علوم وتكنولوجيا

باحثون إسبان.. يطورون نظامًا لتبريد الألواح الشمسية يرفع من كفاءة توليد الكهرباء

باحثون إسبان.. يطورون نظامًا لتبريد الألواح الشمسية يرفع من كفاءة توليد الكهرباء

طوّر باحثون إسبان نظامًا لتبريد الألواح الشمسية، يعتمد على مبادلات حرارية تحت الأرض، ما يزيد من صافي توليد الكهرباء بشكلٍ كبير.

ويؤدي ارتفاع درجة حرارة الألواح الشمسية في ظل ظروف التشغيل العادية إلى تقليل كفاءة حصاد الطاقة، وينتج مشكلات إضافية تتعلق بالدورة الحرارية وتدهور أداء الوحدات.

واختبر العلماء في جامعة ألكالا الإسبانية نظام التبريد في منشأة كهروضوئية خارج الشبكة، والتي وصفوها بأنها ممثلة لمزرعة شمسية نموذجية مع أنظمة تتبّع ذات محور واحد، وفقًا لما نقلته مجلة “بي في ماغازين” (PV Magazine).

نظام تبريد الألواح الشمسية

تتضمن تقنية التبريد تطبيق مبادل حراري على الجانب الخلفي من الألواح الشمسية لإزالة الحرارة الزائدة، التي تُبَرَّد في باطن الأرض عند درجة حرارة ثابتة تبلغ نحو 16 درجة مئوية على أعماق منخفضة نسبيًا.

وتُنقل هذه الحرارة تحت الأرض بوساطة سائل تبريد يُبَرَّد بوساطة مبادل حراري آخر على شكل حرف (U)، في بئر بعمق 15 مترًا، مملوءة بالمياه من الخزان الجوفي بباطن الأرض.

علماء إسبان يطوّرون نظامًا لتبريد الألواح الشمسية
علماء إسبان يطوّرون نظامًا لتبريد الألواح الشمسية

وأوضح الباحثون أن “نظام التبريد يحتاج إلى طاقة إضافية لتفعيل مضخة المبرد؛ نظرًا لأنها دائرة مغلقة، فإن فرق الطاقة الكامنة بين قاع البئر واللوح الشمسي لا يؤثّر في استهلاك الطاقة لنظام التبريد”.

وجرى قياس تحسّن واعد في صافي توليد الكهرباء لوحدة الطاقة الشمسية المبردة بنسبة تصل إلى 12.4%، لمعدل تدفّق سائل التبريد يبلغ 1.84 لترًا/دقيقة لكل متر مربع من الوحدة، ما يُثبت الجدوى الفنية لهذا النهج.

علماء إسبان يطوّرون نظامًا لتبريد الألواح الشمسية
نجاح تجربة نظام التبريد

قال الباحث إغناسيو فالينتي بلانكو -لمجلة بي في ماغازين-: “تُظهر تحليلاتنا -التي أُجريت لأنواع مختلفة من المنشآت السكنية والتجارية- أن النظام قابل للتطبيق اقتصاديًا، مع مدد إطفاء الاستثمار التي تتراوح بين 5 و10 سنوات”.

وأضاف فالينتي بلانكو: “مع الاستثمار اللازم، يمكن استعمال النظام بشكل مثالي في التركيبات التقليدية”.

وقد قدّم الأكاديميون نظام التبريد في “تحسين كفاءة الوحدات الشمسية الكهروضوئية عن طريق التبريد باستخدام مبادل حراري تحت الأرض”، والذي نُشر مؤخرًا في مجلة هندسة الطاقة الشمسية.

كان التوليد القياسي للكهرباء من الطاقة الشمسية في أوروبا قد قدّم دليلًا على الدور الذي يمكن أن تؤديه المصادر المتجددة لتقليل الاعتماد على واردات الغاز الروسي.

وساعد توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية في أوروبا هذا الصيف (2022) على توفير 29 مليار دولار تقريبًا من واردات الغاز الطبيعي، وفقًا لما جاء في تقرير أصدره منتدى الاقتصاد العالمي عن شركة أبحاث الطاقة، إمبير (Ember)، مطلع الشهر الجاري.

يوضح الرسم البياني التالي -الذي أعدّته منصة الطاقة المتخصصة- تطور توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية في أوروبا منذ عام 1997 حتى عام 2021:

في سياقٍ متصل، اكتسبت صناعة الخلايا الكهروضوئية في الصين موطئ قدم تاريخي في أوروبا، لكونها المورد الأكثر موثوقية ومرونة للألواح الشمسية، في ظل أزمة الطاقة في القارة العجوز.

وقد وصل الطلب على الألواح الشمسية إلى مستوى مرتفع جديد، مدفوعًا بارتفاع أسعار الغاز الطبيعي وسط الصراع بين روسيا وأوكرانيا وخطوط أنابيب نورد ستريم التالفة.

وقال عاملون صينيون، إنه من المرجح أن يستحوذ الاتحاد الأوروبي على ما يصل إلى 50% من إجمالي صادرات الصين من الألواح الشمسية هذا العام (2022)، وفق ما نقلته صحيفة “غلوبال تايمز” (Global Times).

وفي المدّة من يناير/كانون الثاني إلى أغسطس/آب، بلغت صادرات الصين 35.77 مليار دولار أميركي من حيث القيمة، مع توليد الكهرباء من 100 غيغاواط.

وقد أدى الطلب الهائل لزيادة الإمدادات ورفع أسعار السيليكون -المادة الخام للألواح الشمسية- إلى 308 يوان (42.41 دولارًا) لكل كيلوغرام، وهو الأعلى في عقد من الزمان.

اقرأ : أفضل أنواع الألواح الشمسية للاستخدام المنزلي.. الشركات والأسعار

تسلط “الطاقة” الضوء على أفضل أنواع الألواح الشمسية والجدوى الاقتصادية من استخدامها، في ظل انتشار الطاقة الشمسية في مصر، بشكل كبير خلال السنوات الأخيرة، والإقبال المتزايد من المواطنين على الاعتماد على الطاقة النظيفة لتشغيل الوحدات السكنية بعد ارتفاع أسعار فواتير الكهرباء،

وتهدف خطة الحكومة إلى زيادة الاعتماد على الطاقة المتجددة، وفي مقدمتها الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، في مزيج الطاقة بنسبة تتخطى 42% بحلول عام 2035.

وقال رئيس مجلس إدارة شركة إلكترو جيبل، المهندس أيمن الجبالي، إنه لا يوجد فرق بين الألواح الشمسية التي تُركَّب في المباني السكنية أو المستخدمة للأغراض الصناعية، موضحًا أن الاختلاف في محطات الطاقة الشمسية نفسها.
توفير فواتير الكهرباء

أوضح الجبالي -في تصريحات خاصة إلى “الطاقة”- أن هناك 3 أنواع من محطات الطاقة الشمسية؛ محطات متصلة بالشبكة وهذه مناسبة للاستخدام المنزلي أو الصناعي، ومحطات شمسية منفصلة عن الشبكة وهي مناسبة للتركيب على أسطح المنازل فقط؛ نظرًا لأن استخدامها في الأغراض الصناعية سيجعل تكلفتها مرتفعة للغاية؛ لذا فهي لا تُستخدم سوى على نطاق محدود للإنارة أو التشغيل المنزلي.

بينما يتمثل النوع الثالث في المحطات الشمسية التي تستخدم في الأراضي الزراعية فقط للري بالطاقة الشمسية بدلًا من الديزل.

وأضاف الجبالي أن أفضل المحطات هي تلك المتصلة بالشبكة؛ لأنها تعمل على توفير فواتير الكهرباء؛ فعلى سبيل المثال، المنزل الذي يدفع فاتورة كهرباء تُقدر بـ 3 آلاف جنيه مصري (163.56 دولارًا أميركيًا) شهريًا، عند تركيب محطة شمسية بقدرة 10 كيلوواط لن تزيد فاتورة الكهرباء على 500 جنيه مصري، بينما ستوفر المحطة القيمة المتبقية من سعر الكهرباء للشبكة، لافتًا إلى أن هذا النوع هو الأكثر انتشارًا في مصر حاليًا.

وحول أفضل أنواع الألواح الشمسية المستخدمة في المنازل، أفاد الجبالي بأن السوق المصرية لا يتوافر فيها -حاليًا- سوى نوع واحد وهو المونوكريستالين (أحادية البلورة)، مشيرًا إلى أن البولي كريستالين (متعددة البلورات) لم تعد موجودة في الأسواق.

نشر موقع إيكو ووتش، المعني بالشؤون البيئية، -في سبتمبر/أيلول الماضي- مقالًا بعنوان “أيهما أفضل.. الخلايا الشمسية أحادية البلورة أم متعددة البلورات؟”، كتبه استشاري الطاقة الشمسية المهندس ليوناردو ديفيد؛ لتسليط الضوء على نوعي الألواح.

وتختلف الخلايا الشمسية أحادية البلورة والخلايا الشمسية متعددة البلورات في تكوين مادة السيليكون، وإن كان النوعان يؤديان الوظيفة نفسها بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.

وتتميز الألواح الشمسية أحادية البلورة “مونوكريستالين” بأن كل خلية شمسية كهروضوئية مصنوعة من بلورة سيليكون واحدة، وتتسم بمظهر مميز هو لون داكن وحواف مستديرة، وهي تكتسب فاعليتها من نقاء السيليكون الذي يجعل معدل كفاءتها قد يصل إلى 22%.

ويُعد هذا النوع أغلى من الألواح ثنائية البلورة؛ لأنه يتميز بدرجة كفاءة أعلى ويتراوح عمرها الافتراضي بين 20 و40 عامًا، كما يُفضل استخدامها عند الرغبة في تركيب نظام الطاقة الشمسية في مساحة محدودة؛ لأنها أكثر إنتاجية لكل قدم مربعة.

أنواع الخلايا الشمسية

تتكون كل خلية كهروضوئية في الألواح أو الخلايا الشمسية متعددة البلورات “بوليكريستالين” من عدة قطع “كسر” بلورية من السيليكون تُدمج معًا في أثناء التصنيع.

وتتسم الألواح متعددة البلورات بظهر مختلف؛ إذ إن المربعات والزوايا غير المقطوعة معظمها يكون باللون الأزرق، ويتراوح عمرها الإفتراضي بين 20 و35 عامًا.

وتكون عملية إنتاج هذا النوع من الألواح الشمسية أسرع وأرخص إلى حد ما؛ لأنها تعتمد على إذابة السليكون الخام، وتكون درجة كفاءتها أقل من الألواح أحادية البلورة؛ إذ لا تتعدى 17%؛ ما يعني أن هناك حاجة إلى المزيد من الألواح للوصول إلى ناتج الكهرباء نفسه.

ويُعَد الفرق بين النوعين ليس كبيرًا؛ إذ يؤدي كلا النوعين من الألواح الشمسية الغرض والوظيفة نفسهما، وهما تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.

وبينما يواجه النوعان انخفاضًا مؤقتًا في الكفاءة عندما ترتفع درجة حرارتهما؛ فإن الخلايا الشمسية أحادية البلورة تُعَد أقل تأثرًا بالحرارة؛ إذ إن الألواح الشمسية متعددة البلورات تتميز بمعامِلات درجة حرارة أعلى؛ ما يعني أنها تفقد المزيد من الإنتاجية عند تسخينها.

أفضل أنواع الألواح الشمسية

تحدث رئيس مجلس إدارة شركة إلكترو جيبل، المهندس أيمن الجبالي، عن أفضل أنواع الألواح الشمسية، مؤكدًا أن 90% من الألواح الشمسية في مصر مستوردة من الصين.

وأضاف أن الصين تُعَد الأولى في العالم في إنتاج الألواح الشمسية، بجانب الألواح الألمانية والإيطالية التي تتمتع بالجودة والكفاءة نفسهما ولكن فرق السعر أكبر بكثير؛ حيث يرتفع سعرها عن مثيلتها الصينية بنحو 30%.

وتحتل بكين الريادة في تصدير الخلايا الشمسية؛ نظرًا لتفوقها في ابتكار ألواح شمسية بتكنولوجيا عالية، وأسعار تنافسية وإنتاجها الضخم من الخلايا والألواح الشمسية، لتصبح -حتّى الآن- الأولى عالميًا في هذه الصناعة.

وتستحوذ شركات؛ منها “لونجي غرين إنيرجي تكنولوجي” و”توجوي” و”جي إيه سولار” و”جينكو سولار” و”جي سي إل” و”ترينا سولار”، على صناعة الطاقة الشمسية في الصين.

وذكر رئيس مجلس إدارة شركة إلكترو جيبل أن أكثر الألواح المنتشرة في السوق المصرية هي صن تك وجينكو سولار ولونجي سولار وترينا سولار، مشيرًا إلى أن الفروق بينها متقاربة للغاية.

وأوضح الجبالي أنه يُفَضِّل استخدام ألواح جينكو سولار؛ لأنها تتمتع بجودة وكفاءة عالية وبالفئة السعرية نفسها للأنواع سالفة الذكر.

أفضل أنواع الألواح الشمسية

شروط تركيب المحطات

أشار الجبالي إلى أن المحطات الشمسية مجدية اقتصاديًا وتوفر في فاتورة الكهرباء، إلا أن وزارة الكهرباء تفرض عددًا من الشروط لتركيب المحطات على المباني السكنية؛ ومن أبرزها أن يكون السطح الذي ستُركب عليه الألواح الشمسية ملكًا لصاحب المحطة أو توافر موافقة اتحاد الملاك، وأن يكون العداد الكهربائي عدادًا اسميًا (باسم صاحب المحطة)، وأن يكون في الوحدة السكنية 3 فاز (كابلات).

من جانبه، ذكر مدير قسم التصميم والتطوير في شركة كريتيف بارتنرز للطاقة، خبير توفير الطاقة في أنظمة المحركات للأغراض الصناعية من قِبل الأمم المتحدة لتطوير الصناعات، المهندس مصطفى عدلي، أن هناك أنواعًا كثيرة من الألواح الشمسية الملائمة للاستخدام في المنازل.

وأوضح عدلي -في تصريحات خاصة إلى “الطاقة”- أن صن باور وجينكو سولار من أفضل أنواع الألواح الشمسية في السوق المصرية، موضحًا أنه لا توجد بينها سوى فروقات بسيطة في الكفاءة، إلا أن صن باور هي الأكثر كفاءة والأعلى سعرًا.

وحول اختيار الألواح الشمسية المناسبة للاستخدام المنزلي، نصح خبير توفير الطاقة بضرورة الاعتماد على العلامات التجارية المعروفة التي اختُبِرت من قِبل الشركات؛ لضمان كفاءتها العالية عند استخدامها في الوحدات السكنية.

أفضل أنواع الألواح الشمسية
أسعار ألواح الطاقة الشمسية في مصر

لفت عدلي إلى أن أصغر محطة يمكن تركيبها على أي وحدة سكنية تبلغ قدرتها 5 كيلوواط، وتتراوح تكاليف إنشائها بين 50 و60 ألف جنيه مصري، وتوفر من قيمة فواتير الكهرباء ما يقرب من 1000 جنيه مصري شهريًا.

وحول الجدوى الاقتصادية للمحطات الشمسية على سطح البنايات، أشار عدلي إلى أنها ستكون موفرة للوحدات السكنية التي يزيد استهلاكها للكهرباء على 1000 كيلوواط شهريًا.

وأوضح أن استرداد قيمة الأموال التي دفعها المستهلك لإنشاء محطة شمسية بقدرة 5 كيلوواط يتطلب بين 3 و4 أعوام، وهذه قيمة مجدية بالنسبة فقط للوحدات السكنية التي تستهلك أكثر من 1000 كيلوواط.

من جانبه، قال مدير التسويق والمبيعات بشركة أفريقيا للطاقة الشمسية، المهندس أحمد إسماعيل، إن أفضل أنواع الخلايا الشمسية المتوافرة في السوق المصرية هي صن تك وجينكو وترينا وجيه إيه.

الأنواع الأكثر مبيعًا

أشار إسماعيل -في تصريحات خاصة إلى “الطاقة”- إلى أن هذه الأنواع هي الأكثر مبيعًا والأفضل سعرًا، لافتًا إلى أن الأنواع الـ4 السالف ذكرها متقاربة في الكفاءة وتختلف في الأسعار حسب سعر العملة؛ لأنها جميعًا مستوردة من الصين.

وأوضح إسماعيل أن حجم الكهرباء المتولدة يتوقف على حسب قدرة المحطة التي نركبها للعميل؛ ما قد يمنحه توفيرًا كليًا أو جزئيًا على حسب استخدامه.

وأكد المهندس أحمد إسماعيل أن الطاقة الشمسية اقتصادية للغاية وموفرة، ولا تتطلب سوى التكلفة الأولى لإنشاء المحطة التي تكون مرتفعة إلى حد ما على حسب سعر السوق، لافتًا إلى أن التكلفة الاقتصادية تختلف على حسب كل عميل واحتياجاته وعلى الفاتورة الشهرية للاستهلاك.

وأفاد المتخصص في الطاقة الشمسية والمساعدات الملاحية، المهندس محمد جمال، بأن هناك نوعين من الخلايا الشمسية؛ هما: الخلايا أحادية البلورة “مونوكريستالين”، والخلايا متعددة البلورات “بوليكريستالين”.

أفضل أنواع الألواح الشمسية

الأفضل كفاءة

أشار المهندس محمد جمال إلى أن المونوكريستالين أفضل من حيث الكفاءة التي أصبحت تتراوح بين 22.2 و22.5%، لافتًا إلى أن هذه هي النسبة المتاحة في مصر حتى الآن.

وأضاف أن الكفاءة متقاربة بين نوعي الخلايا الشمسية تقريبًا، ولكن الاختلاف في المساحة التي يتطلبها كل نوع للتركيب، ولكن قدرة اللوح واحدة في النوعين، موضحًا أنه عندما ترتفع كفاءة الخلايا؛ فإنها توفر في المساحة والشاسيهات والمجهود، وهذا يتوافر في المونوكريستالين.

وحول أفضل الألواح الشمسية المتوافرة في الأسواق حاليًا، قال جمال إن ألواح جينكو سولار ولونجي وترينا وصن تك وجيه إيه تُعد أفضل الأنواع في الأسواق، مشيرًا إلى أن هذه الألواح الصينية متوافرة بجانب الأنواع ذات التجميع المصري مثل التي تنتجها مصانع حورس وابتكار وبورفيلد وإن كانت الأنواع المصرية ذات قدرة محدودة لا تتعدى 375 واط تقريبًا، بينما تصل قدرة بعض الألواح الصينية إلى 650 واط في الألواح الكبيرة.

وأوضح جمال أنه بعد الزيادة الأخيرة في الأسعار، التي تراوحت بين 25 و30%، تتكلف أصغر محطة شمسية -بقدرة 5 كيلوواط- 87 ألف جنيه مصري؛ إذ يبلغ سعر الكيلوواط الواحد نحو 17 أو 18 ألف جنيه مصري.

بينما تقل تكلفة الكيلوواط في المحطات بقدرة 10 كيلوواط لتصل تكلفتها إلى 170 ألف جنيه مصري فقط.

مواقع عربية

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى