هل تعمل الألواح الشمسية في حرارة دبي وغبارها؟

نعم. تفقد الألواح الشمسية في دبي جزءاً من قدرتها عندما ترتفع حرارتها، عادة نحو 0.25% إلى 0.40% عن كل درجة ترتفع فيها حرارة الخلايا فوق 25 درجة مئوية، لذلك قد ينتج اللوح بعد ظهر يوم صيفي حرارته 45 درجة أقل من قدرته الاسمية بنحو 15% إلى 18%. لكن أشعة الشمس القوية في الإمارات طوال السنة تعوّض ذلك وأكثر: فكل كيلوواط ذروة من الألواح المركّبة جيداً والمنظّفة بانتظام ينتج نحو 1,650 كيلوواط ساعة سنوياً، وهو رقم تخطيطي يشمل أصلاً خسائر الحرارة والغبار. والغبار هو الخسارة الأكبر التي يمكنك التحكم فيها، والتنظيف هو وسيلة التحكم.

الخسارة لكل درجة مئوية

نحو 0.25% إلى 0.40%

حرارة الخلايا في يوم حرارته 45 درجة

نحو 75 درجة مئوية

الغبار بعد 3 أشهر دون تنظيف

خسارة تصل إلى 13% (دراسة العين)

الإنتاج المعتمد في التخطيط

1,650 كيلوواط ساعة لكل كيلوواط ذروة سنوياً

لماذا تخفض الحرارة إنتاج الألواح الشمسية

تُقاس القدرة الاسمية للوح، مثل 550 واط، في ظروف الاختبار القياسية (STC): إشعاع شمسي 1,000 واط لكل متر مربع وحرارة خلايا 25 درجة مئوية. وعلى سطح في دبي نادراً ما تكون الخلايا بهذه البرودة في منتصف النهار. فكلما ارتفعت حرارة الخلايا انخفض جهد خلية السيليكون، وانخفضت القدرة معه.

ومقدار هذا الانخفاض مطبوع في كل نشرة فنية باسم معامل الحرارة للقدرة القصوى (Pmax)، وهو نسبة سالبة لكل درجة مئوية. والقيم المعتادة في النشرات الفنية هي:

العمود الأخير هو ببساطة (75 − 25) × المعامل. وتختلف القيم بين الشركات المصنعة والطرازات، لذا قارن النشرات الفنية للألواح المحددة في عرض السعر الذي تتلقاه. فالفرق البالغ 0.05% لكل درجة يبدو صغيراً، لكنه يعادل نحو 2.5% من الإنتاج في كل ظهيرة حارة.

كم تبلغ حرارة الألواح في صيف دبي؟

من الطرق الشائعة لتقدير حرارة الخلايا استخدام حرارة التشغيل الاسمية للخلية (NOCT، أو NMOT في النشرات الأحدث)، وهي عادة بين 40 و45 درجة مئوية تقريباً:

لنظام فيلا بقدرة 10 كيلوواط ذروة من ألواح PERC بمعامل −0.35% لكل درجة، تكون الخسارة (76 − 25) × 0.35% ≈ 18% دون القدرة الاسمية، أي نحو 8.2 كيلوواط من التيار المستمر بدلاً من 10 كيلوواط في تلك اللحظة، قبل خسائر العاكس والكابلات. ومع ألواح TOPCon بمعامل −0.30% لكل درجة تكون الخسارة نحو 15% (يقارن دليل أنواع الألواح الشمسية (بالإنجليزية) بين PERC وTOPCon وHJT). وهذه المعادلة تبسيط: فالألواح المثبتة ملاصقة لسطح ساخن دون هواء خلفها تكون أسخن من ذلك، والنسيم يبردها.

لماذا يبقى الإنتاج السنوي مرتفعاً

الحرارة تخفض الكفاءة، لا ضوء الشمس. وما يسترد تكلفة النظام الشمسي هو الطاقة على مدار السنة بالكيلوواط ساعة، والإمارات تتلقى أشعة شمس قوية في كل أيام السنة تقريباً. فالأشهر الأبرد والصافية من نوفمبر إلى مارس تسمح للألواح بالعمل أقرب إلى قدرتها الاسمية، بينما تمنح أيام الصيف الطويلة أكبر عدد من ساعات الشمس.

ولهذا نعتمد في التخطيط رقماً متحفظاً هو 1,650 كيلوواط ساعة لكل كيلوواط ذروة سنوياً، مخصوماً منه أثر الغبار والحرارة، بدلاً من أرقام الكتيبات. ويبيّن دليل حجم النظام الشمسي للفيلا كيف يتحول هذا الرقم إلى حجم نظام، ويبيّن دليل فترة استرداد الطاقة الشمسية قيمته في فاتورة الهيئة. فنظام بقدرة 10 كيلوواط ذروة بهذا الإنتاج يولّد نحو 16,500 كيلوواط ساعة سنوياً.

الغبار: الخسارة الأكبر التي يمكنك التحكم فيها

يستقر غبار الصحراء على الألواح ويحجب الضوء. وقد يحوّل ندى الصباح في الخليج هذا الغبار إلى طبقة متماسكة لا تزيلها الرياح. وتعطي البيانات الميدانية المنشورة من المنطقة فكرة عن الحجم:

• وجدت دراسة لجامعة الإمارات العربية المتحدة في العين (Shah وآخرون، 2020) أن الألواح التي تُركت ثلاثة أشهر دون تنظيف فقدت ما يصل إلى 13% من قدرتها مقارنة بالألواح المنظفة يومياً، بينما أبقى التنظيف كل 15 يوماً الخسارة عند نحو 4%.
• في منشأة الاختبار الخارجية في الدوحة بقطر قاس الباحثون خسائر اتساخ تقارب 10% إلى 20% شهرياً على ألواح غير منظفة مائلة بزاوية 22 درجة، بحسب ما نشره موقع PV Tech.
• تُنظَّف محطات الطاقة الشمسية الكبرى في المواقع شديدة الاتساخ مثل الإمارات نحو 40 إلى 45 مرة سنوياً لإبقاء خسارة الطاقة الناتجة عن الاتساخ دون 3%، وفق متخصص في تنظيف الألواح نقل عنه التقرير نفسه في PV Tech.

سطح الفيلا ليس مزرعة شمسية في الصحراء، وأعمال البناء القريبة والطرق والعواصف الرملية تغيّر سرعة تراكم الغبار. ويشرح دليل تنظيف الألواح الشمسية وصيانتها عدد مرات التنظيف، وطريقته دون إتلاف الزجاج أو إبطال الضمان، وما يجب أن يشمله الفحص.

خيارات تصميم تقلل خسائر الحرارة

• فراغ هوائي خلف الألواح. هياكل التثبيت التي تترك مساحة لمرور الهواء خلف الألواح تبقي الخلايا أبرد من ألواح موضوعة قريباً من بلاطة سطح ساخنة.
• معامل حرارة أقل. حيث تسمح الميزانية، اختر ألواحاً بمعامل أقل سلبية من قائمة المعدات المعتمدة لدى هيئة كهرباء ومياه دبي.
• العاكس في الظل. تخفض العواكس إنتاجها عندما ترتفع حرارتها. ضعها في مكان مظلل وجيد التهوية مثل جدار مسقوف أو غرفة معدات، لا تحت الشمس المباشرة على السطح.
• تصميم السلاسل لجهد الحرارة. ينخفض جهد الألواح مع ارتفاع حرارة الخلايا، لذا يجب تصميم السلاسل بحيث يبقى جهدها ضمن نطاق تشغيل العاكس في أشد الأيام حرارة، ودون حده الأقصى في الصباحات الباردة.
• مقاسات الكابلات ومساراتها. تزداد خسائر الكابلات مع الحرارة. والكابلات ذات المقاس الصحيح، والمبعدة عن الشمس المباشرة حيث أمكن، تقلل هذه الخسائر.
• البطاريات بعيداً عن الحرارة. إذا أضفت تخزيناً فإن الحرارة تصبح أهم؛ راجع بطاريات الطاقة الشمسية للفلل في دبي.

ما الذي تسأل عنه شركة التركيب

• ما معامل الحرارة للقدرة القصوى وقيمة NOCT أو NMOT للألواح المقترحة؟
• ما الإنتاج لكل كيلوواط ذروة الذي بُني عليه العرض، وهل يشمل أصلاً خسائر الحرارة والاتساخ؟
• أين سيُركّب العاكس، وعند أي درجة حرارة يبدأ بخفض إنتاجه؟
• ما مقدار الفراغ الهوائي الذي يتركه نظام التثبيت خلف الألواح؟
• ما جدول التنظيف والفحص المشمول، وهل يضع الضمان أي شروط تتعلق بارتفاع الحرارة المحيطة؟

لقائمة تحقق كاملة راجع شركات الطاقة الشمسية وكيف تختار شركة التركيب في الإمارات (بالإنجليزية). وتُشرح أسعار نظام الفيلا الكامل في تكلفة الطاقة الشمسية للفلل في دبي، والتقادم والضمانات على المدى الطويل في كم تدوم الألواح الشمسية في الإمارات (بالإنجليزية).

لقراءة هذا الدليل بالإنجليزية راجع Solar panels in Dubai heat and dust

الأسئلة الشائعة

المصادر: A. H. Shah, A. Hassan, M. S. Laghari, A. Alraeesi، «The influence of cleaning frequency of photovoltaic modules on power losses in the desert climate»، مجلة Sustainability العدد 12(22)، 9750 (2020)، جامعة الإمارات، العين؛ PV Tech، «PV soiling in dry climates: causes, impacts and solutions»؛ النشرات الفنية للشركات المصنعة للألواح (معامل الحرارة وNOCT/NMOT وقدرة STC). القيم المذكورة نطاقات معتادة وليست لمنتج محدد.

صفحات ذات صلة