| تفاصيل الخبر |
تأثير الاشعاع الشمسي على اداء الخلية الشمسية
2022-06-28
فراس فاضل صالح
هناك معتقدات خاطئة تسود في الاوساط تفترض أن الشمس كلما كانت أقوى وأكثر سخونة، كلما زادت الكهرباء التي ستنتجها الألواح الشمسية لكن هذا الافتراض غير صحيح. ان أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على كمية الطاقة التي نحصل عليها من النظام الشمسي هي درجة الحرارة. على الرغم من أن درجة الحرارة لا تؤثر على كمية ضوء الشمس التي تتلقاها الخلية الشمسية، إلا أنها تؤثر على كمية الطاقة التي يتم إنتاجها.
تتكون الخلايا الشمسية من مواد شبه موصلة، مثل السيليكون البلوري الأكثر استخدامًا. أشباه الموصلات حساسة للتغيرات في درجات الحرارة. ان زيادة درجات الحرارة فوق المستويات المثلى تقلل من جهد الدائرة المفتوحة للخلايا الشمسية وبالتالي تقلل من قدرة الخلية على انتاج الطاقة الكهربائية.
يتم قياس ناتج معظم الألواح الشمسية وفقًا لشروط الاختبار القياسية (STC)وهذا يعني درجة حرارة تبلغ 25 درجة مئوية. تمثل درجة حرارة الاختبار متوسط درجة الحرارة خلال ساعات الذروة الشمسية في الربيع والخريف.
وفقًا لمعايير التصنيع، تشير درجة الحرارة 25 درجة مئوية إلى ذروة نطاق درجة الحرارة المثلى للألواح الشمسية الكهروضوئية. عندها تكون الخلايا الكهروضوئية الشمسية قادرة على امتصاص أشعة الشمس بأقصى قدر من الكفاءة وعندها نتوقع أن تؤدي أفضل أداء.
يتقلب ناتج الألواح الشمسية في ظروف الحياة الحقيقية. ذلك لأن شدة ضوء الشمس ودرجة حرارة الألواح الشمسية تتغير على مدار اليوم. ما يهمنا في هذه الحالة هو كيف تؤثر درجة الحرارة على كفاءة الألواح الشمسية في الحياة الواقعية.
الإشعاع الشمسي هو طاقة مشعة (كهرومغناطيسية) مصدرها الشمس. يوفر الضوء والحرارة للأرض والطاقة لعملية التمثيل الضوئي. هذه الطاقة المشعة ضرورية لعملية التمثيل الغذائي للبيئة وسكانها. النطاقات الثلاثة ذات الصلة ، أو النطاقات على طول طيف الإشعاع الشمسي، هي الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء. من الضوء الذي يصل إلى سطح الأرض ، تشكل الأشعة تحت الحمراء 49.4? بينما يوفر الضوء المرئي 42.3?. تشكل الأشعة فوق البنفسجية ما يزيد قليلاً عن 8? من إجمالي الإشعاع الشمسي. كل من هذه النطاقات لها تأثير مختلف على البيئة.
.jpg)
طيف الاشعاع الشمسي
تعتمد كمية الإشعاع الشمسي الذي يتلقاها موقع أو جسم ما على مجموعة متنوعة من العوامل. تشمل هذه العوامل خط العرض والموسم والوقت من اليوم والغطاء السحابي والارتفاع. لا تصل كل الإشعاعات المنبعثة من الشمس إلى سطح الأرض. يُمتص الكثير منه أو ينعكس أو يتناثر في الغلاف الجوي. على السطح، يمكن امتصاص الطاقة الشمسية مباشرة من الشمس وتسمى الإشعاع المباشر، أو من الضوء الذي تشتت أثناء دخوله الغلاف الجوي ويسمى الإشعاع غير المباشر.
يضرب الإشعاع الشمسي بأطوال موجية من 380 نانومتر إلى 750 نانومتر (الاشعة فوق البنفسجية إلى اشعة تحت الحمراء) المادة بما يكفي من الطاقة لتحرير الإلكترونات من روابطها الضعيفة وتوليد تيار كهربائي. لا تحتوي الأطوال الموجية غير المستخدمة (الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء) على طاقة كافية لتحرير الإلكترونات ويتم امتصاصها كحرارة. كلما كان الطول الموجي للضوء الساقط أقصر، زاد تردد الضوء وزادت الطاقة التي تمتلكها الإلكترونات المقذوفة. وبنفس الطريقة، فإن الخلايا الكهروضوئية حساسة لطول الموجة وتستجيب بشكل أفضل لأشعة الشمس في بعض أجزاء الطيف أكثر من غيرها.
درجة حرارة الخلية الكهروضوئية لها تأثير كبير على أدائها. من المهم جدًا ملاحظة الارتفاع في درجات الحرارة، يقل خرج طاقة الخلية الكهروضوئية. حيث تؤثر درجة حرارة الوحدة الكهروضوئية أيضًا على كفاءتها. بشكل عام، سيتم تقليل كفاءة وحدة السيليكون الكهروضوئية البلورية بنحو 0.3-0.5 في المائة لكل زيادة درجة مئوية في درجة الحرارة. إن تأثير درجات الحرارة المتغيرة ليس له تأثير كبير جدًا على التيار. لكن يمكن ملاحظة ذلك في انخفاض فولتية الخلية الكهروضوئية [39]. بالنتيجة تنخفض قدرة الخلية الكهروضوئية في تولد الطاقة الكهربائية.
يتم توضيح تأثير درجة حرارة الخلية على خصائص I-V في الشكل (1). توضح الأشكال تأثير تغير درجة الحرارة (0 درجة مئوية ، 25 درجة مئوية ، 40 درجة مئوية ، 70 درجة مئوية) على خصائص I-V للإشعاع المستمر لـ G = 1sun ، وعامل مثالية الصمام الثنائي n = 1.2. من الشكل (2) يمكننا ملاحظة أنه عندما تزداد درجة الحرارة ، تنخفض طاقة الخرج لكلا النموذجين.
.jpg)
شكل 1: تأثير درجة الحرارة على منحنى I-V
.png)
شكل 2: تأثير درجة الحرارة على منحنى P-V
المراجع
1. Wetzel, R. G. (2001). Limnology: Lake and River Ecosystems (3rd ed.). San Diego, CA: Academic Press.
2. https://greentumble.com/effect-of-temperature-on-solar-panel-efficiency/
