الواح كهروضوئية بتقنية تنظيف وتبريد ذاتية

مجموعة من الباحثين في شؤون الطاقة الشمسية الكهروضوئية يقومون بتطوير نظام طاقة كهروضوئية ذاتي التبريد والتنظيف  اساسه لوحة  بولي كرستالين W250 ومجمع حراري متصل بالجانب الخلفي من هذه اللوحة وتعتمد تقنية التنظيف على دائرة متكاملة قابلة للبرمجة ومتحكم في محرك DC دوار.

الباحثون من جامعة  Sunway الماليزية، وجامعة  Malaya الماليزية، وجامعة Peking الصينية ، وجامعة Shri Mata Vaishno Devi حيث طوروا نظامًا ضوئيًا مزودًا بنظام تبريد نشط وتكنولوجيا تنظيف، تم تصميم النظامين وإرفاقهما باللوحة الشمسية.

يتكون النظام الكهروضوئي من لوحة Polycrystalline   - 250W - 60 Cell  ومجمع حراري متصل بالجانب الخلفي من هذه اللوحة. ، مع ضمان المجمع أقصى تغطية لسطح وحدة الوحدة الكهروضوئية الساخن. تم تصنيع المجمع من أنابيب نحاسية موضوعة على الجزء الخلفي من اللوحة .

 اختبر الباحثون خمس مواد phase-change materials (PCM) لتبريد اللوحة  ووجدوا أن (حمض اللوريك lauric acid ) قدم أفضل النتائج ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى درجة انصهاره العالية.

تعتمد تقنية التنظيف على دائرة متكاملة قابلة للبرمجة Integrated Circuit (IC) ، والتي تتحكم في محرك DC يدور في وضع أمامي أو عكسي،هناك محركان مختلفان - أحدهما لتشغيل مضخة مياه صغيرة ومحرك ( ( 24V-2A DC الذي يحرك المنظف (المكنسة) على سطح اللوحة الكهروضوئية.

 وأوضح الأكاديميون أن "الجزء الرئيسي من نظام التنظيف الذاتي هو المكنسة التي تحتوي على قطعة قماش من الألياف الدقيقة وخط تدفق مياه مع مضخة مياه (  12V -  9mA DC)

 تتحرك المكنسة على طول إطار من الألومنيوم مركب على حواف اللوحة وان الإطار مصنوع من أنبوب مستطيل من الألومنيوم المجوف ، وقد تم تصميمه بشكل منفصل ثم تم تركيبه على إطار حديدي بحيث يمكن للمكنسة أن تتحرك بسهولة.

 قارن الباحثون أداء النظام الكهروضوئي مع تركيب  PV قياسي عادي مستخدم في جامعة مالايا في ماليزيا. عندما كان متوسط ​​درجة الحرارة المحيطة C )  31.76 ( وبلغ ذروة الإشعاع الشمسي (981w/m2)، كانت درجة حرارة النظام الذي تم إنشاؤه أقل بنسبة 11.14 درجة مئوية من النظام القياسي.

يرجع هذا الانخفاض القوي في درجة الحرارة إلى التأثير المشترك لتقنية التبريد الموضوعة على الجزء الخلفي من اللوحة وتأثير الماء المنتشر على الجانب الأمامي للوحدة من خلال نظام التنظيف. وأوضح الباحثون أن "أقصى اختلاف في درجة حرارة الخلية يمكن العثور عليه بعد عملية التنظيف".

 بعد التنظيف ، عندما ترتفع درجات حرارة الخلية ، يمتص نظام التبريد الحرارة مرة أخرى. يستغرق PCM ما يصل إلى ساعتين لإذابة وتخزين الحرارة عند المستويات المعتادة بعد انتهاء عمليات التنظيف.

الخلايا الشمسية ذات الوجهين مع متتبع الشمس احادي المحور (اكثر فعالية واقل كلفة)

المقدمة 

#حيدر_حرز_يوسف

يعتبر الباحثون أن أنظمة الطاقة الشمسية مع الألواح الشمسية (ثنائية الوجه) - التي تجمع ضوء الشمس من جانبين بدلاً من جانب واحد – والمدمجة مع تكنولوجيا تتبع أحادية المحور هي الأكثر فعالية من حيث التكلفة حتى الآن وقد توصل الباحثون إلى أن هذا التركيب من التقنيات ينتج ما يقرب من 35٪ من الكفاءة في المتوسط ​​، أكثر من الأنظمة الكهروضوئية بلوحات احادية الوجه غير المتحركة وهذا يقلل الكلفة بمعدل 16٪. 

البحوث الجارية

يقول الخبراء بمعهد أبحاث الطاقة الشمسية في سنغافورة ، برعاية جامعة سنغافورة الوطنية (ان النتائج مستقرة ، حتى عند احتساب التغييرات في الظروف الجوية وكلفة الألواح الشمسية والمكونات الأخرى للنظام الكهروضوئي ، على نطاق واسع إلى حد ما وان هذا يعني أن الاستثمار في الأنظمة ثنائية الاتجاه وأنظمة التتبع يجب أن يكون رهانًا آمنًا في المستقبل المنظور). ان جهود البحث عموما تميل إلى التركيز على زيادة تعزيز إنتاج الطاقة من أنظمة الطاقة الشمسية من خلال تحسين كفاءة الخلايا الشمسية ، ولكن يمكن أيضًا زيادة إنتاج الطاقة لكل لوحة بطرق أخرى. ان الألواح الشمسية ذات الوجهين ، على سبيل المثال ، تنتج طاقة لكل وحدة مساحة أكثر من نظيراتها القياسية ويمكن أن تعمل في مواقع مماثلة ، بما في ذلك أسطح المنازل. ان هذا النمط من الألواح الشمسية ، بالإضافة إلى تقنية التتبع التي تسمح لكل لوحة بالتقاط المزيد من الضوء من خلال تتبع زاوية الميل بما يتماشى مع الشمس طوال اليوم ، يمكن أن يحسن بشكل كبير من إنتاج الطاقة للخلايا الشمسية حتى بدون مزيد من التقدم في قدرات الخلايا نفسها . لتحديد المزايا الاقتصادية العالمية المرتبطة باستخدام مجموعة متنوعة من التقنيات الكهروضوئية المزدوجة ، استخدم الباحثون أولاً بيانات من الغيوم في وكالة ناسا ونظام الطاقة الإشعاعية للأرض (CERES) لقياس إجمالي الإشعاع الذي يصل إلى الأرض كل يوم. 

التقنيات

بعد ذلك قاموا بتخصيص هذه البيانات لمراعاة تأثير موقع الشمس على كمية الإشعاع التي يمكن أن تتلقاها الألواح الشمسية بناءً على اتجاهها ، ثم قاموا بحساب متوسط ​​صافي تكلفة توليد الكهرباء من خلال نظام كهروضوئي وتم التركيز على المزارع الضوئية الكبيرة المكونة من آلاف الوحدات بدلاً من الأنظمة الكهروضوئية الأصغر ، والتي تتضمن بشكل عام تكاليف أعلى مرتبطة بكل وحدة. تحقق الفريق من صحة نموذجهم باستخدام القيم المقاسة من الإعدادات التجريبية المقدمة من ثلاثة معاهد ودمج معلومات الطقس الإضافية لإجراء تحليل عالمي. يشير النموذج إلى أن الألواح الشمسية ذات الوجهين جنبًا إلى جنب مع تقنية التتبع أحادية المحور تكون أكثر فعالية من حيث التكلفة تقريبًا في أي مكان على هذا الكوكب ، على الرغم من أن أجهزة التتبع ثنائية المحور - التي تتبع مسار الشمس بشكل أكثر دقة ولكنها أكثر تكلفة من أجهزة التتبع ذات المحور الواحد. 

تفاؤل مستمر بالمستقبل 

ولكن على الرغم من الفوائد الواضحة لهذه التقنية ، لا يتوقع الباحثون أن يصبح هذا النمط من النظام الكهروضوئي المعيار الجديد بين عشية وضحاها حيث يقولون إن سوق الخلايا الكهروضوئية سوق محافظة وتقليدية. بغض النظر عما اعلاه فانه تشير المزيد والمزيد من الأدلة إلى أن التكنولوجيا ثنائية الاتجاه وتتبعها للشمس يمكن الاعتماد عليها ، ونحن نرى المزيد والمزيد منها تم اعتماده في هذا المجال. ومع ذلك ، تستغرق عمليات تثبيت هذه التكلوجيا وقتًا ، وسيتعين على الوقت إظهار ما إذا كانت المزايا التي نراها جذابة بما يكفي للمثبتات لإجراء التبديل. " بينما يأخذ هذا العمل في الاعتبار الخلايا الشمسية القياسية القائمة على السيليكون ، يخطط الباحثون لتحليل إمكانات أنظمة التتبع جنبًا إلى جنب مع المواد الشمسية باهظة الثمن ذات الكفاءة العالية (التي تسمى تقنيات ترادفية) ، والتي هي حاليًا تقتصر على الخلايا الكهروضوئية المركزة للخدمة الشاقة والتطبيقات الفضائية. ويقولون (طالما استمرت الأبحاث ، من المتوقع أن تستمر تكاليف تصنيع هذه المواد في الانخفاض ، وقد يتم الوصول إلى نقطة زمنية عندما تصبح تنافسية اقتصاديًا وقد تراها على سطح منزلك). .