تعرف علي كفاءة الطاقة الشمسية والعوامل المؤثرة فيها

كفاءة الطاقة الشمسية هي باختصار مقدار ضوء الشمس الذي تحوله الألواح الشمسية إلى كهرباء، على سبيل المثال تتمتع الألواح الشمسية أحادية البلورية بأعلى كفاءة عندما يتعلق الأمر بكفاءة أنواع الألواح الشمسية المختلفة، بينما تتمتع الألواح الشمسية متعددة البلورات بمعدل كفاءة أقل قليلاً، في حين أن الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة تتسم بالكفاءة ولكنها تتحلل بشكل أسرع من النوعين الآخرين.

ما هي كفاءة الطاقة الشمسية؟  

كفاءة الطاقة الشمسية ترتبط بجودة الخلايا الكهروضوئية للألواح الشمسية، وتعرف كفاءة تحويل الخلية الكهروضوئية بأنها النسبة المئوية للطاقة الشمسية الساطعة على اللوحة الشمسية والتي يتم تحويلها إلى كهرباء قابلة للاستخدام، كلما كانت اللوحة الشمسية أكثر كفاءة، كلما زاد إنتاج الطاقة.  

   يتم تحديد كفاءة الألواح الشمسية من خلال كفاءة الخلايا الكهروضوئية، أي نوع الخلية وتصميمها، وكفاءة اللوحة الإجمالية بناءً على اعتبارات مثل نوع الخلية وتخطيطها وحجمها.

   إحدى الطرق السهلة لقياس كفاءة الألواح الشمسية هي النظر إلى تصنيف كفاءة الشركة المصنعة، والذي يعتمد على ظروف الاختبار القياسية ويوفر مؤشرًا موثوقًا للأداء.

 كلما زادت كفاءة اللوحة، زاد إنتاجها مقارنة باللوحة الأقل كفاءة، وقل عدد اللوحات التي ستحتاجها.

   تعد اللوحات عالية الكفاءة أكثر تكلفة، ولكنها قد تساعدك بشكل أفضل في تلبية احتياجاتك من الطاقة إذا كان لديك مساحة صغيرة متاحة، وفي الوقت نفسه تراجعت التكلفة الإجمالية للألواح الشمسية، مما يجعلها حلاً جذابًا بشكل متزايد لأصحاب المنازل والشركات.

طريقة حساب كفاءة الطاقة الشمسية؟: يتم حساب كفاءة الخلايا الكهروضوئية التي تشكل الألواح الشمسية على أساس الطاقة المستمدة من ضوء الشمس والتي يتم تحويلها إلى كهرباء بواسطة أشباه الموصلات، الألواح الشمسية الفعالة هي التي تولد المزيد من الكهرباء من مساحة أقل.  

مدى كفاءة الألواح الشمسية:

•   تتراوح كفاءة الألواح الشمسية النموذجية من 15% إلى 23% للأنظمة السكنية.
•   في السنوات الأخيرة  بلغ متوسط ​​تحويل ضوء الشمس إلى طاقة قابلة للاستخدام إلى حوالي 20%.  
•   يمكن أن تصل كفاءة أنظمة الألواح الشمسية الأكثر تكلفة إلى 40% إلى 50% .  
•   كما زاد تصنيف الطاقة للوحة ذات الحجم القياسي من 250 واط إلى 370 واط زادت الكفاءة.
•   تعتبر الألواح أحادية البلورات هي الأكثر كفاءة (حوالي 20-23%)، تليها الألواح متعددة البلورات (15-18%) والأغشية الرقيقة  (10-13%).
•   يمكن أن تؤدي المناخات شديدة الحرارة أيضًا إلى تقليل الكفاءة حيث تبلغ درجة حرارة اللوحة المثالية حوالي 25 درجة مئوية.

    يمكن دمج الألواح الشمسية مع نظام إدارة الطاقة الذي يسمح بجمع ومقارنة وتحليل البيانات في الوقت الحقيقي حول استهلاك الطاقة، علاوة على ذلك، يمكن لبرنامج إدارة الطاقة تحديد الوفورات المحتملة تلقائيًا من خلال مقارنة الاستهلاك الفعلي مع الاستخدام المثالي للطاقة، مما يسمح للعملاء باتخاذ الإجراءات التصحيحية عند الحاجة.

ما هي الألواح الشمسية ؟: تتكون من العشرات من الخلايا الكهروضوئية، ولذلك تسمى أيضًا الخلايا الكهروضوئية، وتمتص هذه الخلايا طاقة الشمس وتحولها إلى كهرباء ذات تيار مباشر مستمرDC ويقوم العاكس الكهربائي بتحويلها إلى كهرباء ذات تيار مترددAC ، ويمكن للبطاريات الشمسية تخزين الطاقة غير المستخدمة لاستخدامها في الليل أو أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

العوامل المؤثرة في كفاءة الطاقة الشمسية  

1. تصميم اللوحة

•   تصميم الألواح الشمسية يؤثر على الكفاءة بشكل أساسي من خلال طريقة وضع الخلايا وتكوينها على طول اللوحة.
•   يلعب لون الطبقة الخلفية الواقية أيضًا دورًا، لأن درجات الحرارة المرتفعة تقلل الكفاءة فعليًا، لذا فإن الألوان مثل الأزرق أو الأخضر أكثر فعالية من الأسود.

2. زاوية ميل الألواح الشمسية

•   تعد زاوية توجيه الألواح الشمسية أو ميلها، أمرًا مهمًا للحصول على المزايا الكاملة لإشعاع الشمس.
•   لن تعمل الألواح المسطحة على الأرض مثل تلك المائلة نحو الشمس.
•   يعتمد الميل الأمثل على خط عرض منزلك أو منشأتك، والوقت من السنة.
•   لا تسمح معظم المواقف بتعديل إمالة اللوحة في كل موسم، وبدلاً من ذلك يمكن تركيبها في مجموعة من الزوايا لاستيعاب المواسم المختلفة وميل السقف.

3. أنواع الألواح الشمسية

•   أحادي البلورية، مصنوع من السيليكون عالي النقاء، ويعتبر بشكل عام الأكثر كفاءة، وهذه أغلى ثمناً وتشغل مساحة أقل.
•   متعدد البلورات، أقل كفاءة قليلًا، وأقل تكلفة، وقد يكون خيارًا جيدًا للمرافق التي تحتوي على مساحة أكبر.
•   الأغشية الرقيقة، الأقل كفاءة، ولكن وزنها الخفيف يجعلها أكثر قدرة على التكيف مع مجموعة متنوعة من الاستخدامات بما في ذلك النقل. الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة هي.

4. درجة حرارة

•   كفاءة الطاقة الشمسية لا ترتبط بزيادة حرارة الشمس كما يعتقد معظم الناس، لأن أشباه الموصلات الموجودة في الألواح الشمسية حساسة لدرجات الحرارة المرتفعة.
•   درجة الحرارة المثلى للألواح الشمسية الكهروضوئية وفقا لمعايير التصنيع م 25 درجة مئوية.

كفاءة الطاقة الشمسية وأنواع الألواح

على الرغم من وجود العديد من العلامات التجارية والأنماط للألواح الشمسية، إلا أن هناك ثلاثة أنواع رئيسية فقط، هي  أحادية البلورة، ومتعددة البلورات، والأغشية الرقيقة، وتُستخدم الألواح أحادية البلورية ومتعددة البلورات في التركيبات السكنية، في حين أن الألواح ذات الأغشية الرقيقة أكثر شيوعًا في مشاريع الطاقة الشمسية الصغيرة، مثل تشغيل عربة سكن متنقلة أو سقيفة.

1. الألواح الشمسية أحادية البلورية

•   الألواح الأحادية مصنوعة من بلورة سيليكون واحدة، وهذه هي أكثر أنواع الألواح الشمسية شيوعًا للأنظمة السكنية لأنها الألواح الشمسية الأكثر كفاءة والأكثر ملاءمة للأسطح ذات المساحة المحدودة.
•   لوحات الباعث السلبي وألواح الاتصال الخلفية PERC تنتمي إلى أحادية البلورة وتستخدم ألواح PERC  بشكل شائع في التركيبات على الأسطح، وتتميز بطبقة موصلة إضافية على الجانب الخلفي من الخلايا الكهروضوئية لزيادة امتصاص الطاقة.
•   الألواح ثنائية الوجه تنتمي إلى أحادية البلورة، ويمكن لها امتصاص الضوء على كلا الوجهين وبمعدل أعلى من ألواح  PERC، وهي مخصصة عادةً للأنظمة المثبتة على الأرض والتي تترك جانبي الألواح مكشوفين، وتُستخدم الألواح ثنائية الوجه أيضًا في المظلات والأسطح التجارية البيضاء العاكسة للغاية.
•   تكون الألواح أحادية البلورية في الغالب سوداء صلبة ولكن بها بعض المساحة البيضاء في جميع الأنحاء.  

2. الألواح الشمسية متعددة البلورات

•   يتم تصنيع الألواح متعددة البلورات باستخدام تكنولوجيا الطاقة الشمسية القديمة، لذا فهي أقل تكلفة من الأنواع الأحدث أحادية البلورات.
•   نظرًا لأن تكنولوجيا التصنيع أقدم فإن الألواح متعددة البلورات أقل كفاءة من نظيرتها الحديثة.
•   تتميز الألواح متعددة البلورات بلون أزرق رخامي إلى حد ما في المظهر، لذلك قد ترى بعض الاختلاف في اللون والاتساق بين الألواح.
•   يجب على أصحاب المنازل الذين لا يريدون تشتيت انتباههم اختيار الألواح الأحادية البلورية بدلاً من الألواح متعددة البلورات.

3. الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة

•   تعتبر الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة أقل كفاءة من الأنواع أحادية البلورة ومتعددة البلورات.
•   يتم استخدامها في كثير من الأحيان في منشآت الطاقة الشمسية الصناعية الكبيرة التي لا تشكل فيها المساحة عائقًا.
•   يمكن أن تكون الألواح ذات الأغشية الرقيقة أيضًا خيارًا جيدًا لمشاريع الطاقة الشمسية الصغيرة، مثل تزويد القوارب بالطاقة، والمباني التجارية الصغيرة ذات الأسطح المعدنية الرقيقة، مثل المستودعات.
•   تمتع الألواح ذات الأغشية الرقيقة بالمظهر الأكثر أناقة بين أنواع اللوحات الثلاثة، إنها سوداء بالكامل ومسطحة ومرنة في الشكل والحجم.
•   تندمج بسهولة على الأسطح، ولا تحتاج إلى السقالات التي غالبًا ما تتطلبها الألواح الأحادية والبلورات.
•   ليست فعالة للغاية، للمنازل، لأنك ستحتاج إلى المزيد منها ، ربما حتى ما يكفي لتغطية سطح منزلك بالكامل، وهذا يعني تكلفة إجمالية أعلى ومزيدًا من الفرص لمشاكل اللوحات وفشلها وتدهورها بمرور الوقت.

كفاءة الطاقة الشمسية في الطقس   

أول شيء يجب أن نتذكره عند الحديث عن الألواح الشمسية هو أنها تعتمد على ضوء الشمس، ولهذا السبب تنتج الألواح الشمسية الكهرباء فقط عندما تكون الشمس مشرقة، السماء الملبدة بالغيوم تؤثر على توليد الطاقة الشمسية.

بالنظر إلى أن كمية الطاقة التي تنتجها الألواح الشمسية تتناسب مع كمية الضوء المباشر المتاح، فإن كفاءة الألواح الشمسية في الشتاء أقل مقارنة بالربيع والصيف، ولكن ذلك لأن الأيام أقصر وأشعة الشمس المباشرة أقل، وليس لأنه أكثر برودة.

الأيام الباردة والمشمسة والرياح هي الأفضل للألواح الشمسية، لأنه فوق درجة حرارة معينة تبدأ الألواح في أن تصبح أقل كفاءة، بينما تساعد الرياح على إزالة الغبار الذي يقلل من الكفاءة والذي يتراكم على الألواح نفسها.

من أجل ضمان أن النظام الكهروضوئي يولد ما يكفي من الطاقة الشمسية حتى عندما تكون الأيام غائمة، فإن أفضل استراتيجية هي إقران الألواح الشمسية مع أنظمة تخزين طاقة البطارية .

تعمل الألواح الشمسية عن طريق تحويل ضوء الشمس، وليس حرارة الشمس إلى طاقة، عندما تكون السماء صافية، يصل المزيد من الضوء إلى الألواح، عندما تكون هناك سحب، يتبدد الضوء بواسطة جزيئات في السحب، لكنه لا يزال يصل إلى الأرض.

كلما زادت شدة المطر، زادت كثافة السحب، وكلما قل الضوء المباشر الذي يصل إلى الألواح، قلت الطاقة التي يمكن أن تولدها من الضوء الذي يصل إليها، وعلى عكس ما قد يتوقعه المرء، يمكن للمطر أن يساعد الألواح الشمسية على العمل بكفاءة، عن طريق إزالة الغبار والأوساخ التي تتراكم عليها.

كفاءة الطاقة الشمسية وفق العمر الافتراضي والظروف  

تتحلل الألواح الشمسية ببطء بمرور الوقت، مما يعني أنها تنتج كمية أقل من الكهرباء من نفس الكمية من ضوء الشمس.

متوسط ​​العمر الإنتاجي للألواح الشمسية هو 30 عاما، حيث تبدأ الألواح الشمسية في البلي والتحلل بمعدل حوالي 0.5% سنويًا، وبالتالي ستنتج اللوحة التي يبلغ عمرها 20 عامًا حوالي 90% من الكهرباء التي تنتجها في السنة الأولى من عمرها.

من المعروف أن الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة تتحلل بشكل أسرع إلى حد ما من الألواح الشمسية الأحادية والمتعددة البلورات.  

يعد تعشيش الطيور تحت الألواح الشمسية مشكلة شائعة ولكن يمكن معالجتها عن طريق تركيب ألواح شمسية مدمجة على السطح.  

 تعتبر الرياح أحد الأسباب الأكثر توقعًا لتلف الخلايا الشمسية، ولوحظ انخفاض طفيف في كفاءة الألواح الشمسية مع زيادة سرعة الرياح.

تتوقف الخلايا الشمسية عن العمل عندما يتراكم أكثر من 5 سم من الثلج على اللوحة الشمسية، مما يقلل من كفاءة اللوحة الشمسية بنسبة 100%. ومع ذلك، فإن إمالة الألواح الشمسية تسمح للثلج بالانزلاق ببساطة، وإذا لم يكن الأمر كذلك، فيمكن إزالته يدويًا.

بسبب التعرض لأشعة الشمس الأولية، يمكن أن يشكل سطح اللوحة طبقة من أكسيد البورون مما يقلل من الكفاءة بنسبة 1 – 3% في أول 1000 ساعة.

 

تابعونا علي الانستجرام 

اقرأ ايضا :

اجهزة الطاقة الشمسية خيار رائع للبيئة والميزانية

معلومات عن الطاقة الشمسية ومزاياها