The Solarest موقع عربي مختص في الطاقة الشمسية من اخبار وفيديوهات تعليمية
مقالات مشابهة
مؤخراً شاهدنا انتشار واسع لاستخدام ألواح ال Bifacial (الألواح ذات الوجهين) في مشاريع الطاقة الشمسية، فما اختلاف هذا النوع من الألواح عن الألواح ذات الوجه الواحد (Mono-Facial) التي نستخدمها حالياً ؟ وما هي الاستفادة المرجوة من استخدام هذا النوع من الألواح؟ سوف تتعرف على كل ذلك في هذه المقالة.
1. مقدمة:
تختلف الألواح الكهروضوئية ذات الوجهين (Bifacial) بشكل أساسي عن الألواح ذات الوجه الواحد (Mono-Facial) بأنها تنتج الطاقة الكهربائية من الوجهين الأمامي والخلفي من خلال الاستفادة من الإشعاع الشمسي الساقط بشكل مباشر على الوجه الأمامي بالإضافة إلى الإشعاع الساقط على الوجه الخلفي للألوح في آن واحد.
من المهم معرفة أن مبدأ عمل خلايا ال Bifacial ليس جديداً، حيث أن كل خلية يتم تصنيعها هي خلية ذات وجهين (Bifacial) ما دام لم يتم عمل تغليف (Coating) للوجه الخلفي للخلية. بالإضافة إلى ذلك أول خلية تم تصنيعها عام 1954 كانت بالحقيقة بوجهين (Bifacial).
2. تصميم الألواح ذات الوجهين:
1.2 طبقة الحماية الخلفية Backsheet
يتم تصنيع الألواح ذات الوجهين باستبدال طبقة الحماية الخلفية (Backsheet) بمادة آخرى تسمح بمرور الضوء من خلالها للوجه الخلفي للخلايا. حيث يتم استخدام الزجاج فيصبح اللوح مكون من الزجاج على الوجهين (Double Glass) أو استخدام طبقة حماية خارجية شفافة (Transparent Backsheet).
- وشهدت الألواح ذات الوجهين (Bifacial) من النوع المكوّن من الزجاج على الوجهين (Double Glass) انتشار واسع خلال السنوات الماضية بسبب عدم وجود بديل آخر حتى تم تطوير طبقات الحماية الخارجية (Transparent Backsheet) والبدء في استخدامها تجارياً خلال العام الماضي. وتتميز الألواح المكونة من الزجاج على الوجهين (Double Glass) بإمكانية الاستغناء عن إطار الألمنيوم حول اللوح (Aluminum Frame) لتقليل الكلفة ولكن هذا في المقابل يتطلب حرص وعناية في التعامل مع اللوح أثناء تعبئة وتغليف الألواح، نقلها، تركيبها واختلاف في الهياكل المعدنية المستخدمة في تثبيت الألواح.
- أما الألواح ذات الوجهين (Bifacial) من النوع الذي يتم استخدام طبقة حماية خارجية شفافة فيه (Transparent Backsheet) تتميز بشكل أساسي بعدم وجود اختلافات كبيرة في تصنيعها مقارنة مع الألواح ذات الوجه الواحد (Mono-Facial) وخفة وزنها مقارنة مع الألواح المكونة من الزجاج على الوجهين (Double Glass) بالإضافة إلى أنه لا يوجد اختلافات في التعامل مع هذا النوع من الألواح من حيث التعبئة والتغليف، النقل، الشحن، التركيب أو الهياكل المعدنية المستخدمة لتثبيتها.
تعرّف على جميع الاختلافات بين ألواح ال Double Glass وألواح ال Glass Backsheet من خلال هذا الفيديو:
2.2 علبة التوصيلات Junction Box
معظم الألواح المستخدمة حالياً ذات الوجه الواحد (Mono-Facial PV Modules) وخصوصاً عندما تكون الألواح بخلايا كاملة (Full Cell PV Modules) وليست ألواح تستخدم أنصاف خلايا (Half-cut PV Modules) تكون علبة التوصيلات كبيرة نسبياً وموجودة في الجزء العلوي من الوجه الخلفي للوح. ولكن عند تصنيع الألواح ذات الوجهين (Bifacial) يتم تقسيم علبة التوصيلات (Junction Box) لثلاث أجزاء صغيرة ووضعها ما بين إطار الألمنيوم (Aluminum Frame) والخلايا بحيث لا تمنع الإشعاع الشمسي من الوصول إلى الوجه الخلفي للخلايا. كما في الصورة أدناه:
3. المصطلحات الخاصة بالألواح ذات الوجهين:
1.3. Bifaciaility Factor
هذا العامل يمثل قدرة الوجه الخلفي للوح مقارنة بقدرة الوجه الأمامي عند الظروف المعيارية (Standard Test Conditions)، على سبيل المثال لوح ثنائي الوجه (Bifacial) تم فحص قدرة الوجه الأمامي له وكانت 400 واط، وعندما تم فحص الوجه الخلفي للوح كانت القدرة 300 واط. هذا يعني أن ال Bifaciality Factor لهذا اللوح تساوي 75%
يتم بيع الألواح ثنائية الوجه (Bifacial PV Modules) بناءً على قدرة الوجه الأمامي للوح فقط، وتعتبر انتاجية اللوح من الوجه الخلفي استفادة اضافية وتعتمد على كثير من العوامل سوف نقوم بذكرها في هذا المقال.
2.3. Bifacial Gain
الBifacial Gain تعني نسبة الطاقة الكهربائية الإضافية (kWh) المنتجة من الوجه الخلفي بالنسبة إلى الطاقة الكهربائية المنتجة من الوجه الأمامي (kWh).
4. العوامل المؤثرة على إنتاجية أنظمة ال Bifacial:
كما تم التوضيح في المقال أعلاه، الألواح ذات الوجهين تستفيد من الإشعاع الشمسي المنعكس على الوجه الخلفي في إنتاج الطاقة الكهربائية، ولكن السؤال كم نسبة الزيادة في الإنتاجية في حال تم استخدام ألواح ذات وجهين (Bifacial) في مشروع ما مقارنة مع نفس المشروع في حال تم استخدام ألواح ذات وجه واحد (Mono-Facial) فيه؟
تعتمد الإنتاجية الإضافية (Bifacial Gain) في أنظمة الألواح ذات الوجهين (Bifacial) على كثير من العوامل سوف نذكر في هذه المقال أهم العوامل وأكثرها تأثيراً:
1.4. Bifaciality Factor
كما تعرفنا في الجزء السابق هذا العامل يمثل قدرة الوجه الخلفي للوح مقارنة بقدرة الوجه الأمامي عند الظروف المعيارية (Standard Test Conditions)، بالتالي فإن الطاقة الكهربائية الإضافية (Bifacial Gain) تتناسب تناسباً طردياً مع هذا العامل، كلما ارتفعت قيمة ال Bifaciality Factor للوح سوف ترتفع الطاقة الكهربائية الإضافية المنتجة.
2.4. معامل الانعكاس Albedo
معامل الانعكاس (Albedo) يعني كمية الإشعاع الشمسي المنعكس عن سطح ما مقارنة مع كمية الإشعاع الشمسي الساقط عليه، ويعتبر هذا العامل من أهم العوامل المؤثرة على الطاقة الكهربائية الإضافية المنتجة (Bifacial Gain). تتناسب كمية الطاقة الكهربائية الإضافية المنتجة طردياً مع زيادة قيمة ال Albedo للأسطح التي سوف يتم تركيب الألواح ذات الوجهين (Bifacial PV Modules) عليها.
الرسم البياني أدناه يوضح قيم معامل الانعكاس (Albedo) للأسطح المختلفة.
تعرف أكثر على معامل ال Albedo وكيفية قياسه في الموقع من خلال هذا الفيديو:
3.4. ارتفاع الألواح عن سطح الأرض
كلما ارتفعت الألواح عن سطح الأرض كلما زادت كمية الإشعاع الشمسي الساقط على الوجه الخلفي وبالتالي ازدياد كمية الطاقة الكهربائية الإضافية المنتجة (Bifacial Gain). مع الأخذ بعين الاعتبار أنه بعد حدّ معين للارتفاع تصبح الزيادة في الانتاجية منخفضة جداً مقارنةً مع كلفة الهياكل المعدنية الاضافية.
الرسم البياني يوضح نسبة الطاقة الكهربائية الاضافية (Bifacial Gain) لمشروع ثابت (Fixed Mounting System) بالنسبة إلى قيم Albedo وارتفاعات مختلفة عن سطح الأرض (Module Bifacial Coefficient = 65%) 1 .
4.4. المسافة بين مصفوفات الألواح الكهرضوئية (Module Row Spacing)
كلما زادت المسافة بين مصفوفات الألواح الكهروضوئية كلما زادت كمية الإشعاع الشمسي الساقط على الوجه الخلفي وبالتالي ازدياد كمية الطاقة الكهربائية الإضافية المنتجة (Bifacial Gain)، مع الأخذ بعين الاعتبار أنه بعد حدّ معين للمسافات تصبح الزيادة في الانتاجية معدومة أو غير مجدية مقارنة مع كلفة الأرض المساحات الاضافية.
الرسم البياني يوضح نسبة الطاقة الكهربائية الاضافية (Bifacial Gain) لمشروع ثابت (Fixed Mounting System) بالنسبة إلى قيم Albedo (20% و 50%) ومسافات مختلفة بين مصفوفات الألواح الكهرضوئية (Module Bifacial Coefficient = 65%) 1 .
مصادر:
1) مقال Bifacial PV Technology: Ready for Mass Deployment – PI Berlin.
