هل يمكن لحواجز الأسطح الكهروضوئية ثنائية الوجه أن تعيد تشكيل مستقبل المباني المستدامة؟
مقدمة
مع تزايد الاهتمام بالمدن الذكية والمباني المستدامة، تبحث الأوساط الأكاديمية والصناعية عن حلول مبتكرة لتعزيز كفاءة أنظمة الطاقة الشمسية في البيئات الحضرية. من بين هذه الحلول، تبرز تقنية الحواجز الكهروضوئية ثنائية الوجه (Bifacial PV Balustrades) التي تقدم دمجًا ذكيًا بين التصميم المعماري وإنتاج الطاقة، مما يفتح آفاقًا جديدة لتكامل الطاقة الشمسية في المباني دون الحاجة لمساحات إضافية.
ما الذي يميز أنظمة الحواجز الكهروضوئية؟
تعمل هذه التقنية على تركيب الألواح الشمسية ثنائية الوجه بشكل عمودي على حواف الأسطح لتؤدي وظيفة مزدوجة:
- إنتاج الكهرباء من الجانبين عبر استغلال الإشعاع الشمسي المباشر وغير المباشر.
- توفير حلول إنشائية وجمالية كحواجز حماية للأسطح أو الشرفات.
هذا الدمج يقلل من تحديات الظل والحمولات الهيكلية التي تواجه عادة الأنظمة الكهروضوئية التقليدية المثبتة على الأسطح.
نتائج الدراسة العلمية: أرقام لافتة
أجرت الورقة العلمية تحليلًا عدديًا متعدد الفيزياء لتقييم أداء هذه الأنظمة، مع التركيز على عوامل مثل:
- معامل الانعكاسية (Albedo) لسطح السقف.
- الارتفاع عن السطح (Ground Clearance)
- عرض الأسطح العاكسة المحيطة.
- اتجاه الألواح المثبتة (Orientation)
النتائج الرئيسية: أداء تقني متميز
- أهمية انعكاسية السطح واتجاه الألواح
- أظهرت النتائج أن زيادة انعكاسية السطح (Roof Albedo) تعزز بشكل ملحوظ إنتاج الطاقة.
- الاتجاه الشرقي/الغربي رفع إنتاج الكهرباء، بينما الاتجاه نحو الشمال حقق أعلى مكاسب ثنائية (Bifacial Gain)
- مقارنة بين تقنيتي PERC و HJT
- تقنية PERC (Passivated Emitter and Rear Contact) حققت إنتاجاً سنوياً بين 732 – 1786 (kWh/kWp) مع مكاسب ثنائية تراوحت بين 16 – 1.47
- تقنية HJT حسّنت الأداء بنسبة 17% في إنتاج الطاقة وبنسبة 30% في المكاسب الثنائية مقارنة بـ PERC
- السيناريو الأمثل
- باستخدام ألواح HJT مع أسطح عاكسة وانعكاسية عالية (Albedo = 0.9)، وصلت المكاسب الثنائية إلى 04، وهو إنجاز تقني لافت.
أهمية النتائج للمدن والمباني المستقبلية
هذه النتائج تكشف أن أنظمة الحواجز الكهروضوئية ليست مجرد حل تكاملي بل قد تمثل تحولًا جوهريًا في تصميم المباني المستدامة:
- استغلال المساحات العمودية بدلًا من الأفقية.
- تعزيز جدوى الأنظمة الشمسية في المدن ذات الكثافة العالية.
- فتح الباب أمام تصاميم معمارية أكثر تناغمًا مع تقنيات الطاقة المتجددة.
خاتمة
يُظهر هذا البحث أن الدمج الذكي للألواح ثنائية الوجه في حواجز الأسطح يمكن أن يحقق نقلة نوعية في كفاءة المباني المستدامة، خاصة مع التوجه نحو اعتماد تقنيات HJT عالية الكفاءة. وبذلك، فإن مستقبل المدن الذكية قد يشهد تحولًا يجعل كل سطح وكل واجهة عنصرًا منتجًا للطاقة.
📖 المصدر العلمي: Bifacial photovoltaic balustrade systems for rooftop integration: Multi-physics analysis and nationwide performance assessment، مجلة Renewable Energy، 2025.
