بشكل عام في الوقت الحالي تعتبر الطاقة الشمسية من أهم الاتجاهات في قطاع الطاقة، حيث إنها ليست فقط مصدراً ممتازاً للطاقة للمنازل أو الشركات، ولكنها أيضاً طاقة مستدامة ومتجددة، ولهذا السبب يستثمر العديد من الناس الألواح الشمسية كل عام، وفي الواقع وفقاً لبحث أجرته وكالة الطاقة الدولية تم تركيب أكثر من نصف مليون لوح شمسي يومياً في جميع أنحاء العالم في العام الماضي.
ولكن إذا كنا نعيش في منطقة باردة أو ثلجية فقد نشعر حقاً بالقلق بشأن حقيقة ما إذا كانت هذه الألواح الشمسية ستعمل خلال فصل الشتاء أم لا، وهذا قد يعتبر فعلاً مصدر قلق لدى بعض البشر، فعلى سبيل المثال في فصل الشتاء يمكن أن يستمر ضوء النهار لبضع ساعات من اليوم، لهذا يمكن أن تكون درجة الحرارة منخفضة، كما يمكن للثلج أن يكون بمثابة حاجز بين الألواح الشمسية والشمس.
* والآن هل ستتوقف الألواح الشمسية عن العمل عندما تصبح باردة جداً؟ هذا ما سنعرفه في هذه المقالة.
ما هي الألواح الشمسية؟
هي عبارة عن أجهزة تحتوي على العديد من الخلايا الموجودة داخلها المصنوعة من السيليكون، وتعمل هذه الألواح كطريقة لتركيب سلسلة من الخلايا الشمسية، حيث يمكن استخدام خصائصها الفريدة في توليد الطاقة (الكهرباء)، وتمتص الخلايا الفردية الفوتونات من الشمس، مما ينتج عنها عادةً إنتاج تيار كهربائي في الخلية من خلال ظاهرة تعرف باسم التأثير الكهروضوئي، ومن ثم يُستخدم العاكس (جهاز من نظام الألواح الشمسية) لتحويل التيار المباشر التي تولدها الألواح الشمسية إلى تيار متناوب، وهو التيار المستخدم لتشغيل الأجهزة والمعدات الكهربائية.
هل تتوقف الألواح الشمسية عن العمل عندما تصبح باردة؟
إن الخبر السار هنا هو أنه لن تتوقف الألواح الشمسية عن العمل عندما تصبح باردة، ففي الواقع تشكل الحرارة الشديدة تهديداً لعمل الألواح الشمسية أكثر من البرودة الشديدة، وأيضاً مع ارتفاع درجة الحرارة قد تنتج الألواح الشمسية طاقة أقل لكمية معينة من الطاقة الشمسية، وعلى العكس من ذلك عندما يصبح الجو أكثر برودة ستنتج الألواح الشمسية المزيد من الطاقة.
كما إن كفاءة الألواح الشمسية لا تتأثر فعلاً بدرجة الحرارة الخارجية، والشيء الوحيد الذي قد تتطلبه هذه الألواح الشمسية هو ضوء الشمس، وفي الواقع يبدو أن الألواح الشمسية تعمل بشكل أفضل في المناخات الباردة. دعونا نرى صحة هذا الشيء:
داخل الألواح الشمسية
تولد الخلايا الشمسية الكهرباء عندما يتم تحفيز الإلكترونات في ذرات الخلية بالطاقة من خلال: ضوء الشمس، وتوجد الإلكترونات الخارجية في الذرات عند مستوى طاقة يسمى عادةً (نطاق التكافؤ)، وعندما تحصل الإلكترونات على طاقة كافية من ضوء الشمس تقفز هذه الإلكترونات إلى مستوى طاقة يسمى (نطاق التوصيل)، وعندما يتم تسخين الخلية يتناقص الفرق بين نطاق التكافؤ ونطاق التوصيل، لذلك في حين أن الإلكترونات يمكن أن تتحرر بسهولة أكبر في درجات الحرارة الساخنة، فإنها قد لا تحمل نفس القدر من الطاقة عند إطلاقها عند درجات الحرارة الباردة.
الجهد والتيار والقوة
الجهد: هو فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين، والتيار: هو مقياس تدفق الكهرباء عبر مساحة الوحدة، والقوة: هي نتاج الجهد والتيار، وهنا عندما تبرد الخلية يزداد الجهد بينما ينخفض التيار، وبهذا يحمل كل إلكترون المزيد من الطاقة، ولكن قد يتدفق عدد أقل من الإلكترونات، وزيادة الجهد يكون أكبر من انخفاض التيار، مما قد يزيد حقاً من انتاج الطاقة، وعلى العكس من ذلك عندما تسخن الخلية ينخفض الجهد ولكن يزيد التيار، والتغيير في الجهد يكون أكبر من التغير في التيار، وبهذا قد تنخفض القوة.
تتغير الكفاءة مع درجة الحرارة
إن كفاءة الألواح الشمسية عبارة عن النسبة المئوية لطاقة مخرج الألواح الشمسية بالنسبة إلى إجمالي الطاقة الشمسية المتاحة في النظام، فعلى سبيل المثال قد تنتج لوحة بنسبة 15 بالمائة حوالي 150 واط من 1000 واط تكون متوفرة من الطاقة الشمسية التي تصل إلى سطحها، والسبب هو انخفاض كفاءة اللوح بنسبة حوالي (0.05 بالمائة) تقريباً لكل زيادة درجة مئوية واحدة في درجة الحرارة، وعلى العكس من ذلك تزيد كفاءة اللوحة بنسبة (0.05 بالمائة) لكل انخفاض درجة مئوية واحدة في درجة الحرارة.
العوامل التي تؤثر على درجة حرارة الخلية
إذا كان الطقس بارداً بالخارج فهذا لا يعني بالضرورة أن الألواح نفسها باردة، حيث قد تطلق الخلايا الشمسية عادةً الطاقة على شكل حرارة، واعتماداً على طريقة تركيب وتشغيل الألواح وظروف الهواء المحيطة يمكن أن تؤثر هذه الحرارة على: درجة حرارة الألواح، فعلى سبيل المثال لن تقوم اللوحة المُثبتة بالسقف بتهوية الحرارة مثل تلك القائمة بذاتها، وسيؤدي ذلك إلى زيادة حرارة اللوحة – وبالتالي تقليل الكفاءة، ومن ناحية أخرى تساعد الرياح في نقل الحرارة بعيداً عن الخلايا، لذلك يعتبر اليوم البارد مثالياً لتوليد الكهرباء الشمسية.
