تقنية مبتكرة لقياس تأثير الغبار على أسطح الألواح الشمسية على الكفاءة والإنتاج لمنظومات الطاقة الشمسية الكهروضوئية

قامت مجموعة بحثية دولية بقيادة معهد DLR الإسباني لأبحاث الطاقة الشمسية Radguard, و تضم باحثين من مركز بيانات الاستشعار عن بعد DLR في السويد، و CIEMAT Plataforma Solar de Almería، والمعهد الألماني DLR لتكنولوجيا الاستشعار عن بعد نظاماً جديداً مبتكراً لقياس الفواقد في إنتاج المنظومات الشمسية الكهروضوئية الناتجة عن تلوّث السطوح فيها واتساخها وتأثير ذلك على كفاءة هذه المنظومات.

حيث يمكن أن يتسبب اتساخ سطوح الألواح الشمسية الكهروضوئية والمقاييس في المنظومات الشمسية الكهروضوئية بتخفيض الكفاءة بشكل كبير, كما قد يتسبب بقراءات خاطئة لمقاييس شدّة الإشعاع الشمسي., كما يمكن أن تعطي مقاييس الحرارة المتسخة أو الخلايا المرجعية دلالات وقراءات منخفضة, ولذلك تتطلب مستشعرات التلوث إما تنظيفًا متكررًا.

و لتحديد تأثير اتساخ السطوح على أداء المنظومات الكهروضوئية, و لتجنب صيانة أجهزة الاستشعار التي تستغرق وقتًا طويلاً ولتجنب أجهزة الاستشعار الإضافية قدر الإمكان، فقد ابتكر الباحثون تقنية جديدة تساعد في معرفة قيمة الفواقد التي يسببها اتساخ السطوح و بالتالي تحسين جداول تنظيف المنظومات الكهروضوئية وتجنب الإنذارات الكاذبة المتعلّقة بالمشكلات الأخرى التي قد تؤدّي إلى ضعف الأداء.

حيث عمل الباحثون على تطوير جهاز جديد, استخدموا فيه جهاز إضاءة خاص يضيء مقياس الحرارة أو الخلية المرجعية كل ليلة لبعض الوقت. وجهاز الإضاءة المستخدم عبارة عن مصدر للضوء محمي من التلوّث ومركّز بواسطة ميزاء (مسداد) لضمان نقاء الإشارة الضوئية المستخدمة في القياس والمحافظة على شدّة إشعاع مرجعية ثابتة, والميزاء هو عبارة عن نفق مركب يستخدم في البصريات بغرض إنتاج أشعة متوازية, كما هو موضّح في الشكل أدناه. للطاقة متحكم به إلى جانبه, وذلك ضبط توقيت التشغيل لمدّة 45 دقيقة يومياً أثناء الليل, إضافةً لتركيب مقياس حرارة.

وقد تمّ تثبيت جهاز الإضاءة بزاوية قائمة على أحد أطراف ألواح هذه المنظومة, كما هو واضح بالصورة

Image Source:Laura Campos

أمّا الخلية المرجعية, فقد استخدم الباحثون خلية شمسية كهروضوئية من نفس نوع الخلايا الموجودة في ألواح المنظومة المدروسة, كما تمّ إضافة مجموعة من الحسّاسات إلى هذه الخلية وعزلها عن عوامل التلوّث من خلال وضعها معاً في حجرة زجاجية محكمة, وهذه الحسّاسات هي مقياس حرارة CM11، وخلية مرجعية NES SOZ-03, إضافةً لمسجل بيانات كامبل CR1000 لجمع البيانات حول تيار الدائرة القصيرة للخلية المرجعية والجهد.

تمّ اعتماد قيمة الإشعاع المقاسة عندما يكون المقياس نظيفاً كقيمة مرجعية, وتمت مقارنة عدّة قياسات مدّة كل منها 45 دقيقة أُخذت في ليالٍ مختلفة ثمّ قورنت مع القيمة المرجعية, بغية اكتشاف القياسات الخاطئة الناتجة عن الندى أو قطرات المطر على مقياس الإشعاع أو غيرها من العوامل التي قد تؤثّر على بعض القياسات, , وذلك للحصول على قيمة الفواقد التي قد تسبب بها التلوّث.

قام الباحثون بالتحقق من صحة التقنية الجديدة من خلال اختبار تم إجراؤه في ظروف خارجية لمدة أربعة أشهر، وقد أظهرت نتائجهم دقة قريبة من دقة الطريقة المرجعية، والتي تشمل التنظيف اليومي للأجهزة المرجعية, وقاموا بنشر نتائج بحثهم هذا لدى Progress in Photovoltaics, تحت عنوان:

Autonomous measurement system for photovoltaic and radiometer soiling losses