هل تأثر درجات الحرارة على أداء الألواح الشمسية ؟

 تأثر أداء الألواح الشمسية بدرجة الحرارة. 

إن أداء الألواح الشمسية يتأثر إلى حد كبير بدرجة حرارة الخلية الشمسية على مدار السنة. وهذا أمر مهم لا سيما خلال فصل الصيف و خلال فترة ما بعد الظهر (أي عندما تكون في درجات حرارة عالية).

يخضع اللوح الشمسي في المصنع إلى الاختبار. وهناك نوعين من الاختبارات الأساسية التي تصنف بحسب الشروط إلى :
الاختبار الأول Standard Test Conditions ) STC)
وهو اختبار أداء اللوح الشمسي ضمن شروط الاختبار القياسية.
والتي تتمثل ب:
- شدة اشعاع شمسي 1000 واط على المتر المربع
- درجة الحرارة 25 درجة مئوية
- كتلة الهواء 1.5
توضع نتائج هذا الاختبار دوماً على اللوحة الأسمية وهي القيم الأسمية لكل من الجهد(الفولط) والتيار(الأمبير) والاستطاعة
Vmp - الجهد الأعظمي للوح
Voc - جهد الدارة المفتوحة
Imp - التيار الأعظمي للوح
Isc - تيار االدارة المقصورة
Pmax - الاستطاعة العظمى للوح وهي عبارة عن جداء Vmp*Imp

الاختبار الثاني Nominal Operating Cell Temperature) NOCT)
وهو تحديد درجة الحرارة الاسمية المتوقع أن تصل إليها درجة حرارة الخلية الشمسية أثناء العمل ضمن الظروف الجوية التالية.
- درجة حرارة الوسط المحيط 20 درجة مئوية
- الشدة الإشعاعية للشمس على سطح الخلية 800 واط على المتر المربع.
- سرعة الهواء 1 متر بالثانية
- تَوضُع اللوح بحيث يكون مكشوف الخلف.

من هذه الشروط نلاحظ أن درجة حرارة الخلية تتعلق بشكل أساسي بدرجة حرارة الوسط المحيط وبالشدة الإشعاعية للشمس كما تتعلق أيضا بسرعة الهواء وتوضع اللوح
لذلك كنا نصحنا مسبقا بعدم وضع اللوح بشكل مباشر على الأرض دون أن يكون الطرف الخلفي للوح معرض للهواء .

لا تذكر قيمة درجة الحرارة الاسمية هذه على اللوحة الاسمية لكن من المهم جداً معرفتها وطلبها من الشركة المصنعة. وكلما كانت هذه القيمة أصغر كان ذلك أفضل
تحسب درجة حرارة الخلية الشمسية من العلاقة الرياضية التالية:

Tcell = Tair+(NOCT-20)*S/80
حيث S شدة إشعاع الشمس – mW/cm2

مثال :
بفرض لدينا لوح شمسي موصف من قبل الشركة المصنعة بحيث NOCT هي 45 درجة مئوية.
وكانت درجة حرارة الوسط المحيط 35 درجة وشدة إشعاع الشمس 80 ميلي واط على السنتي متر مربع
عندها وبالتعويض في المعادلة السابقة فإن درجة حرارة الخلية تساوي 60 درجة مئوية.

بعدما تعرفنا على كيفية تحديد درجة حرارة الخلية دعونا نتعرف على علاقة المواصفات الكهربائية للوح بدرجة الحرارة وهذا جوهر المقالة.

المواصفات الحرارية Temperature Characteristicوهي معاملات تغير المواصفات الكهربائية( الاستطاعة – التيار – الفولط ) للوح بالنسبة لدرجة الحرارة. تكون على شكل نسبة مئوية و نادرا ما تذكر على اللوحة الاسمية وأيضا من المهم جدا طلبها من المصنع عند شراء الألواح. والمعاملات الثلاثة هي كالتالي:

Voltage temperature coefficient- معامل درجة الحرارة لتغير الفولط وعادة ما يذكر بالنسبة لفولط الدارة المفتوحة Voc ويكون معامل باشارة سالبة أي كل ما ازدادت درجة الحرارة تقل قيمة الفولط كلما كانت قيمة هذا المعامل أصغر بالقيمة المطلقة كان ذلك أفضل.

Current temperature coefficient - معامل درجة الحرارة لتغير تيار(أمبير) اللوح يذكر عادة بالنسبة لتيار القصر Isc ويكون معامل بإشارة موجبة أي كل ما ازدادت 
درجة الحرارة يزداد التيار لكن زيادة ضئيلة جداً.

Power temperature coefficient - معامل درجة الحرارة لتغير الاستطاعة العظمى Vmp ويكون معامل باشارة سالبة أي كلما ازدادت درجة الحرارة تقل الاستطاعة و 
كلما كانت قيمة هذا المعامل أصغر بالقيمة المطلقة كان ذلك أفضل.

مثال بسيط :
لدينا لوح استطاعته 250 واط ومعامل درجة الحرارة بالنسبة للاستطاعة هو
(-0,47%/C)
عندها :
0,0047*250=1,17 Watt
أي سيخسر اللوح مقدار 1.17 واط عند ارتفاع درجة الحرارة بمقدار درجة واحدة عن الدرجة 25
وبالتالي عندما تصل درجة حرارة الخلية إلى الدرجة 50 عندها سيخير اللوح ما يقارب ال 30 واط
و عندما تصل درجة حرارة الخلية إلى الدرجة 60 عندها سيخسر اللوح ما يقارب ال 41 واط

وهكذا أيضا بالنسبة للفولط عندما يكون معامل درجة الحرارة
(-0,35%/C)
وباعتبار ال Voc قيمته 37.3 فولط فإن قيمته ستنخفض بمقدار 0.13 فولط مع كل ارتفاع لدرجة الحرارة بمقدار درجة واحدة عن القيمة 25 وبالتالي عندما تصل درجة حرارة اللوح الى الدرجة 50 فهذا يعني أن قيمة الفولط انخفضت بمقدار 3.2 فولط وهذا الانخفاض كافي لايقاف بعض المجموعات عن العمل إن لم يكن مقطع الكبل وطوله مدروس بشكل جيد

توضح الصورة مواصفات لوح معين عند الشروط STC وأيضا NOCT
كما توضح معامل درجة الحرارة لكل من جهد الدارة المفتوحة والاستطاعة.
من الصورة نلاحظ أن لوح ال 250 واط ينتج في الشروط NOCT استطاعة بمقدار 183 واط فقط.

المراجع:
1.Ross JRG, Smokler MI. Flat-Plate Solar Array Project Final Report.
2.Ross RG. Flat-Plate Photovoltaic Array Design Optimization. 14th IEEE Photovoltaic Specialists Conference.
----------------------------------------

الخلاصة:
نستنتج مما سبق أن المواصفات الكهربائية للألواح الشمسية تتأثر بشكل كبير بدرجة الحرارة و أن أفضل الألواح الشمسية هي التي تبدي كفاءة أعلى في درجات الحرارة العالية وهذا يعتمد على جودة الخلايا الشمسية ذاتها وأيضا على الغلاف الخلفي للألواح وطبيعة البلور المستخدم بالإضافة إلى المواد الأخرى التي تدخل في تركيبة الألواح.
.

ولذلك عند اختيار الألواح الشمسية يتوجب علينا النظر إلى نتائج الاختبار عند الشروط NOCT والتي غالبا ما تكون أقرب للواقع وأيضاً نهتم بالمعامل الحراري لكل من الجهد والتيار والاستطاعة.

ولذلك أيضاً نلاحظ أن هناك فروق جيدة في أسعار الألواح الشمسية. وأيضاً وللأسف فإن أغلب الناس حالياً تشتري ألواح باستطاعات وهمية فعلاً.

نتمنى أن نكون قد وفقنا في توضيح بعض ما يتعلق بعلاقة الألواح مع درجة الحرارة.
وهذه المقالة لا تغني عن المقالة التي سنذكر فيها كيفية تمييز الألواح الجيدة من التجارية التي وعدناكم بها ،،،،، قريبا إن شاء الله

مع أطيب التحيات
م. مناف الوردة

المصدر :

خدمات الطاقة الشمسية والريحية في سوريا-Renewable Energies In Syria‏.