأجزاء الشمالية مقارنة بوسط أستراليا حيث كانت زيادة معدل التحلل أصغر بسبب الظروف الجوية الأكثر جفافًا وانخفاض الرطوبة في المنطقة.

أكبر قدر من فقدان الطاقة –

ومن المتوقع أيضًا أن تشهد المناطق ذات معدلات التدهور المرتفعة أكبر قدر من فقدان الطاقة – حيث يتضاعف متوسط معدل التدهور المرجح المتوقع تقريبًا بحلول نهاية القرن.

يقول بودار: “يعتمد تدهور الوحدات الكهروضوئية على المناخ، وهو محدد جدًا وفقًا لمكان تركيبها في أستراليا”، “إذا كانت لديك وحدة، على سبيل المثال في وسط الصحراء، وكان لديك نفس الوحدة مثبتة في مكان ما على طول الساحل، على الرغم من أنها قد تكون متطابقة، فإن معدل التدهور سيختلف لأنها تتعرض لمناخات مختلفة.”

الوحدات الكهروضوئية العازلة للمناخ

يقول الدكتور فياكر روجيو، المؤلف المشارك للدراسة والمحاضر في كلية هندسة الطاقة الكهروضوئية والطاقة المتجددة، إننا بحاجة إلى وضع تغير المناخ في مقدمة أذهاننا عندما يتعلق الأمر بالتصميم الكهروضوئي، مضيفا “يمكننا أن نرى أن الضغوطات المناخية أصبحت أكثر تطرفًا، ونتيجة لذلك، من المرجح أن يتم استبدال الوحدات الكهروضوئية بشكل متكرر في بعض المناطق”.

ويوضح “لقد مرت تكنولوجيا الألواح الكهروضوئية بثورة كاملة في السنوات العشر الماضية، وهذه دعوة للمصنعين لتركيز اهتمامهم الآن على كيفية جعلها أكثر مرونة في مواجهة المناخ”.

الاستعداد لتقلبات الطقس

ومع تعرض العالم لمناخات مناخية أكثر تطرفًا، يعتقد الباحثون أن هذا يمكن أن يلعب دورًا في عمر الوحدات الكهروضوئية.

كما يقول الأستاذ المشارك ميرليند كاي، المؤلف المشارك للدراسة والمحاضر في كلية هندسة الطاقة الكهروضوئية والطاقة المتجددة “من المهم أن نفهم كيف يمكننا مساعدة الشركات المصنعة على فهم الوحدات أو أنواع التكنولوجيا التي ستعمل بشكل أفضل، بناءً على أداء التدهور في ظل أنواع معينة من المناخات”.

في حين حدد الباحثون، أن التدهور الحراري هو العامل الرئيسي للتدهور، إلا أن المزيد من الأبحاث يجب أن تركز على تقليل مدى التدوير الحراري في الوحدات.

يقول البروفيسور كاي، ” من الضروري التركيز على تحسين تصميم الوحدة للحد من ارتفاع درجة حرارة الوحدات، وهذا من شأنه أن يضمن إنتاج طاقة أعلى وعمرًا أفضل للوحدات، وهذا سيفيد محطات الطاقة الكهروضوئية الصناعية واسعة النطاق في المستقبل لاختيار الأكثر فعالية من حيث التكلفة و وحدات مقاومة للمناخ”.