الكفاءة والقوة الكهربائية
الألواح الطاقة الشمسية الأكثر كفاءة في عام 2024؟
كفاءة الألواح الشمسية (معدل التحويل) هي قدرة الألواح الشمسية على تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية. كفاءة الألواح الشمسية تصف نسبة الخرج الكهربائي (بالواط) إلى كمية ضوء الشمس التي تضرب سطح اللوحة (بالواط لكل متر مربع).
يتم التعبير عن كفاءة الألواح الشمسية كنسبة مئوية. على سبيل المثال، إذا كانت كفاءة الألواح الشمسية اللوحة الشمسية 20%، فهذا يعني أنها تستطيع تحويل 20% من ضوء الشمس الوارد إلى طاقة كهربائية قابلة للاستخدام. تنتج الألواح الشمسية الأكثر كفاءة (التكنولوجيا الكهروضوئية) أكبر قدر من إنتاج الطاقة.
أدت التطورات الحديثة في تكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية (N-type HJT و TOPcon وIBC) إلى زيادة الكفاءة الأولية للألواح الشمسية والقدرة الكهربائية، من متوسط 15% إلى أكثر من 23%. أدت التطورات الحديثة في تكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية إلى زيادة في إنتاج الطاقة للألواح الشمسية ذات الحجم القياسي، من 250 واط إلى 460 واط.
عند اختيار الألواح الشمسية، فإن القوة الكهربائية والكفاءة مهمان. تولد الألواح الشمسية ذات القوة الكهربائية العالية المزيد من الكهرباء، ولكن الكفاءة الأعلى تضمن تحويل نسبة أكبر من ضوء الشمس بشكل فعال إلى طاقة قابلة للاستخدام، مما يجعل النظام أكثر كفاءة في استخدام المساحة أو فعالية من حيث التكلفة.
ولكن ما مدى كفاءة الألواح الشمسية؟ الحد الأقصى للكفاءة النظرية للألواح الشمسية هو 86.8%. ومع ذلك، فإن الكفاءة الفعلية للألواح الشمسية أقل بكثير من الكفاءة النظرية. على الرغم ذلك، لا نزال قادرين على زيادة وتعظيم كفاءة الألواح الشمسية. مستقبل كفاءة الألواح الشمسية هو مع بعض أنواع الخلايا مثل طاقة البيروفسكايت الشمسية (Perovskite solar) والتي من المتوقع أن تصل كفاءتها الأولية إلى 29% بحلول عام 2030.
حتى مع أفضل أنواع الخلايا الشمسية (Perovskite solar)، لا تزال هناك 4 خارجية تؤثر على كفاءة الألواح الشمسية (درجة الحرارة، ضوء الشمس، التظليل، جودة الأنظمة الشمسية، الأوساخ والغبار التي تتطلب تنظيف الألواح الشمسية).
يجيب المقال على الأسئلة التالية: ما هي الألواح الشمسية ذات الكفاءة الأعلى؟ ما مدى كفاءة الألواح الشمسية؟ ماذا يحدث لكفاءة الألواح الشمسية مع مرور الوقت؟ ما هي الكفاءة الأولية للألواح الشمسية؟ ما هو تدهور الألواح الشمسية؟ كيفي يمكن زيادة (تعظيم) كفاءة الألواح الشمسية؟ ما هو مستقبل كفاءة الألواح الشمسية؟ ما هي أعلى قدرة كهربائية للوحة للطاقة الشمسية؟ لماذا تختار أعلى لوحة الشمسية من حيث القدرة الكهربائية؟ ما هي العوامل التي تؤثر على كفاءة الألواح الشمسية؟ كيف يؤثر التظليل على كفاءة الألواح الشمسية؟ كيف تؤثر درجات الحرارة المرتفعة على كفاءة الألواح الشمسية؟ كيف تؤثر زاوية ضوء الشمس على كفاءة الألواح الشمسية؟ كيف تؤثر الأوساخ والغبار على كفاءة الألواح الشمسية؟ كيف تؤثر جودة النظام الشمسي على كفاءة الألواح الشمسية؟
ما هي الألواح الشمسية ذات الكفاءة الأعلى؟
يتم تصنيع الألواح الشمسية ذات الكفاءة الأعلى من خلايا “N-type HJT وTOPcon” و”Back-contact” (IBC) عالية الأداء. مؤخرًا، أصدرت شركة Aiko Solar وحدة الألواح من سلسلة Black Hole بكفاءة تبلغ 23.6%، باستخدام تقنية خلايا ABC (All Back Contact) الجديدة والفريدة من نوعها. يحقق الجيل التالي من سلسلة “Black Tiger” كفاءة بنسبة 23.6% باستخدام تصميم خلية “TOPcon Back-contact” الجديد، من شركة Recom Tech. وهناك أيضًا مستوى كفاءة للوحدة بنسبة 22.8% باستخدام “Hi-Mo 6 Scientists”، من شركة LONGi للطاقة الشمسية.
توضح الصورة التالية أفضل 10 ألواح شمسية وأكثرها كفاءة من مختلف الشركات المصنعة.
يتم تحديد كفاءة الخلايا الشمسية من خلال بنيتها ونوع ركيزة السيليكون المستخدمة، والتي يمكن أن تكون إما من النوع P أو النوع N. يتم حساب معدل تحويل الخلية باستخدام عامل التعبئة (FF)، وهو أقصى كفاءة تحويل للخلية الشمسية عند الجهد والتيار الأمثل. من المهم ملاحظة أن كفاءة الخلايا ليست هي نفس كفاءة اللوحة، والتي تكون دائمًا أقل بسبب فجوات الخلايا الداخلية وبنية الإطار.
يعد تصميم الخلية والمادة مهمة جدًا لتحقيق الكفاءة. العوامل الـ 4 الرئيسية التي تؤثر على كفاءة الخلايا موجودة في القائمة التالية.
- نوع السيليكون
- قضيب نقل الطاقة الشمسية بسبار
- نوع الوصلة
- نوع طبقة التخميل (PERC).
تعد خلايا الاتصال الخلفي (IBC) من النوع N هي الأكثر كفاءة حاليًا (تصل إلى 23.8%)، والنوع N عبارة عن ركيزة من السيليكون عالي النقاء تمنع فقدان التظليل. حققت الألواح الشمسية التي تستخدم أحدث خلايا TOPcon من النوع N وخلايا الوصلات المتغايرة المتقدمة (HJT) مستويات كفاءة تزيد عن 22%. لا تزال خلايا البيروفسكايت الترادفية فائقة الكفاءة قيد التطوير، لكننا نتوقع أن تكون قابلة للتطبيق تجاريًا خلال العامين المقبلين.
ويوضح الشكل التالي كفاءة الخلايا الشمسية المختلفة حسب الأنواع والتصميمات والتكوينات.
الألواح الشمسية ذات أعلى كفاءة والتي تم تصنيعها بواسطة جهة الاتصال الخلفية المتداخلة من النوع N (IBC). الألواح الشمسية ذات الكفاءة الأقل هي 60 خلية بولي PERC (ألواح متعددة البلورات).
لمعرفة مدى كفاءة الألواح الشمسية، سننظر إلى كفاءة الألواح أحادية البلورية، ومتعددة البلورات، والألواح ذات الأغشية الرقيقة.
ما مدى كفاءة الألواح الشمسية؟
تبلغ كفاءة الألواح الشمسية الأكثر كفاءة المتوفرة اليوم حوالي 23.8%، على الرغم من أن الحد الأقصى لمعدل التحويل النظري للألواح الشمسية يبلغ 86.8%، وفقًا لقوانين الفيزياء. ومع ذلك، فإن الكفاءة الفعلية للألواح الشمسية أقل بكثير من هذا.
تختلف كفاءة الألواح الشمسية بشكل كبير اعتمادًا على نوع اللوحة وبنيتها والظروف التي تعمل فيها. توضح القائمة التالية كفاءة أفضل 3 أنواع شائعة من الألواح الشمسية
- لوحات أحادية البلورية. هذه هي الألواح الأكثر كفاءة، حيث تتراوح كفاءتها من حوالي 17% إلى 22.8%.
- ألواح متعددة البلورات. هذه الألواح بشكل عام أقل كفاءة من الألواح أحادية البلورية، حيث تتراوح كفاءتها من 13% إلى 16.9%.
- الألواح ذات الأغشية الرقيقة. هذه هي تقنيات الألواح الشمسية الأقل كفاءة، حيث تتراوح كفاءتها عادة من 10٪ إلى 12٪. ومع ذلك، فهي غالبًا ما تكون أرخص وأكثر مرونة.
يمكن حساب مدى كفاءة الألواح الشمسية عن طريق قسمة كمية الكهرباء التي تنتجها على كمية ضوء الشمس التي تتلقاها. صيغة حساب كفاءة الألواح الشمسية موجودة في الصورة التالية.
الكفاءة = (الطاقة المنتجة / الإشعاع الشمسي الساقط) * 100%
- الطاقة المنتجة. إنها كمية الكهرباء المنتجة التي يمكن أن تنتجها اللوحة الشمسية بالواط.
- الإشعاع الشمسي الساقط. إنها كمية ضوء الشمس التي تصل إلى اللوحة الشمسية بالواط لكل متر مربع.
على سبيل المثال، إذا كانت اللوحة الشمسية لديها إنتاج طاقة يبلغ 100 واط وتستقبل إشعاعًا ساقطًا قدره 1000 واط لكل متر مربع، فإن كفاءة اللوحة تبلغ 10%.
تتغير نتيجة هذه المعادلة (الكفاءة الأولية للألواح الشمسية) بالتدهور مع مرور الوقت. لتوفير الكفاءة الأولية، هناك 3 ممارسات مفيدة يجب القيام بها (استخدام نظام التتبع، تنظيف الألواح الشمسية، اختيار الألواح الشمسية عالية الكفاءة).
ماذا يحدث لكفاءة الألواح الشمسية مع مرور الوقت؟
تنخفض كفاءة الألواح الشمسية مع مرور الوقت. لا تظل كفاءة الألواح الشمسية ثابتة طوال عمر الألواح الشمسية. تتدهور كفاءة الألواح الشمسية بمرور الوقت نتيجة لأربعة أسباب هي التعرض لأشعة الشمس، والظروف الجوية، والشقوق الصغيرة والأتربة، وسوء جودة التصنيع.
إن تقسيم أعمار كفاءة الألواح الشمسية هو الكفاءة الأولية والتدهور. بين الكفاءة الأولية ونسبة الانخفاض في الكفاءة، يمكنك زيادة (تعظيم) كفاءة الألواح الشمسية من خلال بعض الإجراءات.
ما هي الكفاءة الأولية للألواح الشمسية؟
الكفاءة الأولية هي عندما تكون اللوحة الشمسية جديدة تمامًا ومثبتة، فإنها عادةً ما تعمل بكفاءتها المقدرة أو بالقرب منها. بالكفاءة الأولية، يمكن للوحة الشمسية تحويل نسبة عالية من ضوء الشمس الذي تتلقاه إلى كهرباء. تعتمد الكفاءة الأولية على نوع الألواح الشمسية. تبدأ الألواح أحادية البلورية عمومًا بمستوى كفاءة أعلى من الألواح متعددة البلورات أو الألواح ذات الأغشية الرقيقة.
توضح القائمة التالية الكفاءة الأولية للأنواع الثلاثة الأكثر شيوعًا من الألواح الشمسية.
- تتمتع الألواح أحادية البلورية بأكبر قدر من الكفاءة الأولية، حيث تتراوح كفاءتها من حوالي 17% إلى 22.8%.
- تتمتع الألواح متعددة البلورات بكفاءة أولية أقل من الألواح أحادية البلورات، حيث تتراوح كفاءتها من 13% إلى 16.9%.
- تتمتع الألواح ذات الأغشية الرقيقة بأقل تقنيات الألواح الشمسية كفاءة أولية، حيث تتراوح الكفاءة عادةً من 10% إلى 12%. ومع ذلك، فهي غالبًا ما تكون أرخص وأكثر مرونة.
ما هو تدهور الألواح الشمسية؟
إن تدهور كفاءة الألواح الشمسية (الشيخوخة) هو عملية طبيعية تحدث مع مرور الوقت. يرجع الانخفاض التدريجي في الكفاءة إلى 4 عوامل رئيسية مذكورة في القائمة التالية.
- التعرض لأشعة الشمس. بمرور الوقت، قد يؤدي التعرض لأشعة الشمس والأشعة فوق البنفسجية وتقلبات درجات الحرارة إلى تدهور المواد الموجودة في اللوحة الشمسية قليلاً. وهذا يمكن أن يؤدي إلى انخفاض تدريجي في الكفاءة.
- العوامل البيئية. يمكن أن تؤثر الظروف الجوية، مثل الحرارة الشديدة أو البرودة أو الرطوبة، على كفاءة وأداء الألواح الشمسية وتساهم في تدهورها.
- الشقوق الصغيرة والتلوث. يمكن أن تؤدي الشقوق الصغيرة أو تراكم الأوساخ والغبار على سطح اللوحة إلى زيادة التدهور وتقليل قدرتها على التقاط ضوء الشمس بشكل فعال.
- جودة التصنيع: يمكن أن تؤثر جودة التصنيع والمواد المستخدمة أيضًا على معدل التدهور بمرور الوقت.
يختلف معدل التحلل اعتمادًا على جودة اللوحة والشركة المصنعة لها. في المتوسط، تميل الألواح الشمسية عالية الجودة إلى التدهور بمعدل حوالي 0.5٪ إلى 1٪ سنويا، وفقا لــ the Solar Energy Industries Association (SEIA). وهذا يعني أنه بعد 25 عامًا (فترة الضمان النموذجية لمعظم الألواح الشمسية)، لا يزال بإمكان اللوحة العمل بنسبة 75% إلى 87.5% من كفاءتها الأولية.
كيفي يمكن زيادة (تعظيم) كفاءة الألواح الشمسية؟
لزيادة (تعظيم) كفاءة الألواح الشمسية يجب عليك اتباع الخطوات الـ 7 في القائمة التالية.
- اختر الألواح الشمسية عالية الكفاءة. تنتج الألواح ذات معدلات التحويل الأعلى المزيد من الكهرباء من نفس الكمية من ضوء الشمس.
- قم بتثبيت الألواح في مكان مشمس. تعمل الألواح الشمسية بكفاءة أكبر في ضوء الشمس المباشر.
- نظف الألواح الشمسية بانتظام. يمكن للغبار والأوساخ وفضلات الطيور أن تقلل من كفاءة الألواح الشمسية.
- استخدم نظام التتبع. يقوم نظام التتبع تلقائيًا بتوجيه الألواح نحو الشمس طوال اليوم، مما قد يزيد من كفاءتها بنسبة تصل إلى 30% أو أكثر.
- استخدم المحولات الدقيقة. تقوم المحولات الدقيقة بتحويل الكهرباء من كل لوحة شمسية على حدة، مما يمكن أن يساعد في تحسين الكفاءة في المناطق المظللة.
- زد حجم النظام. إن زيادة حجم النظام الشمسي يعني تركيب ألواح أكثر مما تحتاج إليه بشدة. يمكن أن يساعد هذا في تعويض الخسائر الناجمة عن التظليل وعوامل أخرى.
- استخدم نظام مراقبة الطاقة الشمسية. يمكن لنظام مراقبة الطاقة الشمسية أن يساعدك على تتبع أداء الألواح الشمسية الخاصة بك وتحديد أي مشاكل محتملة.
ما هو مستقبل كفاءة الألواح الشمسية؟
مستقبل كفاءة الألواح الشمسية مشرق. هناك العديد من جهود البحث والتطوير الجارية التي تهدف إلى تحسين معدل تحويل الألواح الشمسية. 3 تقنيات واعدة رئيسية موجودة في القائمة التالية.
- خلايا البيروفسكايت الشمسية (Perovskite solar cells). وهي مصنوعة من مادة تسمى البيروفسكايت، وهي مادة رخيصة الثمن ومتوفرة بكثرة. تتمتع خلايا البيروفسكايت الشمسية بالقدرة على الوصول إلى كفاءة تصل إلى 29% بحلول عام 2030.
- الخلايا الشمسية متعددة الوصلات (Multi-junction solar cells). مصنوعة من تراكيب طبقات متعددة لمواد شبه موصلة. تمتص كل طبقة طولًا موجيًا مختلفًا من ضوء الشمس، مما يسمح للخلية الشمسية بامتصاص المزيد من طاقة الشمس. الخلايا الشمسية متعددة الوصلات فعالة للغاية بالفعل، ومن المتوقع أن تصبح أكثر كفاءة في المستقبل.
- تركيز الطاقة الشمسية Concentrating solar power (CSP). تعتمد أنظمة الطاقة الشمسية المركزة على استخدام المرايا أو العدسات لتكبير تركيز ضوء الشمس على منطقة محددة. بعد ذلك، تقوم أنظمة الطاقة الشمسية المركزة بتحويل ضوء الشمس إلى حرارة ومن ثم إلى كهرباء. يمكن أن تكون أنظمة الطاقة الشمسية المركزة فعالة للغاية، وهي خيار جيد للمناطق ذات مستويات عالية من ضوء الشمس.
يتم تصور مستقبل كفاءة الألواح الشمسية في الرسم البياني التالي.
ما هي أعلى استطاعة للوحة الطاقة الشمسية؟
الألواح الشمسية ذات أعلى واط هي لوحة يمكنها توليد أعلى طاقة في ظل ظروف الاختبار القياسية. شروط الاختبار القياسية (STC) هي مجموعة من الشروط القياسية التي يتم بموجبها قياس أداء الألواح الشمسية وتقييمها من حيث الاتساق. تتضمن هذه الظروف مستوى محددًا من شدة ضوء الشمس ودرجة حرارة تبلغ 25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت).
تعد شركات Trina Solar, Jinko Solar, Canadian Solar, Risen Energy, و JA Solar أول من قدم الألواح الشمسية ذات القوة الكهربائية العالية التي تتجاوز 600 واط في العامين الماضيين. ثم قدمت شركات Huasun وTW Solar وJolywood وAkcome الأقل شهرة نسبيًا ألواحًا شمسية ذات قوة كهربائية عالية تتجاوز 700 واط. تُعزى هذه الإنجازات إلى اعتماد التقنيات المتطورة مثل تقنية N-type TOPCon أو تقنية الخلايا غير المتجانسة (HJT).
ومن المثير للاهتمام أن شركة SunPower (المعروفة الآن باسم Maxeon) وشركة REC، الشركات المصنعة للوحدات المتميزة المعترف بها، قد اختارت عدم المشاركة في السباق على اللوحات عالية الطاقة ذات التنسيق الأكبر. وبدلاً من ذلك، اختاروا التركيز على تلبية احتياجات قاعدة عملائهم السكنية والتجارية التقليدية من خلال توفير لوحات صغيرة الحجم وعالية الكفاءة.
القوة الكهربائية (W) هي وحدة طاقة تقيس معدل إنتاج الطاقة الكهربائية أو استهلاكها. في سياق الألواح الشمسية، القوة الكهربائية هي مقدار الطاقة التي يمكن أن تولدها اللوحة الشمسية في ظل ظروف الاختبار القياسية (STC). تتضمن الظروف القياسية شدة ضوء الشمس المحددة ودرجة الحرارة وعوامل أخرى لإجراء قياسات متسقة. يشير مصطلح “ذروة الواط” (Wp) إلى الحد الأقصى من الطاقة الناتجة من اللوحة الشمسية من شركة STC. على سبيل المثال، إذا تم تصنيف اللوحة الشمسية بـ 300 واط (300Wp)، فهذا يعني أنها يمكن أن تنتج 300 واط من الطاقة الكهربائية في ظل تلك الظروف القياسية.
تعد استطاعة الألواح الشمسية عاملاً حاسماً في تصميم أنظمة الطاقة الشمسية لتلبية احتياجات الطاقة لتطبيق معين. يؤدي التقدم في التكنولوجيا إلى إنتاج ألواح شمسية ذات قوة كهربائية أعلى، مما يعزز كفاءة وضغط المنشآت الشمسية.
الألواح الشمسية عالية القوة الكهربائية في السوق موجودة في الصورة التالية
إن اختيار الألواح الشمسية ذات أعلى طاقة كهربائية له 5 مزايا بما في ذلك (كفاءة المساحة، مواكبةالتطور في المستقبل، والتقدم التكنولوجي).
لماذا تختار أعلى لوحة الشمسية بأعلى استطاعة؟
تعتبر الألواح الشمسية ذات القوة الكهربائية الأعلى أفضل لأنها تشير إلى قدرة أعلى على إنتاج الطاقة للوحة شمسية واحدة. الألواح الشمسية ذات أعلى واط هي اللوحة الشمسية التي يمكنها توليد المزيد من الكهرباء في ظل ظروف الاختبار القياسية (STC)، مما يجعلها أكثر كفاءة في تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية.
ويبين الشكل التالي أهم 5 مزايا للألواح الشمسية باستطاعة عالية.
المزايا الخمسة الرئيسية للألواح الشمسية عالية الاستطاعة موجودة في القائمة التالية.
- تحفظ المسافه. تتمتع اللوحة الشمسية بقدرة عالية تسمح بتوليد المزيد من الطاقة في مساحة معينة.
- تساعد على تقليل تكاليف التثبيت. هناك حاجة إلى عدد قليل من الألواح الشمسية عالية الوات لتحقيق خرج طاقة محدد، مما قد يؤدي إلى انخفاض تكاليف التثبيت، لأنه يتطلب عددًا أقل من هياكل التركيب والأسلاك والعمالة.
- تزيد من إنتاج الطاقة. يمكن للأنظمة التي تستخدم الألواح الشمسية ذات أعلى واط أن تنتج المزيد من الطاقة، مما يجعلها مناسبة لتلبية متطلبات الكهرباء المرتفعة أو تعويض جزء أكبر من استهلاك الطاقة في المنزل أو الشركة.
- توفر ضمان التقدم التكنولوجي. تتضمن الألواح الشمسية ذات القوة الكهربائية العالية التقدم التكنولوجي الذي يعمل على تحسين الكفاءة والمتانة والأداء بشكل عام.
- تلبي طلبات الطاقة المتزايدة. يضمن الاستثمار في الألواح الشمسية ذات القوة الكهربائية العالية أن نظام الطاقة الشمسية مجهز لتلبية احتياجات الطاقة المتزايدة أو التوسعات المحتملة في المستقبل.
ما هي العوامل التي تؤثر على كفاءة الألواح الشمسية؟
إن كفاءة الألواح الشمسية في إنتاج الكهرباء ليست ثابتة في جميع الأوقات والأحوال والأماكن. العوامل الأربعة الرئيسية التي تؤثر على الكفاءة ومعدل التحويل موجودة في القائمة التالية.
- التظليل
- درجة الحرارة
- التنظيف
- جودة المكونات
العوامل الأربعة الرئيسية التي تؤثر على الكفاءة ومعدل التحويل موجودة في الصورة التالية.
كيف يؤثر التظليل على كفاءة الألواح الشمسية؟
الظل يقلل من كفاءة النظام الشمسي الظل يجعل الأسر تفقد حوالي 40% من إمكانية توليد الطاقة الشمسية وفقًا لدراسة أجراها المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) وجدت ذلك. التظليل، في سياق الألواح الشمسية، هو أي عائق أو انسداد يمنع ضوء الشمس من الوصول إلى جزء من سطح اللوحة الشمسية.
في القائمة التالية، هناك 5 طرق يؤثر فيها الظل على معدل تحويل الألواح الشمسية (كفاءتها).
- تقليل الطاقة الإجمالية. عندما يتم تظليل اللوح الشمسي أو جزء منه، فإنه يقلل من كمية ضوء الشمس التي يمكن تحويلها إلى كهرباء.
- تجاوز الثنائيات. تم تجهيز معظم الألواح الشمسية بثنائيات تجاوز. تسمح هذه الثنائيات للتيار بتجاوز خلية مظللة أو منخفضة الأداء داخل اللوحة. وهذا يمنع الخلية المظللة من سحب كفاءة اللوحة بأكملها إلى الأسفل. ومع ذلك، حتى مع الثنائيات الالتفافية، فإن التظليل لا يزال يقلل من الكفاءة الإجمالية للوحة.
- التظليل الجزئي. حيث يتم تظليل بعض الخلايا الموجودة على اللوحة فقط، يمكن أن يكون لها تأثير أكثر أهمية على الكفاءة من التظليل الكامل. وذلك لأن الثنائيات الالتفافية أكثر فعالية في تخفيف آثار التظليل الكامل.
- خسائر عدم التطابق. فقدان الطاقة الذي يحدث بسبب الاختلافات الطفيفة في الخصائص الكهربائية لوحدات الطاقة الشمسية المختلفة في مجموعة الألواح الشمسية. عندما تتعرض الخلايا الموجودة على نفس اللوحة لمستويات مختلفة من ضوء الشمس بسبب التظليل، تحدث خسائر عدم التطابق. يمكن أن تؤدي خسائر عدم التطابق إلى تقليل الكفاءة الإجمالية للوحة بشكل كبير.
- الوقت من اليوم وزاوية السقوط. يعد التظليل أثناء ساعات الصباح أو المساء أقل ضررًا من التظليل أثناء ساعات ذروة ضوء الشمس عندما تولد اللوحة أكبر قدر من الطاقة.
كيف تؤثر درجات الحرارة المرتفعة على كفاءة الألواح الشمسية؟
تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى انخفاض الكفاءة بنسبة 10-25%، مما يقلل من كمية الكهرباء التي يمكن أن تنتجها الألواح الشمسية، بحسب ما ذكره الدكتور Dr. Qusay A.H. Al-Naser في دراسة “تأثير التغيرات في درجات الحرارة على كفاءة الخلايا الشمسية”. تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى زيادة التيار وتقليل الجهد، ولهذا السبب غالبًا ما يتم تركيب الألواح مع وجود فجوة بين اللوحة وسطح التركيب للسماح بتدفق هواء وتبريد أفضل.
إن درجة الحرارة المثالية للألواح الشمسية للعمل بكفاءة وإنتاج أكبر قدر من الطاقة هي عادة ضمن نطاق درجة حرارة معتدلة، بين 25 درجة مئوية إلى 35 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت إلى 95 درجة فهرنهايت)، وفقا للدكتور قصي عبد الحميد الهاشمي. ناصر.
معامل درجة حرارة الطاقة للألواح الشمسية (PTC) هو مقياس لمدى انخفاض إنتاج الطاقة مع زيادة درجة حرارة اللوحة، وفقًا للدكتور Dr. Swapnil Dubey، في بحث “كفاءة الخلايا الكهروضوئية المعتمدة على درجة الحرارة وتأثيرها على إنتاج الطاقة الكهروضوئية في العالم”. يتم التعبير عن معامل درجة حرارة الطاقة كنسبة مئوية من الانخفاض في خرج الطاقة لكل درجة مئوية تزيد في درجة الحرارة. تحتوي معظم الألواح الشمسية على معامل مقاومة للحرارة يتراوح بين -0.3% و-0.5% لكل درجة مئوية، وفقًا للدكتور Dr. Swapnil Dubey، في بحث “كفاءة الخلايا الكهروضوئية المعتمدة على درجة الحرارة وتأثيرها على إنتاج الطاقة الكهروضوئية في العالم”. وهذا يعني أنه مقابل كل زيادة بمقدار درجة مئوية واحدة في درجة الحرارة فوق 25 درجة مئوية، ينخفض خرج الطاقة للوحة بنسبة 0.3% إلى 0.5%. على سبيل المثال، لوحة شمسية بقدرة 300 واط عند 25 درجة مئوية سيكون لها خرج طاقة يبلغ 297 واط عند 30 درجة مئوية (-1%). عند 35 درجة مئوية، سيكون خرج الطاقة 294 واط (-2%).
الفرق في فقدان الطاقة، بسبب درجة الحرارة، بين أنواع الخلايا الشمسية المختلفة موضح في الرسم البياني التالي.
كيف تؤثر زاوية ضوء الشمس على كفاءة الألواح الشمسية؟
عندما يضرب ضوء الشمس الألواح الشمسية بزاوية متعامدة (90 درجة)، فإنها تعمل بكفاءة أكبر. ومن أجل الإنتاج بكفاءة، يتم تركيب الألواح الشمسية وفقًا لخط العرض بحيث تكون متعامدة مع الشمس. تتراوح درجة الحرارة المثالية لتركيب الألواح الشمسية في الولايات المتحدة بين 30 و45 درجة.
كيف تؤثر الأوساخ والغبار على كفاءة الألواح الشمسية؟
الأوساخ والغبار لها آثار سلبية على كفاءة وإنتاج الألواح الشمسية. وجدت دراسة أجرتها مختبرات سانديا الوطنية أن الأوساخ والغبار تقلل من كفاءة الألواح الشمسية بنسبة 30%. في حين أن الألواح الشمسية مصممة لتكون متينة ومنخفضة الصيانة، إلا أنها لا تزال تتأثر بالعوامل البيئية مثل الأوساخ والغبار، لذلك من المهم معرفة ما هي أفضل طرق تنظيف الألواح الشمسية وكيف يتم ذلك.
كيف تؤثر جودة النظام الشمسي على كفاءة الألواح الشمسية؟
تؤثر الجودة الشاملة لمكونات النظام الشمسي، بما في ذلك الخلايا والأسلاك وصناديق التوصيل، على إنتاج اللوحة وأدائها على المدى الطويل. يمكن أن تؤثر كفاءة العاكس أيضًا على الكفاءة الإجمالية لنظام الطاقة الشمسية.