تعتبر الألواح الشمسية المكون الرئيسي لمحطة الطاقة الشمسية، وتبلغ حصتها في تكلفة محطات الطاقة الشمسية حوالي 80%. هذا هو السبب في أن متانتها هي المفتاح. في الوقت الحالي، تدعي جميع الشركات المصنعة للألواح الشمسية تقريبًا أن عمر خدمة منتجاتها لا يقل عن 30 عامًا. سأتحدث عن المدة التي يمكن أن تدوم فيها الألواح الشمسية وما هي العوامل التي تؤثر على متانتها وأدائها في هذه المقالة.
المبادئ الأساسية لتشغيل الألواح الشمسية وأنواعها
يتم تصنيع اللوحة الشمسية (المعروفة أيضًا باسم البطارية الشمسية أو وحدة الطاقة الشمسية الكهروضوئية) من نوعين من رقائق السيليكون التي تحتوي على شوائب خاصة، وبالتالي خصائص مختلفة. ترتبط الألواح ببعضها البعض بواسطة قضبان موصلة. عندما يضرب ضوء الشمس رقائق السيليكون، يتم توليد كهرباء التيار المستمر، والتي تلتقطها قضبان التوصيل وترسلها إلى كابلات الإخراج.
هناك أنواع عديدة من الألواح الشمسية ويتم استخدامها في مجالات مختلفة تمامًا من النشاط، سواء على الأرض أو في الفضاء. تلك الأكثر شيوعًا للتطبيقات المحلية والتجارية هي بشكل أساسي أحادية البلورات ومتعددة البلورات.
- أحادية البلورية عبارة عن ألواح تعتمد على خلايا ضوئية مصنوعة من بلورة سيليكون متجانسة مزروعة خصيصًا. بصريا، هذه الألواح من الخلايا الضوئية المصنوعة من السيليكون أحادي البلورية لها بنية موحدة من اللون الأزرق الداكن. تتمتع العناصر والألواح أحادية البلورية المجمعة منها بكفاءة أعلى.
- متعددة البلورات عبارة عن ألواح تعتمد على خلايا ضوئية مصنوعة من بلورات السيليكون المعاد تدويرها. العناصر متعددة البلورات لها ظل ونمط مميز غير متجانس. إنها أرخص في التكلفة من تلك أحادية البلورة، ولكنها أيضًا أقل كفاءة.
يختلف كلا النوعين من خلايا السيليكون الضوئية أيضًا في فئة الجودة، والتي تتم الإشارة إليها بواسطة معلمة “الدرجة”. هذه معلمة مهمة جدًا تعتمد عليها كفاءة الألواح الشمسية وسعرها:
- الدرجة أ – أعلى فئة بأعلى كفاءة، مع عدم وجود رقائق وشقوق وخدوش. هذه الفئة هي أيضًا الأكثر شيوعًا.
- الدرجة ب – الدرجة الثانية، التي تتميز بوجود شقوق صغيرة غير مرئية، وخدوش، وعيوب جزئية. تتقادم هذه العناصر بشكل أسرع ويكون أداء الطاقة فيها أقل في البداية.
- الدرجة C – درجة منخفضة بكفاءة منخفضة. تحتوي هذه المنتجات على عيوب ملحوظة، وشقوق، ورقائق، وما إلى ذلك. وهي أرخص بكثير من الفئتين A وB، ومناسبة لمختلف الاختبارات، ولكنها ليست للاستخدام المستمر.
- الدرجة د – أدنى درجة (الرفض) بأقل كفاءة. هذه عناصر مكسورة، وتستخدم في بعض الأحيان لصنع ألواح منخفضة الطاقة من قصاصات رقائق السيليكون. ويتم إعادة تدوير هذه الألواح والخلايا الشمسية وتحويلها إلى سيليكون جديد.
تركيب الألواح الشمسية والعوامل المؤثرة على متانتها
تحتوي اللوحة الشمسية على هيكل متعدد الطبقات، بما في ذلك الفيلم المضاد للوهج والزجاج المقسى والطبقة الأولى من فيلم EVA والخلايا الشمسية والطبقة الثانية من فيلم EVA والفيلم الواقي الأبيض وإطار الألومنيوم والأسلاك وصندوق التوصيل.
زمن تشغيل الألواح الشمسية: الإحصائيات الحالية
عادة، يفكر أصحاب محطات الطاقة الشمسية في تغيير الألواح الشمسية فقط إذا كانوا يريدون إضافة الطاقة إلى منشأة مثبتة بالفعل.
توفر الشركات المصنعة الحديثة للألواح الشمسية، وأغلبها من الصين، ضمانًا للألواح الشمسية لمدة تتراوح بين 12 إلى 15 عامًا تقريبًا، مما يؤكد متانتها حقًا. كقاعدة عامة، يتم تحديد العملية الطبيعية لتدهور اللوحة الشمسية من خلال الطاقة التي تنتجها على الفور، وهي أيضًا متماثلة تقريبًا بالنسبة للجميع.
أمثلة على التشغيل الناجح للألواح الشمسية على المدى الطويل
تم تشغيل إحدى أولى محطات الطاقة الشمسية في أوروبا بقدرة 10 كيلووات، والتي تم تركيبها على سطح جامعة جنوب سويسرا (SUPSI)، في عام 1982. وبطبيعة الحال، بعد سنوات عديدة، لم يعد يعطي الفئة التي تم تصميمه من أجلها.
على الرغم من ذلك، لا تزال المحطة قيد التشغيل ويتم استخدامها على قدم المساواة مع المرافق الأكثر حداثة.
وبطبيعة الحال، تعتمد جودة الألواح الشمسية على الشركة المصنعة المحددة، ولكن التقنيات تتطور وتتحسن بسرعة، وبالتالي فإن محطات الطاقة الشمسية التي يتم تشغيلها في عصرنا يمكن أن تستمر لفترة أطول.
نصائح عملية لزيادة عمر خدمة الألواح الشمسية
لا تؤثر الصيانة على طول عمر الألواح الشمسية بقدر تأثيرها على أداء التصنيع. ومع ذلك، هناك العديد من التوصيات التي يمكن أن تطيل عمر الخدمة.
عند تركيب الألواح الشمسية وأثناء تشغيلها، من الضروري تجنب تظليلها الجزئي (عندما يكون جزء من اللوحة في الضوء والبعض الآخر في الظل). قد يكون سبب ذلك فروع الأشجار والشجيرات والموقع غير المناسب والأوراق والأوساخ وما إلى ذلك.
يمكن أن يؤثر التظليل الجزئي المستمر للوحة الشمسية سلبًا على عمرها الافتراضي بسبب ما يسمى “تأثير الاحتراق” الناجم عن ارتفاع درجة الحرارة الداخلية. لكن أولا وقبل كل شيء، يؤثر التظليل أو التلوث على توليد الكهرباء، والتي سيتم توليدها بدرجة أقل، أي أن الكفاءة ستنخفض بشكل كبير. إذا قمت بانتظام (مرة واحدة في السنة، وفي كثير من الأحيان إذا لزم الأمر) بفحص الألواح، وغسلها بالماء، وإزالة الظلال من الأشجار القريبة، فستعمل لفترة طويلة وبكفاءة.
الحماية من التأثيرات الخارجية
تحتوي معظم الألواح الشمسية على إطار من الألومنيوم بسمك 35 مم، مما يوفر صلابة جيدة إلى حد ما ودرجة عالية من أحمال الثلوج (5400 باسكال) والرياح (2400 باسكال). بالطبع، هناك حالات تحدث فيها كوارث طبيعية مختلفة، لكن هذه ظواهر نادرة للغاية.
اختيار مورد موثوق
تتأثر المتانة بشكل أساسي بجودة بناء الخلية الشمسية وختمها وجودة اللحام وجودة خلايا السيليكون التي تصنع منها اللوحة الشمسية. من المؤكد أن ظروف التثبيت لها تأثير، حيث أن اللوحة الشمسية التي تعرضت للتلف أثناء التثبيت أو تم تركيبها بشكل غير صحيح يمكن أن تفشل قبل الأوان.
يُنصح باختيار مورد يتمتع بخبرة واسعة في تنفيذ مشاريع الطاقة الشمسية. فإذا كان لدى المورد الخبرة والدعم والضمان الكافي فلن تكون هناك صعوبات معه. يعد طلب الدعم من مورد محلي يمكنه حل أي مشكلات على الفور أكثر ملاءمة بكثير من، على سبيل المثال، انتظار الرد على شكوى إذا تم طلب المنتج مباشرة من الصين.
آفاق استخدام الألواح الشمسية
تعتبر الطاقة الشمسية المتجددة مجالا واعدا للغاية، خاصة في المناطق الجنوبية، حيث تشرق الشمس كثيرا ومستوى الإشعاع الشمسي مرتفع.
وهكذا، ووفقاً لأحدث تقرير سنوي صادر عن وكالة الطاقة الدولية حول آفاق الطاقة العالمية، يتم إنفاق أكثر من مليار دولار يومياً على تنفيذ الطاقة الشمسية في مختلف المجالات. ووفقا لتوقعات وكالة الطاقة الدولية، بحلول عام 2050 فإن حصة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح من إجمالي استهلاك الطاقة العالمي ستكون 54-72٪. وتشير هذه البيانات إلى آفاق نمو كبيرة لاعتماد تكنولوجيا الطاقة الشمسية في جميع أنحاء العالم.
