كيف يمكنك كمهندس استغلال تيارات الرياح لتبريد الألواح الشمسية في المدن الحارة والمناطق الصحراوية العربية؟
2020 KAUST; Youssef A. Khalil©
أجرى باحثون في المغرب تجارب تؤكد إن للرياح تأثير إيجابي على تقليل درجة حرارة الألواح الشمسية الكهروضوئية ، وتحسين الإنتاج الكهربائي وكذلك كفاءة التحويل حتى في المواقع التي تتمتع بمناخ صحراوي شديد الحرارة.
تعتبر أحد أهم المميزات عند اختيارنا للمواقع مشاريع الطاقة الشمسية هو توفر موارد عالية للإشعاع الشمسي وفي حقيقة الأمر أن من أحد أكثر المواقع التي تتمتع بإشعاع شمسي عالي هي المواقع الصحراوية، ولكن تعرض الألواح الشمسية لظروف المناخية القاسية يمكن أن يقلل بشكل كبير من كفاءتها. حيث تتمثل إحدى أهم المشكلات التي تقلل الكفاءة هي ارتفاع درجة حرارة الخلايا الشمسية في هذه البيئة، و لذلك يكمن التحدي الأكبر في إيجاد تقنية تبريد منخفضة التكلفة وفعالة.
و لذلك يسعى كثير من الباحثين و المطورين بتقديم حلول عالية الفعالية ومنخفضة التكاليف. فعلى سبيل المثال قام باحثون من جامعة محمد فيرست ومركز الطاقة الخضراء في المغرب بدراسة تطبيقية لتحديد تأثير الرياح كعامل تبريد طبيعي للألواح الشمسية التي تعمل في ظل مناخ حار جاف. حيث قاموا بمراقبة أداء لوح شمسي كهروضوئية بقدرة 300 وات لمدة ستة أشهر (خلال الفترة الحارة من العام) في منطقة بن جرير ، وسط جنوب المغرب ، و قاموا بقياس المعاملات الكهربائية للوح الشمسي و بيانات الأرصاد الجوية باستخدام مستشعرات و أجهزة قياس عالية الدقة و الجودة.
صورة توضيحية لموقع التجربة التي تمت و اللوح الذي تم اختباره خلال الستة أشهر
Image Source: Case Studies in Thermal Engineering,2023
و أظهرت نتائجهم بالمجمل أنه حتى في المناخ الصحراوي الحار، فإن الرياح يمكن أن تلعب دوراً كبيراً في خفض درجة حرارة الألواح الشمسية الكهروضوئية، وتحسين الإنتاج الكهربائي وكذلك كفاءة التحويل.
وبحسب نتائج الدراسة فإنه عندما تتراوح سرعة الرياح من 1 م / ث إلى 5.8 م / ث فإن الانخفاض في درجة حرارة اللوح الشمسي (أي أداء التبريد) يمكن أن تتراوح من 1.12 درجة مئوية إلى 14.48 درجة مئوية. وهذا يؤدي إلى زيادة في إنتاج الطاقة الكهربائية بنسبة تتراوح من 0.12٪ إلى 7.18٪ ، و تحسين لكفاءة اللوح الشمسي من 0.04٪ إلى 6.45٪ في البيئة الصحراوية التي تمت التجربة فيها.
و على وجه التحديد ، تؤدي زيادة سرعة الرياح بمقدار 5.8 م / ث إلى انخفاض درجة حرارة اللوح الشمسي بمقدار 12 درجة مئوية ، مما يؤدي إلى زيادة إنتاج الطاقة بنسبة 7.2٪ وكفاءة التحويل بنسبة 6.5٪ .
بالإضافة إلى ذلك ، قيمت الدراسة تأثير اتجاه الرياح وأظهرت أن هبوب الرياح (الرياح الجنوبية) التي تواجه السطح الأمامي للوح الشمسي تُظهر تأثير تبريد أكثر كفاءة من الرياح الشمالية (الرياح الشمالية) ، حيث أدت إلى انخفاض درجة الحرارة بمقدار 13 درجة مئوية.
وتعتبر مثل هذه النتائج مهمة جداً للمهندسين لأنها قد تساعدهم في اختيار أفضل موقع لتركيب الألواح الشمسية و تنبه عليهم أنه من المهم أخذ سرعة الرياح واتجاهها كمعيار من المعايير خلال عملية التصميم والتركيب، خاصة عند تصميم منظومات الطاقة الشمسية في المدن العربية الصحراوية والمدن المعروفة بارتفاع درجات الحرارة خلال فترة الصيف. كي يستطيعوا الاستفادة من الرياح كمورد طبيعي لتعزيز ربحية المشاريع وتحقيق انتاجية أكبر للمنظومات و المحافظة على مكونات اللوح الشمسي لعمر أطول.
نشر الباحثون نتائج التجارب في ورقة علمية يمكنكم الاطلاع عليها
