هل تساءلت يوماً عن العمر الحقيقي التشغيلي للمنظومة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المثبّتة على أسطح المنازل؟ وما هي العوامل المؤثرة عليها؟

 Image Source: Oorjan Cleantech

سنقوم باستعراض أهم العوامل المؤثرة على العمر التشغيلي للمنظومة الشمسية الكهروضوئية المثبّتة على أسطح المنازل.

فكما نعلم, تتألف هذه المنظومات من ثلاثة مكونات رئيسية هي الألواح الشمسية الكهروضوئية, والعواكس, والبطاريات, ولكل منها عمره التشغيلي الخاص به, إضافةً إلى تأثره بعوامل أخرى مختلفة مثل عوامل الطقس ودرجات الحرارة والإشعاع الشمسي وغيرها, وسنتعرف على العوامل المؤثّرة على كل مكوّن على حدى من خلال ثلاثة مقالات متلاحقة, نرجو أن تكون ممتعة ومفيدة.

البداية ستكون مع المكون الأول للمنظومات الشمسية الكهروضوئية المثبّتة على أسطح المنازل وهو الألواح الشمسية الكهروضوئية:

كثيراً ما نسمع أن العمر الافتراضي للألواح الشمسية هو 20 عام, لكن ما مدى صدق هذه المقولة وما هي العوامل المؤثرة؟

يتأثر العمر الافتراضي للألواح الشمسية بعدّة عوامل أساسية أهمها نوعية الألواح نفسها, وعوامل المناخ وكيفية تثبيتها على الأسطح, وغيرها من العوامل التي قد تؤدي إلى خروج الألواح عن الخدمة رغم عدم وجود تاريخ انتهاء صلاحية واضح لها, وهنا نعني بالخروج عن الخدمة الانخفاض الكبير في مستويات جهد الخرج لها.

وعادةً يتم قياس قيمة انخفاض جهد الخرج للألواح بنسبة مئوية سنوياً ويطلق عليها اسم التحلل “degradation“, وتبلغ قيمته المتوسّطة سنوياً 0.5%. و يدخل عامل أساسي في تحديد قيمة التحلل وهو جودة الألواح الشمسية نفسها, فقد تبلغ قيمته في الألواح ذات الجودة العالية إلى 0.3% فقط سنوياً كالتي تنتجها شركتي Panasonic أوLG, أي أنه وبعد مرور 25 عام ستكون نسبة إنتاجها 93% من قيمة إنتاجها الأصلية, بينما قد تصل نسبة التحلل في أنواع أخرى إلى 0.8% بمرور 25 عام يقابلها قدرة إنتاج تصل لـ 82.5% فقط.

 ثلاث خيارات محتملة لتدهور نظام طاقة شمسية بقدرة  6 كيلو وات في ولاية ماساتشوستس بأمريكا-

Image: EnergySage

ويرافق عملية التحلل أحياناً ظاهرة تدعى بالتحلل المحتمل Potential Induced Degradation (PID) وهي تحدث فقط في بعض أنواع الألواح بحسب مواد تصنيعها. وهناك ظاهرة التحلل الناجم عن الضوء (LID), وهي ظاهرة تعاني منها جميع الألواح الشمسية ولكن بنسب متفاوتة, حيث وبحسب مختبرات تطوير الطاقة الشمسية الكهروضوئية PVEL, تفقد جميع الألواح الشمسية في الساعات الأولى من تعرضها للشمس, ولمرة واحدة فقط, نسبةً من كفاءتها تتراوح قيمتها بين 1-3% وذلك بحسب جودة الشرائح السيليكونية البلورية المستخدمة في تصنيعها.

ومن العوامل الآخرى التي تؤثّر بالعمر التشغيلي للألواح هي عوامل الطقس, من حرارة ورياح وثلوج وغيرها.. وإذا تناولنا الحرارة, , فإن الألواح إذ تمتلك الألواح معاملات درجة حرارة تحدد إمكانية عملها بشكل جيد في درجات الحرارة الأعلى, ويوضح معامل درجة الحرارة مقدار انخفاض الكفاءة الموافق لزيادة كل درجة مئوية فوق درجة الحرارة القياسية البالغة 25 درجة مئوية, فعلى سبيل المثال ، معامل درجة الحرارة -0.353٪ يعني أنه سيتم فقد 0.353٪ من إجمالي القدرة الإنتاجية لكل درجة مئوية أعلى من 25.

من جهة أخرى يظهر تأثير درجات الحرارة على بنية الألواح نفسها, إذ قد يسبب الانتقال بين حالتي التمدد والتقلص, إلى ظهور تشققات في سطوح الألواح, وهذا بدوره يؤدي إلى انخفاض الكفاءة, لذلك ينصح بتثبيت الألواح على مسافة كافية من السطح تسمح بتدفق الهواء تحتها وتبريدها.

أمّا بالنسبة للرياح والثلوج, فيمكنها أن تسبب بعض الأضرار على الألواح الشمسية مثل الانثناء الناتج عن الاجهاد الميكانيكي الديناميكي الذي تشكله الرياح أو ثقل الثلوج المتراكمة عليها, مما قد يسبب أيضاً بظهور التشققات على سطحها, لذلك يجب مراعاة تثبيت الألواح بالشكل المناسب لحمايتها من تأثير الرياح والثلوج.

ومن أجل الحفاظ على أطول فترة تشغيل صحيحة لهذه الألواح لا بدّ من خضوعها لبعض المعايير الأساسية التي وضعتها اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC), وأهم هذه المعايير:

•  معيار IEC 61215 الذي يتم فيه اختبارا الألواح وفقاً للخصائص الكهربائية, مثل التيارات التسريب الرطبة, ومقاومات العزل, كما أنها تخضع لاختبارات الاجهادات الميكانيكية الناتجة عن الرياح والثلوج, واختبارات الطقس مثل التعرّض للأشعة فوق البنفسجية والصقيع, والرطوبة مرتفعة الحرارة, وحبات البَرَد, وغيرها من عوامل الطقس. كما أنّه يحدد مقاييس أداء الألواح في شروط الاختبار القياسية من درجة حرارة, وجهد الدارة المفتوحة, واستطاعة الخرج العظمى.
• المعيار الآخر هو ختم مختبرات أندررايترز Underwriters Laboratories (UL) التي تجري اختبارات السلامة والذروة والشيخوخة للألواح.

فرصة تدريبية في مجال الطاقة الشمسية