ما العوامل التي تحدد كفاءة وحدات الطاقة الشمسية؟

تُعتبر الوحدات الشمسية مكونات أساسية مسؤولة عن تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية، وكذلك كمية الإنتاج المقابل وربحها. تُثير هذه العوامل تساؤلات لدى العديد من المستخدمين حول كفاءة الوحدات الشمسية. إن معرفة هذه المعلومات ستساعد في اختيار المنتج المناسب للطاقة الشمسية. سيحدد المقال التالي بشكل شامل الجوانب التي تؤثر على كفاءة الوحدات الشمسية ويغطيها.

الوحدات الشمسية وموادها

من بين العديد من العوامل التي تحدد كفاءة وحدات الطاقة الشمسية، فإن مواد الخلايا تحتل المرتبة الأولى والأهم. أكثر أنواع المواد شيوعاً والتي تُستخدم في السوق اليوم هي السليكون الأحادي البلورة والسليكون متعدد البلورات. على سبيل المثال، تمتلك الخلايا الشمسية أحادية البلورة كفاءة أفضل تتراوح بين 18٪ - 24٪ مقارنةً بالخلايا متعددة البلورات التي تتراوح كفاءتها بين 15٪ - 20٪. الخلايا الشمسية التي تُصنع من السليكون متوفرة بشكل واسع مقارنةً بالخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة التي لا تزال قيد التطوير وتتمتع بتطبيقات محدودة. تحدد مواد خلايا الوحدة كفاءة الوحدة.

عملية تصنيع الوحدات الشمسية

تصُنع الوحدات الشمسية للحصول على نتائج كفاءة محددة. تبدأ أهمية تأثير الكفاءة في الوحدة من الأخطاء التي تُرتكب في تحديد الأهداف الخاصة بالوحدة.

أولاً، دقة قطع الخلايا الشمسية لها أهمية كبرى. ففي حال كانت أبعاد القطع غير متساوية، فسوف تنتج عنها اتصالات ضعيفة بين الخلايا، مما يؤدي إلى تقليل الإنتاج الكلي للوحدة. ثانياً، إن عملية لحام الخلايا تُعد نقطة حاسمة. ففي حال كان اللحام غير جيد، سيؤدي ذلك إلى زيادة مقاومة التلامس، وبالتالي تُفقد الطاقة أثناء نقل التيار. علاوة على ذلك، فإن تغليف الوحدة يُعد بنفس القدر من الأهمية. فمواد التغليف الجيدة مثل فيلم الإيثر فينيل أسيتات (EVA) والطبقة الخلفية (backsheet) تحمي الخلايا من التلف الناتج عن الظروف البيئية الخارجية، كما تحافظ على الكفاءة المستقرة على المدى الطويل. بالمقابل، إذا كانت جودة التغليف ضعيفة، فإن الوحدة ستكون عرضة لاختراق الرطوبة والغبار، مما يؤدي إلى تقليل الكفاءة.

تؤثر شدة العوامل البيئية الخارجية مثل موقع الشمس وزاوية الإشعاع أيضًا على كفاءة الوحدات الشمسية. وبما أن الوحدات الشمسية تعمل عن طريق جمع الطاقة الشمسية، فإن شدة الإشعاع الأقوى ستؤدي إلى إنتاج أكبر. ومع ذلك، تتحدد شدة الشمس وتُنظم حسب المناطق الجغرافية والمواسم وحتى وقت اليوم. فعلى خط الاستواء على سبيل المثال، تكون شدة أشعة الشمس أقوى على مدار السنة وبالتالي ستكون كفاءة الوحدات الشمسية هناك أعلى.

كما تؤثر زاوية أشعة الشمس على الكفاءة. حيث تصل الكفاءة القصوى للوحدة عند زاوية سقوط عمودية. إذا زادت زاوية أشعة الشمس بشكل كبير، فإن الكفاءة تنخفض بسبب انعكاس جزء من الإشعاع. لذا، يُحسّن ارتفاع كفاءة الوحدة زوايا خط العرض المحلية.

درجة حرارة التشغيل

كما هو موضح أعلاه، فإن درجات الحرارة المثلى تؤدي إلى تحقيق أعلى كفاءة. ومع ذلك، فإن ارتفاع درجة حرارة الوحدة يؤثر بشكل عكسي على الكفاءة بانخفاض تدريجي. في خلية شمسية، يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى زيادة المقاومة الداخلية، مما يزيد من فقدان الطاقة. وبكلمات بسيطة، فإن كل زيادة درجة واحدة فوق الحد الأدنى المعياري البالغ 25 درجة تؤدي إلى انخفاض الكفاءة بنسبة تتراوح بين 0.3 و 0.5 بالمائة. وبالتالي، فإن الكفاءة تعتمد على حالة الهواء سواء كان هادئًا أم لا. هذه نقطة بالغة الأهمية يجب أخذها بعين الاعتبار مع المسافات في المناطق التي تظل حارة.

درجة التلوث والعمر

وبشكل خاص، فإن الموانع الممثلة للتلوث والوحدات الشمسية، وكذلك الوحدات التي تُظهر انخفاضًا في الكفاءة مع مرور الوقت، تؤثر على المسافات بين الوحدات.

على مر الزمن، قد تغطي الغبار والأوراق وغيرها من الحطام سطح الوحدة. هذه العناصر تحجب جزءًا من أشعة الشمس، فيُصبح من الممكن جمع طاقة أقل وبالتالي تقل كفاءة الوحدة. لذا، يتطلب سطح الوحدة تنظيفًا دوريًا من أجل الحفاظ على امتصاص الشمس الأمثل. علاوة على ذلك، مع مرور الوقت، تبدأ وحدات الطاقة الشمسية بالشيخوخة تدريجيًا. قد تصبح مواد التغليف هشة، ويمكن أن تتشقق الخلايا أو تتعرض لخلل كهربائي أيضًا. يمكن أن تدوم الوحدات الشمسية عالية الجودة ما بين 25 إلى 30 سنة، ومع ذلك، في حالة عدم وجود صيانة منتظمة، ستنخفض الكفاءة بسرعة بغض النظر عن المدة التي خدمتها فيها. إن التقييم المستمر والصيانة المناسبة سيؤديان إلى إبطاء عملية الشيخوخة، وبذلك تبقى كفاءة الوحدة مُحْفَظَة.