تأثير درجة الحرارة على كفاءة الخلايا الشمسية: دراسة وتحليل

في عالم الطاقة المتجددة، تُعد الخلايا الشمسية أحد الحلول الرائدة لتوليد الكهرباء من مصادر نظيفة ومستدامة. إلا أن كفاءة هذه الخلايا ليست ثابتة؛ بل تتأثر بالعديد من العوامل، أبرزها درجة الحرارة. في هذا المقال، نستعرض تأثير درجة الحرارة على كفاءة الخلايا الشمسية ونقدم تحليلًا يستند إلى بيانات عملية وأمثلة حقيقية.

تأثير درجة الحرارة على كفاءة الخلايا الشمسية

الخلايا الشمسية، سواء كانت مصنوعة من السليكون البلوري أو مواد أخرى، تعتمد على التأثير الكهروضوئي لتحويل الضوء إلى كهرباء. مع ارتفاع درجة الحرارة، تتعرض الخلايا الشمسية لتغيرات فيزيائية تؤدي إلى انخفاض كفاءتها. السبب الرئيسي لذلك يعود إلى الزيادة في حركة الإلكترونات داخل المادة شبه الموصلة، مما يؤدي إلى زيادة المقاومة الداخلية وفقدان جزء من الطاقة الناتجة في صورة حرارة.

معامل الانحراف الحراري

يُعتبر معامل الانحراف الحراري مقياسًا لتحديد مدى تأثر كفاءة الخلايا الشمسية بدرجة الحرارة. يُعبَّر عنه بنسبة مئوية لكل درجة مئوية. على سبيل المثال، إذا كان معامل الانحراف الحراري لخلايا شمسية معينة هو -0.45٪/درجة مئوية، فإن كفاءة هذه الخلايا ستنخفض بمقدار 0.45٪ لكل درجة مئوية زيادة في درجة الحرارة عن درجة حرارة الاختبار القياسية (25 درجة مئوية).

حسابات عملية: مثال على لوح شمسي بقدرة 550 وات

لنفترض أن لدينا لوح شمسي بقدرة 550 وات وكفاءة 21٪، ومعامل الانحراف الحراري له هو -0.45٪/درجة مئوية. إذا ارتفعت درجة حرارة البيئة من 25 درجة مئوية إلى 35 درجة مئوية، فإن انخفاض الكفاءة سيكون: انخفاض الكفاءة = معامل الانحراف الحراري × الفرق في درجة الحرارة انخفاض الكفاءة = -0.45٪ × 10 = -4.5٪

وبالتالي، يمكن توقع انخفاض كفاءة اللوح الشمسي بنسبة 4.5٪. إذا كانت درجة حرارة الجو تصل إلى 42 درجة مئوية، فإن درجة حرارة الخلية قد ترتفع إلى ما بين 52 و72 درجة مئوية. لنفترض أن درجة حرارة الخلية الفعلية تصل إلى 60 درجة مئوية: الفرق في درجة الحرارة = 60 - 25 = 35 انخفاض الكفاءة = -0.45٪ × 35 = -15.75٪

القدرة الفعلية للوح الشمسي عند درجة حرارة الخلية 60 درجة مئوية ستكون: القدرة الفعلية = القدرة القصوى × (1 - انخفاض الكفاءة) القدرة الفعلية = 550 × (1 - 0.1575) = 550 × 0.8425 = 463.375 واط

خاتمة

يؤثر ارتفاع درجة الحرارة بشكل ملحوظ على كفاءة الخلايا الشمسية، مما يستدعي الاهتمام بتصميم أنظمة تبريد فعّالة وتطوير مواد أقل تأثرًا بالحرارة. فهم تأثيرات الحرارة يساعد في تحسين أداء الأنظمة الشمسية وزيادة فعاليتها في توليد الطاقة، مما يسهم في تعزيز الاعتماد على مصادر الطاقة المتجددة وتحقيق أهداف الاستدامة البيئية.