الخَلايا الشّمسية ذاتُ الوجهين

استمع على ساوندكلاود 🎧

جميعنا يعرف ألواح الطاقة الشمسية ذو الخلية الموحدة ، أو المتعددة الخلايا . لكن هل سبق لكم وأن رأيتم ألواح الطاقة الشمسية ذو الوجهيين؟ في الحقيقة وُجِدَتْ خلايا الطاقة الشمسية ذات الوجهين في السوق منذ زمن، لكنّ استخداماتها كانت محدودة جداً. فكانت الستائر والمظلات تشكل سوقاً لهذه الخلايا لما لها من مواصفات تشمل الشفافية، ومنظرها الجميل. لكن هل تعتبر الخلايا الضوئية ذات الوجهين جاهزة للنمو المتزايد في صناعة الخلايا الشمسية ؟

تابعوا معنا هذا المقال لنتعرف على المزيد من تطبيقاتها.

تتمكن الخلايا ذات الوجهين عند تركيبها بشكل عمودي لجهة الشرق والغرب، من إنتاج الكمية نفسها من الطاقة التي تنتجها خلايا شمسية مركبة باتجاه الجنوب، وبزاوية ميلان 30 درجة تقريباً. يشير العلماء إلى أن خلايا الطاقة الشمسية ذات الوجهين المركبة عمودياً لها ذروتان اثنتان واحدة في الصباح وأخرى بعد الظهر. يقول يوسوكي كانيكو، مدير شركة طوكيو لمواد البناء، التي تعتمد الطاقة الشمسية (TSBM)، وهي إحدى الشركات الصانعة للخلايا الشمسية، ذات الوجهين في اليابان" قدرة الخلايا الضوئية ذات الوجهين على التركيب عمودياً، تعطي مرونة في التركيب، وتقلل من المساحة اللازمة ".

رغم أن هذه الخلايا لها ميزة معينة عند تركيبها بشكل خاص، فإنها تنتج أكبر قدر ممكن عند تركيبها بنفس طريقة الخلايا الشمسية العادية بشكل مائل، إما على الأرض أو السطح. وبما أن هذه الخلايا تُنْتِج الطاقة الكهربائية من الجهتين الأمامية والخلفية،

فإن الناتج من الطاقة هو عبارة عن مجموع الطاقة المنتجة من الجهتين. في الخلايا العادية يساعد تجنب الظلال على زيادة الطاقة المنتجة منها، بينما في الخلايا ذات الوجهين، نلاحظ أن ما يذهب أسفل الخلية سيزيد من فوائدها، ويزيد من الطاقة المنتجة ضمن مساحة العمل نفسها لكل خلية.

الانعكاسية للسطح :

شركة Prism لتقنيات الخلايا الشمسية التي تصنع خلايا ذات الوجهين في الولايات المتحدة الامريكية، أوضحت في دليلها التصميمي أنه يمكن تحقيق الزيادة في الطاقة الناتجة، عبر وضع هذه الخلايا فوق سطح ذو بياض عالٍ أو سطحٍ عاكسٍ. أحد أهم الأدوات للتحكم بالطاقة الناتجة للخلايا ذات الوجهين، هو استخدام "العاكس" الذي يضخم أو يزيد من كمية الضوء الساقط على الجهة المظلمة من الخلايا. السطوح الاسمنتية البيضاء، تمتلك انعكاسية عالية حوالي 80-90% مقارنةً بالإسمنت الرمادي العادي أو الحصى، وذلك وفقاً لاختبار أجرته شركة bSolar المنتجة للخلايا الشمسية الكريستالية.

نوع آخر من أنظمة اختبار الخلايا الشمسية ذات الوجهين، يتم تطبيقه في مدينة كيتامي في اليابان، والتي تقع في الشمال الأقصى من البلاد، وهي ذات درجات حرارة منخفضة خلال الصيف، وباردة جداً في الشتاء، تم إنشاء نظامين اثنين قدرة كل نظام 3 كيلوواط، وموجهين نحو الجنوب وبدرجة ميلان 35 درجة. تمّ بناء الأول على حقل من القواقع (الأصداف) المحار المسحوقة بشكل ناعم، بينما الآخر تم بنائه على حقل من العشب، استخدمت قواقع المحار لأنها غير مكلفة، ومتواجدة بكثرة في تلك المنطقة. ولكن يجب أن تكون نظيفة وملمعة، أو يتم استبدالها سنوياً من أجل الحفاظ على انعكاسية سطحها. في الشتاء فإن الثلج يشكل سطح انعكاس لكلا الحالتين.

وجد الباحثون بناءً على البيانات التي تمّ جمعها في فصل الشتاء حتى الصيف، أن متوسط نسبة الأداء (نسبة الطاقة التي تم إنتاجها فعلياً بواسطة الخلايا مقارنةً بأكبر كمية يمكن إنتاجها) للنظام الذي تم بنائه على فتات القواقع 13.5 %، أعلى من الذي بني على حقل العشب واعلى ب23.6% من الخلايا الشمسية العادية. بين شهر شباط وشهر آذار كانت الأرض مغطاة بشكل كامل بالثلوج، وكانت متوسط نسبة الأداء لنظام الخلايا الشمسية ذات الوجهين أعلى من الخلايا العادية ب23.9%، مما يدل على أن الثلج يعتبر سطحاً ممتازاً لهذه المهمة.

أيضاً فإن المسافة بين الخلايا و سطح الانعكاس تؤثر بشكل كبير على مردود الخلايا الشمسية ذات الوجهين، الضوء الأبيض المتوفر الذي تمتصه الجهة الخلفية من الخلايا يرتبط بشكل مباشر بالارتفاع، و بزاوية الميلان للخلية عن السطح العاكس.

أوضح الخبراء أن تركيب الخلايا بشكل قريب جداً من السطح سيخلق ظلاً لها، فيحجب الضوء، ويقلل من ضوء الشمس المنعكس للجهة الخلفية. ولهذا السبب فإنه يوصي برفع الخلايا عن السطح الذي تحتها بأكبر قدر ممكن.

أفضل تكلفة لأفضل أداء و تركيب:

تكلفة الخلايا الشمسية من شركة bSoler منافسة جداً تقريباً، كتكلفة الخلايا الشمسية العادية أحادية الخلية، فالشركة تصنع خلايا شمسية كريستالية ذات وجهين، بأجهزة و عمليات إنتاج قياسية. الفرق الأساسي في صناعة الخلايا الخاصة بهم، هو استخدام عنصر البورون (عنصر لا فلزي) عوضاً عن الألمنيوم في الطبقة الخلفية، و سيلكون نوع p عوضاً عن سيلكون نوع n. وتُستَخدم طبقة بورون موصلة، وذات شفافية عوضاً عن الألمنيوم غير الشفاف التقليدي، سَمَحَ بجمع المزيد من الضوء المنعكس على الوجهين من الخلية، تدعي bSoler أن خلاياها ذات الوجهين، تقدم أقل قدر ممكن من تكاليف إنتاج الطاقة (LCOE) بناءً على حقيقة أن خلاياها ذات إنتاج أكبر بكثير (10-30) % من الخلايا الشمسية العادية وسعرها قريب جداً منها.

شركة Panasonic وهي أيضاً إحدى الشركات التي تصنع هذه الخلايا في اليابان، بينت أن الخلايا الشمسية ذات الوجهين الخاصة بهم والمسمى HIT Double تكلف تقريباً 10% إضافية عن خلايا HIT العادية. كانيكو من TSBM يقول: حتى لو أن الخلايا الشمسية ذات الوجهين ستكلف ضعف سعر الخلايا الشمسية العادية، فإن ذات الوجهين ستعطي عوائد أكبر من العادية؛ لأنها ذات إنتاج سنوي عالي يصلح لمدة 20 سنة.

انتشار أوسع:

الخلايا الشمسية ذات الوجهين بدأت بالانتشار، واكتساب الاهتمام، ففي هذه السنة أظهرت شركة PVG Solutions الخلايا الشمسية ذات الوجهين الخاصة بها لنظامين كبيرين، مشروع Kuranuma للطاقة الشمسية (250kW) ومشروع Hokuto (1250 kW) في مدينة أساهيكاوا، وقال غوتشي سوغوتشي من شركة PVG: أنّ النظامين يعملان بزاوية ميلان 45 درجة. أي أنها أعلى ب 10 درجات من التي اختبرت في مدينة كيتامي، لمنع الثلج من التجمع على سطح الخلايا.

مشروع Hokuto يتضمن 5320 وحدة من الخلايا الضوئية ذات وجهين، وقد تم اختيارها من قبل الشركة المالكة بسبب مردودها العالي أثناء تواجد الثلوج. إذن فالتوسعات الأخرى لسوق هذه الخلايا يتطلب فهم المزيد من الناس لهذه الخلايا، وتحديد أفضل المواقع لتركيبها .

المصدر : هنا