ماهي الطريقة الأنسب لتبريد الألواح الشمسية لرفع كفاءتها وتحسين أداء وإنتاجية النظام في مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟

Image Source:Mathrubhumi

أكد فريق بحثي من الولايات المتحدة الأمريكية أن زيادة التباعد بين الألواح الشمسية  يحسّن كفاءة المنظومات الشمسية الكهروضوئية ويزيد من اقتصاديته, حيث يسمح هذا التباعد بجريان الهواء بين الألواح بشكل أكبر مما يساعد على تبريدها, وبهذا يمكن تحسين التكلفة المعيارية للطاقة Levelized Cost of Energy (LCOE) للمشروع الذي تطبق عليه هذه الطريقة بنسبة تصل إلى 2.15%.

وكان الفريق البحثي بقيادة المختبر الوطني للطاقات المتجددة في الولايات المتحدة الأمريكية US Department of Energy’s National Renewable Energy Laboratory (NREL), قد اقترح طريقة جديدة لتبريد الألواح في المنظومات الشمسية الكهروضوئية ذات الاستطاعات العالية.

وقد أخذ الباحثون بعين الاعتبار أثناء عمليات النمذجة عدّة عوامل منها تباعد أسطر المصفوفات الشمسية وارتفاع الألواح, وزاوية الميل, إضافةً لعملية تقييس تسمح بتوصيف حركة الهواء وتدفقه حول الألواح.

وقد استخدموا المحاكاة والنمذجة الحسابية والتجارب العملية نفق الهواء للتوصل إلى رسم منحنيات نقل الحرارة, حيث سمحت التجارب العملية بجعل نقل الحرارة بالحمل الحراري قيمة قابلة للوصف والقياس بالنسبة لقيمة مقياس المسافة الفاصلة بين مصفوفات الألواح (وسميت بطول الثغرة) والتي تصف وتحدد المسافة الفاصلة بين جميع مصفوفات الألواح باستخدام بواحدة طول وحيدة.

وقاموا بتطبيق الدراسة الاقتصادية والتقنية على محطة شمسية كهروضوئية باستطاعة 1 ميجاوات موجودة في فينيكس, أريزونا, وقد تمّ تركيب مصفوفات الألواح فيها بمسافات تباعد مختلفة بما يعرف بنسبة التغطية الأرضية Ground Coverage Ratio (GCR), تتراوح بين مترين إلى إحدى عشر متر, للسماح للغطاء النباتي بالنمو, وموجّهة باتجاه الجنوب بزاوية ميل 30 درجة, وقد افترض الباحثون بأنّ قيمة تكلفة إيجار الأرض التي أنشأت عليها المحطة بـ 0.054 دولار للمتر المربع سنوياً, مع نسبة تغطية أرضية تتراوح بين 0.73 و 0.08.

وبيّنت نتائج النمذجة والمحاكاة انخفاض قيمة تكلفة الطاقة للمحطة المدروسة إلى 0.29 دولار للكيلو واط الساعي عند تطبيق تباعد بين صفوف الألواح تتراوح بين 4.83 و 7.34 متر, بينما كانت قيمتها تساوي 0.33 دولار للكيلو واط الساعي عند تطبيق تباعد بمقدار مترين, وقد بلغت 0.36 دولار للكيلو واط الساعي عند تطبيق تباعد بمقدار 11 متر.

إضافةً لذلك, فعند زيادة مسافات التباعد بين مصفوفات الألواح, يصبح بالإمكان توفير المزيد من المساحات من الأرض المكشوفة و المناسبة لزراعة محاصيل متنوعة, واستخدام معدات زراعية مختلفة لتلبية متطلبات الزراعة, مما يجعل المنظومات الشمسية الكهروضوئية المثبتة على الأرض أكثر فعالية من حيث التكاليف و متوافقة مع الزراعة إلى حد كبير.

وقد نشر الباحثون نتائجهم هذه لدى مجلة  IEEE Journal of Photovoltaics تحت عنوان:

Technoeconomic Analysis of Changing PV Array Convective Cooling Through Changing Array Spacing