تنظيف أسطح الخلايا الشمسية غاية في الأهمية، فالغبار والعوالق على هذه الأسطح لا يقلل من كفاءة انتاج الطاقة فقط وإنما قد يتسبب في تلف بعض الخلايا بل وفي حالات نادرة يتسبب في حريق لكامل محطة الانتاج، فكيف يحدث ذلك؟ تعالوا لنتعرف على هذه الظاهرة وكيفية تجنبها!!
عندما يحدث تظليل كلي أو جزئي لبعض الخلايا الشمسية بسبب الغيوم أو الأشجار أو بعض العوالق كالأتربة أو الأجسام الخفيفة التي تتطاير في الهواء وتلقي بها الرياح على أسطح الخلايا الشمسية يتكون عندنا ما يعرف بال hotspot في هذه الخلايا وهو عبارة عن طاقة عالية جدا تؤدي لحرقها. كيف ذلك؟
لشرح هذه الظاهرة سأستعين برسوماتي الخاصة والغرض من ذلك هو تبسيط بعض المفاهيم والتي يصعب ادراكها وتجميعها من الكتب أو المقالات العلمية. فنقول ﷽ ونبدأ بمودل واحد من الخلايا الشمسية وهو عبارة عن عدة خلايا مربوطة على التوالي وإن ظهرت لنا أنا مصفوفة من الخلايا(طول في عرض) 👇
من أساسيات الدوائر الكهربية أن ربط البطاريات على التوالي يزيد من الجهد وبالتالي زيادة في الطاقة المنتجة، وهذا هو السبب نفسه في ربط هذه الخلايا على التوالي. الخلية الواحدة يتم نمذجتها على شكل مصدر تيار من الضوء مربوط ب diode وهذا ال diode يوصل التيار من الآنود للكاثود.. يتبع
من خواص هذا ال diode أنه يبدأ يوصل التيار إذا كان الجهد على طرفيه أعلى من ال threshold واللي تقريبا يساوى 0.7 فولت كما في الرسمة بالأعلى، وتصبح الطاقة في هذا ال diode هي الجهد مضروبة في التيار وهي طاقة صغيرة جدا. الآن لو وصلنا مقاومة ك load على طرفي هذه الخلية👇
في هذه الحالة الجهد على ال diode يقل بسبب توزيعه أيضا على ال load وبالتالي الطاقة المهدرة على هذا ال diode تقل ويقل معها خطر احتراقه. في المودل الواحد من الخلايا الشمسية عدة خلايا مربوطة على التوالي، تخيل لو عندنا خليتين فقط وصلناهم على التوالي ومنها على ال load👇
إذا كانت كل خلية تحصل على ضوء كافي راح تعمل بالشكل الصحيح بدون خطورة على ال diode لأن الجهد الناتج عندي هو عبارة مجموع الجهد من الخليتين وهو موجوب ولذلك التيار في كلا الخليتين يعمل في ال forward bias. ولكن تخيل أن الخلية السفلى حصل لها تظليل أو مافيه مصدر تيار👇
في هذه الحالة يُلغى المصدر ويبقى عندي ال diod فقط! وهذا ال diode لا يمكن أن يمرر التيار الراجع من الخلية العلوية لأن ال diode من مميزاته أنه يعمل في ال forward bias. وبالتالي فإن التيار الذي يمر بالمقاومة هو صفر. وعليه فإن الجهد هو صفر ويصبح الجهد على الآنود حق ال diode السفلي...
جهد سالب، ولكي يمر تيار خلال هذا ال diode يحتاج لجهد سالب أعلى ، لماذا؟ من خواص ال diode أنه يمرر تيار معاكس إذا كان يعمل في منطقة ال reverse bias وبجهد سالب يمكن التيار من العبور. الآن لو وصلنا أكثر من خلية على التوالي، فإن الجهد السالب يزداد على طرفي ال diode السفلي👇
مع ازدياد الجهد يصل ال diode إلى مايعرف بال breakdown ويبدأ يوصل تيار أعلى وبطاقة أعلى أيضا تؤدي لاحتراق هذا ال diode. وهذا الحريق في هذه الخلية ممكن يتطور لحرق كال المودل وربما كامل المحطة
لذلك من المهم جدا أخذ هذه النقاط في الاعتبار عند تصميم المودل للخلايا الشمسية. التصميم الجيد يتطلب استخدام bypass diodes كما في الصورة 👇 لاعطاء التيار طريق للعودة وتجنب ال reverse bias
في الواقع أن ال hotspot هو نوع من الأخطاء التي تحصل في الخلايا الشمسية وهناك العديد من الأبحاث حول هذه الأخطاء وكيفية اكتشافها وتحديد مواقعها، وأذكر أن طلابنا في الكلية عملوا مشروع لاكتشاف هذه الأخطاء وفازوا بالمركز الأول على مستوى المملكة في مسابقة المشاريع الطلابية والذي نظمته
جامعة الملك سعود عام 2018 بقيادة الدكتور مسعود العجمي والمبدعين @Niaz_baloshi و @Os_Aljasem
آسف عالإطالة والرسوما…
آسف عالإطالة والرسوما…
جاري تحميل الاقتراحات...