مع إستمرار الطلب على حلول الطاقة الشمسية ذات الكفاءة العالية القادرة على إمتصاص أقصى قدر من أشعة الشمس و تحويلها الى طاقة شمسية، تظهر حلول مبتكرة مثل تركيب الألواح الطاقة الشمسية ثنائية الوجه على هياكل متتبعات شمسية كتقنية جذابة لزيادة إنتاج أنظمة الطاقة الشمسية. في مقال هذا الأسبوع من سلسلة تكنولوجيا ، نتناول تفاصيل هذا الحل المبتكر، مستكشفين المبادئ الهندسية والفوائد التي تدعم إعتماده.
ألواح الطاقة الشمسية ثنائية الوجه (Bifacial Solar PV modules) :
- تمتص ألواح الطاقة الشمسية ثنائية الوجه، كما تفعل نظائرها أحادية الوجه، أشعة الشمس على الوجه الأمامي (Front Side) من خلال خلايا الطاقة الشمسية ، وهذه هي الطريقة التقليدية أشعة الشمس و تحويلها الى طاقة شمسية.
- ما يميز لوحات ثنائية الوجه هو قدرتها على جمع أشعة الشمس من الوجه الخلفي (Rear Side)، بما في ذلك أشعة الشمس المباشرة والمنعكسة من الأسطح المجاورة مثل الأرض أو الهياكل القريبة أو حتى الثلوج.
- تتميز لوحات ثنائية الوجه بغطاء خلفي شفاف (Transparent Back sheet) مصنوع من الزجاج أو البوليمر الشفاف، مما يسمح لأشعة الشمس بالتسلل من الخلف. يعتبر هذا الغطاء الخلفي مهم جداً لنقل الضوء إلى الوجه الخلفي لخلايا الطاقة الشمسية.
- كذلك يلعب تأثير الألبيدو (Albedo Effect) دوراً مهماً ، حيث تساهم الأسطح التي تعكس أشعة الشمس في الإستفادة الكلية من الطاقة. الألبيدو هو قياس مدى قدرة السطح على عكس أشعة الشمس، والمواد ذات قيم الالبيدو العالية تعزز أداء ألواح الطاقة الشمسية ثنائية الوجه.
المتتبعات الشمسية (Solar Trackers):
- هنالك نوعين رئيسين أنواع متتبعات الشمس ، أولها متتبعات المحور واحد (Single-Axis Trackers) ، وتدور هذه المتتبعات حول محور واحد، عادة تتبع مسار الشمس من الشرق إلى الغرب. إنها بسيطة في التصميم ومناسبة للعديد من التطبيقات ، وهنالك أيضاً متتبعات المحورين (Dual-Axis Trackers) التي تتحرك على محورين الأفقي والرأسي، مما يتيح لها تتبع دقيق للشمس الذي يؤدي إلى تحسين توجيه الألواح الشمسية على مدار اليوم وعبر الفصول والمواسم.
- تتم آلية التتبع بواسطة تقنية تحديد المواقع (GPS) حيث تُدمج المتتبعات الشمسية المتقدمة بتقنية تحديد المواقع لتحديد موقع الشمس في الوقت الحقيقي وترسل هذه البيانات لمحرك المتتبع لضبط تتبع الشمس بدقة.
فوائد تركيب الألواح الطاقة الشمسية ثنائية الوجه على هياكل المتتبعات الشمسية
زيادة إنتاج الطاقة:
يؤدي الإستخدام المشترك لألواح الطاقة الشمسية ثنائية الوجه مع المتتبعات الشمسية إلى زيادة كبيرة في إنتاج الطاقة مقارنة بأنظمة الأخرى الثابتة.
التعرض الفعّال لأشعة الشمس:
التعديل المستمر من قبل المتتبعات الشمسية لزاوية واتجاه الألواح الطاقة الشمسية ثنائية الوجه يضمن أن تواجه الشمس بزوايا فعّالة تمكن الإمتصاص العالي لأشعة الشمس لكل من الوجهين الأمامي والخلفي.
قابلية التكيف الموسمي:
الطابع الديناميكي للمتتبعات الشمسية يسمح بالتكيّف مع التغيرات الموسمية والفصلية، مما يحسن إمتصاص الطاقة خلال مختلف أوقات السنة.
إستغلال الإنعكاس:
تعزز متتبعات الشمس استخدام أشعة الشمس المنعكسة من خلال تحديد دقيق لوضع لوحات ثنائية الوجه لالتقاط الضوء الغير مباشر من مختلف الأسطح.
التحديات والإعتبارات:
تحليل التكلفة والفائدة:
يجب موازنة التكلفة الأولية لتنفيذ الحل المبتكرة مقابل المكاسب التي الناتجة من توليد الطاقة على المدى الطويل لتبرير الإستثمار.
متطلبات الصيانة:
الصيانة الدورية ضرورية لضمان الأداء السليم للمتتبعات الشمسية، الإستجابة لأي عطل وإصلاحه بشكل سريع جداً.
خصائص موقع المشروع:
تعتمد فعالية هذه التكنولوجيا على ظروف مواقع معينة، بما في ذلك الخصائص الانعكاسية للأسطح المحيطة والمناخ المحلي.
البحث والتطوير والأبتكارات المستقبلية المتوقعة:
إستخدام الذكاء الصناعي:
تطورات في خوارزميات التحكم وإستخدام الذكاء الصناعي لتحسين عمل المتتبعات الشمسية،عن طريق التنبؤ بحركة الشمس وضبط وضع الألواح الشمسية وفقاً لذلك.
تحسينات في علم المواد:
تهدف الأبحاث المستمرة في علم المواد إلى تحسين قيم الألبيدو للأسطح المحيطة بألواح الطاقة الشمسية ثنائية الوجه، معززةً أدائها بشكل أكبر.
يمثل تكامل ألواح الطاقة الشمسية ثنائية الوجه مع المتتبعات الشمسية ذروة الحلول المبتكرة في هندسة الطاقة الشمسية. هذا التكامل لا يعزز فقط إنتاج الطاقة، ولكنه يتناسب أيضاً مع الهدف الأوسع للاستخدام الفعّال والمستدام للطاقة.
مع تطور التكنولوجيا ونقص تكاليف هذه الحلول، فإن الإستخدام المشترك للألواح ثنائية الوجه وأجهزة تتبع الطاقة الشمسية سوف يلعب دوراً محورياً في تشكيل مستقبل أنظمة الطاقة الشمسية.
عمل ممتاز يا باشمهندس
التطور السريع في مجال الطاقة الشمسية مذهل جداً وبتفتح افاق المهتمين بالمجال.