ما هي الألواح الكهروضوئية ثنائية الوجه؟
هي نوع من الألواح الكهروضوئية المصممة لالتقاط الاشعاع الشمسي من جانبي اللوح العلوي والسفلي ذلك بسبب وجود خلايا شمسية على الوجهين, خلافاً للألواح الشمسية أحادية الوجه التي تلتقط الإشعاع الشمسي من الجانب العلوي للّوح فقط.
اللوح الكهروضوئي ثنائي الوجه يلتقط الإشعاع الشمسي الساقط مباشرة على الوجه العلوي للّوح ويلتقط أيضاً الإشعاع الشمسي المنعكس من الأرض أو الأسطح القريبة من اللوح, وكذلك الشعاع الشمسي المتناثر من البيئة المحيطة. هذه الميزة تزيد من كفاءة اللّوح الشمسي ثنائي الوجه وبالتالي التقاط إشعاع شمسي أكبر وعليه الحصول على طاقة أعلى من اللّوح, خصوصاً في الأماكن التي تحتوي على أسطح ذات معاملات انعكاس عالية كالثلج والماء والأسطح فاتحة اللون.
Figure 1: Bifacial solar panel functionality (source:hydesource)
انتشار الألواح الكهروضوئية ثنائية الوجه:
شكلت الحصة السوقية للألواح ثنائية الوجه نحو 15% من نسبة الألواح الكهروضوئية المستخدمة حول العالم في عام 2019, وقد تضاعفت هذه النسبة لتشكل 30% في عام 2022 وبذلك دليل على زيادة انتشار الألواح الشمسية ثنائية الوحه بشكل ملحوظ. ومن المتوقع أن تصل الحصة السوقية لهذه الألواح إلى 70% في عام 2030.
Figure 2: Bifacial PV market share (source: MDPI)
ما هي التطبيقات التي تستخدم فيها الألواح الكهروضوئية ثنائية الوجه؟
يوجد ثلاث تطبيقات رئيسية للألواح الكهروضوئية ثنائية الوجه, التطبيق الأكثر انتشاراً هو الألواح الكهروضوئية المثبتة على الأرض (Ground-Mounted PV). هذا النوع مستخدم في المزارع الشمسية التجارية واسعة النطاق. تستخدم أيضاً في تطبيقات الألواح العائمة على سطح الماء (Floating PV) وكذلك الأمر بالنسبة للأبنية ذات الألواح الكهروضوئية المدمجة فيها (Building integrated PV).
1- الألواح الكهروضوئية المثبتة على الأرض: استخدام الألواح ثنائية الوجه في هذا التطبيق يمكن زيادة الطاقة المستخلصة من الألواح بنسبة 25% – 30% عندما تكون الظروف المحيطة مثالية وهذا شيء إيجابي. ولكن يجب الأخذ بعين الاعتبار أن تحقيق الظروف المثالية للألواح ثنائية الوجه أعقد مما هي عليه بالنسبة للألواح أحادية الوجه.
شدًة الإشعاع الشمسي الوارد على اللوح ودرجة حرارة الخلية الشمسية هما المعاملان الرئيسيان الذين يؤثران على أداء اللوح والطاقة الناتجة منه. عند استخدام اللوح ثنائي الوجه لتحقيق إنتاجية طاقية أعلى يجب تجنب أثر الظل ليس فقط على الوجه الأمامي للّوح وإنما يجب تجنب هذا الأثر أيضاً على الوجه الخلفي خلافاً للألواح أحادية الوجه.
شدة وضاءَة الأسطح المحيطة باللّوح (Albedo) تلعب دوراً هامّاً في تحقيق الزيادة الطاقية للّوح, بحيث كلما كانت وضاءَة السطح أعلى كلما زاد انعكاس أشعة الشمس الواردة على الوجه الخلفي للّوح وبالتالي انتاج طاقة أكبر, وعليه إذا كانت وضاءَة السطح المحيط ضئيلة فذلك لا يساعد في الحصول على طاقة أعلى من اللّوح ثنائي الوجه.
نظراً لأهمية الأمن الغذائي والأمن الطاقي على حدّ سواء, من الضروري تطوير العلاقات بين القطاعين. في هذا السياق أظهر استخدام الألواح ثنائية الوجه المثبتة على الأرض بشكل شاقولي في الأراضي الزراعية نتائج جيدة على المستويين الطاقي والزراعي وذلك لأن الألواح الكهروضوئية ثنائية الوجه المثبتة فوق الغطاء النباتي قادرة على تقديم درجات حرارة سطح أقل وكمية طاقة أكبر مقارنة بالألواح أحادية الوجه المثبتة على الأرض.
2- الألواح الكهروضوئية المستخدمة في الأبنية: هناك طريقتين رئيسيتين لاستخدام الألواح الشمسية في الأبنية, الأولى عن طريق تثبيت الألواح الشمسية على الأبنية إما على السطح أو على واجهات الأبنية, والثانية عن طريق إدماج الخلايا الكهروضوئية في البنية الهيكلية للبناء مثال على ذلك الخلايا المدمجة في واجهات الأبنية. وهذه الأخيرة تَستَخدم غالباً خلايا كهروضوئية أحادية الوجه.
أظهرت الدراسات أن من التطبيقات المفيدة للألواح ثنائية الوجه المثبّتة على الأبنية هي استخدامها على الأسطح الخضراء للأبنية بتثبيتها بشكل شاقولي (كما هو موضح بالصورة أدناه), وغالباً ما تكون موجهة شرقاً وغرباً, بحيث توفر الألواح الشمسية المثبتة شاقولياً مساحة كافية لنمو النباتات وحصولها على ضوء الشمس ومياه الأمطار اللازمة لنموها وفي الوقت نفسه توليد طاقة كهربائية من الألواح الكهروضوئية. الجدير بالذكر أن الأسطح الخضراء للأبنية تساهم في تنقية الهواء وتخفيف الأثر الحراري للأماكن السكنية.
(Figure 3: Green roof with Bifacial PV (Source: livingarchitecturemonitor.com
لا ينصح باستخدام الألواح الكهروضوئية ثنائية الوجه المثبتة بشكل مائل على الأسطح الاعتيادية للأبنية وذلك لعدة أسباب. السبب الأول يتعلق باختلاف شدّة الوضاءة آنفة الذكر للأسطح المحيطة بالألواح, إضافة إلى حجب الموجودات على الأسطح مثل خزانات المياه أو المداخن لأشعة الشمس المنعكسة, وبالتالي الحصول على أشعة شمسية منعكسة خفيفة وقد تكون شبه معدومة في بعض الحالات, وذلك يتنافى مع الميزة الرئيسية للألواح ثنائية الوجه.
السبب الثاني يتعلق بالحفاظ الدائم على نظافة الأسطح, خصوصاً في حال نمو الاشنيات عليها, وذلك للحصول على شدّة الوضاءة الأعظمية للسطح.
3- الألواح العائمة على سطح الماء: هناك بعض الدراسات قامت بتقييم أداء الألواح الكهروضوئية ثنائية الوجه العائمة على سطح الماء ووجدو أن إنتاجية الألواح ثنائية الوجه أعلى في المناطق التي يكون فيها ارتفاع الشمس أعلى وذلك بسبب انخفاض شدّة وضاءة سطح الماء في هذه المناطق وعكس ذلك في المناطق التي تكون فيها الشمس أكثر انخفاضاً وذلك لعكس السبب المذكور. وبذلك يمكن القول أن شدّة وضاءة سطح الماء تكون أعلى في فصل الشتاء منها في فصل الصيف.
Figure 4: Floating bifacial PV (Source: npv-workshop.com)
