الحرارة لا تفيد اللوح الشمسي بالقدر الذي قد تظنه
نعم، يساعد ضوء الشمس الساطع اللوح الشمسي؛ لا، أما الحرارة الزائدة فلا تساعده. ففي اليوم المشمس تؤثر قوتان مختلفتان في اللوح نفسه في الوقت ذاته: ضوء يمكن تحويله إلى كهرباء، وحرارة تجعل هذا التحويل أقل كفاءة.
قد يبدو ذلك مخالفًا للحدس، لأن الألواح الساخنة تظهر غالبًا في الأيام ذات الإنتاج القوي. لكن المختبر الوطني للطاقة المتجددة ومصنّعي الألواح يشرحون الفكرة الأساسية نفسها بصياغة أوضح: تعمل الألواح الشمسية بالضوء الساقط عليها، في حين أن ارتفاع درجة حرارة الخلايا يقلّص الأداء عادة. وفي كثير من الألواح الشائعة، ينخفض الإنتاج بنحو 0.3% إلى 0.5% لكل درجة مئوية فوق درجة الاختبار المذكورة في ورقة المواصفات، وهي عادة 25°م.
قراءة مقترحة
0.3% إلى 0.5% لكل درجة مئوية
هذا هو الانخفاض المعتاد في الإنتاج الذي تشهده كثير من الألواح لكل درجة مئوية فوق درجة الاختبار القياسية البالغة 25°م.
الحيلة المنزلية البسيطة: شمسٌ تغذي اللوح، وأخرى تشدّه إلى الخلف
اللوح الشمسي ليس محركًا حراريًا مثل موقد المخيم أو المرجل. إنه جهاز كهروضوئي، ما يعني أنه يستخدم جسيمات الضوء التي تصطدم بالخلية لتحرير الشحنة الكهربائية. والمزيد من الضوء يعني عادة مزيدًا من التيار، وهذه هي البشارة الجيدة.
المفاضلة الأساسية بسيطة: يفيد ضوء الشمس لأنه يمدّ اللوح بضوء قابل للاستخدام، بينما تضر الحرارة لأنها تخفض الجهد وتقلّص الكفاءة.
الضوء والحرارة في اللوح نفسه
زيادة الضوء الساقط ترفع التيار عادة وتساعد اللوح على توليد قدرة أكبر.
ارتفاع درجة حرارة الخلية يخفض الجهد، لذلك يتحول القدر نفسه من ضوء الشمس بكفاءة أقل.
وهذه هي الخلاصة القصيرة: عندما يزداد الضوء ترتفع القدرة. وعندما ترتفع الحرارة تنخفض الكفاءة. والأمران يحدثان معًا في الوقت نفسه. تلك هي الحيلة.
ولهذا يمكن أن يكون اللوح منتجًا قدرًا كبيرًا من الطاقة في ظهيرة لاهبة، ومع ذلك يظل أداؤه دون ما يمكنه بلوغه. إنه لا يتعطل، بل يعمل وكأن قدمًا على دواسة الوقود وأخرى على المكابح.
ويضع المصنّعون هذا الأمر صراحة في أوراق المواصفات. فذلك السطر الصغير المسمى «معامل الحرارة» هو بمثابة بطاقة تحذير ظاهرة للعيان. إذ يخبرك بمقدار ما يميل الإنتاج إلى الانخفاض كلما سخنت الخلايا فوق ظروف الاختبار القياسية.
ما الذي يمكن أن تخبرك به يدك، وما الذي لا يمكنها أن تخبرك به
تجلس الألواح تحت أشعة الشمس المباشرة، وهي داكنة اللون وتمتص قدرًا كبيرًا من الطاقة. ويتحول بعض تلك الطاقة إلى كهرباء، بينما يتحول بعضها الآخر إلى حرارة داخل اللوح وما حوله.
هل سبق أن لمست مقعد سيارة داكنًا، أو مقبض أداة معدنية، أو صندوق بريد أسود في الصيف؟ إذن فأنت تعرف مسبقًا كم بسرعة يمكن لسطح داكن أن يمتص الحرارة. واللوح الشمسي يفعل ذلك أيضًا.
إذا قرّبت يدك من سطح لوح مخبوز بالشمس، فبوسعك أن تشعر بتلك الحرارة وهي ترتد نحوك. وهذا الإحساس هو الدليل. فالشعور بالسخونة يخبرك بأن اللوح امتص طاقة، لا بأنه يحوّل تلك الطاقة إلى كهرباء بكفاءة عالية على نحو خاص.
وإليك الآلية في جملة واحدة واضحة: يحرر الضوء الشحنة داخل الخلية، لكن ارتفاع درجة حرارة الخلية يخفض الجهد، ولذلك يحوّل اللوح حصة أصغر من ضوء الشمس إلى قدرة كهربائية قابلة للاستخدام. والحرارة التي تشعر بها جزء من السبب الذي يجعل «مزيدًا من الشمس» و«مزيدًا من الكفاءة» يفترقان أحيانًا.
لماذا لا تبلغ الألواح فوق الأسطح الحارة قيمتها الاسمية في أشد فترات بعد الظهر حرارة
تنحرف التركيبات الواقعية عن ظروف القدرة الاسمية أساسًا لأن طريقة التثبيت وتدفق الهواء يغيّران مقدار ما يستطيع اللوح تبديده من حرارة.
كيف تغيّر طريقة التركيب درجة حرارة اللوح وأداءه
| الحالة | سلوك الحرارة | النتيجة المرجحة |
|---|---|---|
| مصفوفة على سطح مع ضعف في تدفق الهواء | يعمل اللوح بدرجة حرارة أعلى لأن الحرارة تبقى محتبسة أسفله، وقد يشع السطح حرارة نحوه من جديد | إنتاج جيد، لكنه غالبًا أقل مما قد توحي به القيمة الاسمية في تلك اللحظة |
| لوح محمول موضوع بشكل مسطح على أرض ساخنة | قلة حركة الهواء حول الجهة الخلفية تسمح بارتفاع الحرارة | كفاءة أقل تحت ضوء الشمس نفسه |
| لوح مائل يمر الهواء خلفه | الفجوة الهوائية تساعد على حمل الحرارة بعيدًا | يحقق عادة كفاءة أفضل من لوح أكثر سخونة تحت الشمس نفسها |
| لوح مركّب على هيكل مع فجوة هوائية خلفية | يمكن لقدر أكبر من الحرارة أن يتسرب | يتفوق عادة على الألواح الملتصقة بإحكام بسطح ساخن |
لكن مهلاً، أليست الألواح تولد طاقة أكبر في الصيف؟
غالبًا نعم. وهنا يختلط الأمر على الناس.
غالبًا ما يكون الإنتاج في الصيف أعلى إجمالًا لأن ضوء الشمس الأقوى يفوق أثر تراجع الكفاءة بسبب الحرارة، لا لأن الحرارة تحسن أداء اللوح.
لماذا قد يبدو الصيف أفضل رغم ذلك
إذا كان اللوح يولد قدرة أكبر في يوم صيفي حار، فلا بد أن الحرارة تساعده.
الذي يساعد هو ضوء الشمس الأقوى بما يكفي لتعويض خسارة الكفاءة بسبب الحرارة؛ ولو كان اللوح أبرد تحت ضوء الشمس نفسه لكان أداؤه أفضل في العادة.
هذا هو التصحيح الذهني الذي يحتاجه معظم الناس: افصل بين تدفق الفوتونات ودرجة حرارة اللوح. أحدهما يحدد مقدار المدخل الشمسي الخام، والآخر يغيّر مدى كفاءة اللوح في تحويله.
ما الذي ينبغي مراقبته إذا أردت أداءً أفضل، لا مجرد ألواح أكثر سخونة
إذا كنت تقيم لوحًا شمسيًا، فلا تجعل «إحساسه بالسخونة» علامة على أنه يعمل بأفضل حال. بل استند إلى مؤشرات أوضح: شمس مباشرة، وتدفق هواء معقول خلف اللوح، وتوقعات واقعية في الأيام شديدة الحر.
وإذا كنت تنظر في أوراق المواصفات، فإن معامل الحرارة يستحق الانتباه. لا تحتاج إلى حفظ الحسابات. يكفي أن تعرف أن الانخفاض الأصغر لكل درجة هو الأفضل، ولا سيما في المناخات الحارة أو فوق الأسطح التي تحتبس الحرارة.
وإذا بدا لك أن نظامك يهبط قليلًا في ظهيرة شديدة القيظ، فليس ذلك بالضرورة علامة تحذير. ففي كثير من الأحيان يكون هذا مجرد خفض حراري للأداء يؤدي بالضبط ما تفعله الألواح الشمسية في العالم الواقعي.