هل تعمل الطاقة الشمسية في الشتاء لإنتاج الكهرباء؟

هل تعمل الطاقة الشمسية في الشتاء؟ سؤال تتزايد الحاجة إلى إجابته يومًا بعد يوم، مع تزايد التوجه العالمي نحو الطاقة المتجددة بصفتها مصدرًا نظيفًا للكهرباء.

ولأن الطاقة الشمسية واحدة من المصادر المتجددة التي يمكن اقتناؤها في المنازل، ولا تحتاج إلى مساحات شاسعة مثل طاقة الرياح، فهي تعدّ أملًا للكثير من الدول النامية والمتقدمة على حدّ سواء، للحصول على كميات من الكهرباء من مصادر بديلة للوقود الأحفوري.

ومع الحاجة إلى مصدر موثوق وآمن للكهرباء، يتزايد التساؤل حول (هل تعمل الطاقة الشمسية في الشتاء؟)، وذلك نظرًا للطبيعة المتقطعة لأشعة الشمس التي قد تحجبها الغيوم، ويرى بعضهم ممن لا يملكون معلومات كافية عن كيفية عمل الألواح الشمسية أنها قد لا تمدّهم باحتياجاتهم من الكهرباء في الشتاء أو الظروف الطقسية التي تفرض غياب الشمس.

كيف تعمل الطاقة الشمسية في الشتاء؟

الإجابة عن سؤال: “هل تعمل الطاقة الشمسية في الشتاء؟” يحتاج إلى الإلمام أولًا بآلية عمل الألواح الشمسية، التي تشهد تطورًا يومًا بعد يوم.

وفقًا لموقع “ترينا سولار” التقني المتخصص في الطاقة الشمسية، وما اطلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة، فإن الألواح الكهروضوئية الشمسية تلتقط ضوء الشمس، وتطلق الإلكترونات الموجودة بخلايا السيليكون في لوح الطاقة لتصبح تيارًا كهربائيًا مباشرًا، ثم يحوّل العاكس التيار المستمر إلى تيار كهربائي متناوب، ما يجعله صالحًا للاستخدام.

وبعد الانتهاء من عملية توليد الكهرباء من خلال الألواح الشمسية، يمكن تخزين الكهرباء الفائضة غير المستهلكة في بطارية، أو إعادتها إلى شبكة الطاقة، كما يمكن سحب كهرباء إضافية من الشبكة إذا كان المستخدم في حاجة إلى كميات أكبر من كفاءة توليد الألواح الشمسية.

تطوير الألواح الشمسية

مع تسارع التوجه العالمي نحو الطاقة المتجددة، أجاب العلم عن سؤال: (هل تعمل الطاقة الشمسية في الشتاء؟)، من خلال تطوير الألواح الشمسية، بحيث يمكنها العمل في ظروف طقسية مختلفة، وذلك بهدف المساعدة في تحقيق الحياد الكربوني عالميًا بحلول عام 2050.

ومؤخرًا، تمكّن العلماء من تطوير ألواح شمسية بإمكانها العمل ليلًا وفي الظروف الممطرة أيضًا، لكي تصبح الطاقة الشمسية مصدرًا دائمًا للكهرباء، بغضّ النظر عن ظروف الطقس، وأيضًا بغضّ النظر على التوقيت الفصلي، سواء في الشتاء أو الصيف، وسواء غابت الشمس أو استمر ضوؤها لأوقات طويلة.

وأشار تقرير لمنتدى الاقتصاد العالمي، اطّلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة، إلى أن الألواح الشمسية أصبحت ذات جدوى اقتصادية للدول الفقيرة التي تواجه عجزًا في الكهرباء، لا سيما أن أسعارها انخفضت بنسبة 80% خلال السنوات الـ10 الماضية.

واختبر مجموعة من الباحثين في جامعة ستانفورد ألواحًا شمسية يمكنها إنتاج الكهرباء حتى عندما تغرب الشمس، بخلاف الألواح العادية التقليدية التي تعمل في النهار فقط؛ إذ تحافظ الألواح الجديدة على انتظام عملية توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية على مدار الساعة.

ويقوم هذا الابتكار على نظرية برودة الألواح الشمسية في الليل، إذ يمكن توليد الكهرباء من اختلاف درجات الحرارة بين هذه الألواح الباردة والهواء الدافئ المحيط بها، وذلك باستخدام مولد كهربائي حراري، يُنتج الكهرباء مع مرور الحرارة داخله.

ويتوقع الباحثون أن تصنيع هذه الألواح الشمسية ونشرها سيوفر مصدرًا موثوقًا للكهرباء، تمدّ نحو 750 مليون شخص حول العالم بالطاقة التي يفتقرون إليها.

تقنيات أخرى للألواح الشمسية

طوّر باحثون في جامعة نيو ساوث ويلز الأسترالية جهازًا يشبه في طريقة عمله نظارات الرؤية الليلية، يُرَكَّب على الألواح الشمسية، والذي يمكن بوساطته إنتاج الكهرباء من الإشعاع الحراري.

ونشرت مجلة “إيه سي إس” العلمية، التابعة لمركز التميز “إكسيتون ساينس”، نتائج أبحاث الجامعة الأسترالية، والتي كشفت أن الإشعاع الشمسي يُسخِّن القشرة الأرضية خلال ساعات النهار، لكن هذه الطاقة تُفقَد في برودة الفضاء عند غروب الشمس.

وعمل الباحثون على استغلال هذه الحرارة المُهدرة، من خلال تحويل الأشعة تحت الحمراء إلى طاقة كهربائية، إذ استخدموا جهازًا لتوليد الكهرباء يسمى “الصمام الثنائي الإشعاعي الحراري”، يستخدم تقنية مشابهة تمامًا لتلك الموجودة في تقنيات الرؤية الليلية.

الألواح الشمسية والجليد والمطر

على عكس ما يتصوره بعضهم، بأن الجليد قد يمنع الألواح الشمسية من توليد الكهرباء، فإن الثلج قد يشكّل عاكسًا جيدًا يزيد من كميات الضوء الواردة إلى ألواح الطاقة الشمسية، ومن ثم يمكّنها من أداء عملها، كما إن هذه الألواح تخضع لاختبارات تضمن عملها في الظروف المختلفة.

وحسم علماء جامعة سوشو الصينية الجدل حول (هل تعمل الطاقة الشمسية في الشتاء أم لا)، بتوصّلهم إلى أن الاحتكاك الناتج عن سقوط قطرات الأمطار الغزيرة على الألواح، يمكن استغلاله في تعزيز توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية، وذلك بوساطة استخدام مولد كهربائي فوق لوح شمسي تقليدي، يحوّل قطرات المطر إلى كهرباء.

وبالنسبة للغبار وتأثيره في حجب الضوء عن الألواح الشمسية، توصّل العلماء إلى إمكان استخدام روبوتات التنظيف الجاف المستقلة، والتي توفر الكثير من الوقت والجهد في تنظيف الخلايا، إذ تعمل هذه الروبوتات ليلًا للحدّ من تعطيل الألواح في أثناء توليد الكهرباء نهارًا.

أنواع الألواح الشمسية

لمعرفة هل تعمل الطاقة الشمسية في الشتاء أم لا، يجب أولًا معرفة أنواع الألواح الشمسية المستخدمة في عملية توليد الكهرباء، وهل تعمل جميعها بالكفاءة نفسها أم لا.

وفق موقع إيكو ووتش، المعني بالشؤون البيئية، فإن الخلايا الشمسية أحادية البلورة والخلايا الشمسية متعددة البلورات تختلف في تكوين مادة السيليكون، وذلك على الرغم من أن النوعين يؤديان الوظيفة نفسها، وهي تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.

وتمتاز الألواح الشمسية أحادية البلورة “مونوكريستالين”، بأن كل خلية كهروضوئية شمسية فيها تكون مصنوعة من بلورة سيليكون واحدة، ولها مظهر مميز بلون داكن وحوافّ مستديرة، وتكتسب فاعليتها من نقاء السيليكون، الذي يصل بمعدل كفاءتها إلى 22%، وهي كفاءة أعلى من الخلايا متعددة البلورات، ويصل عمرها الافتراضي إلى 40 عامًا، وتصلح للاستخدام في المساحات المحدودة.

في المقابل، تتكون كل خلية شمسية في الخلايا متعددة البلورات “بوليكريستالين” من عدّة قطع “كسر” بلورية من السيليكون مدمجة معًا، ولها مظهر مختلف، إذ إن المربعات والزوايا غير المقطوعة يأخذ معظمها اللون الأزرق، ويتراوح عمرها الافتراضي بين 20 و35 عامًا، ولا تتعدى درجة كفاءتها 17%.

ويواجه كلا النوعين انخفاضًا مؤقتًا في كفاءة إنتاج الكهرباء عند ارتفاع درجة حرارة الألواح، ولكن الخلايا الشمسية أحادية البلورة تُعَدّ أقلّ تأثرًا بالحرارة.

المصدر: موقع الطاقة – مواقع إلكترونية