الظل Shade وتأثيره على الطاقة الشمسية الكهروضوئية
الظل أو التظليل بشكل عام يعتبر عامل مؤثر جداً على إنتاجية الطاقة الشمسية و هناك عدة أجسام تسبب الظل مثل الأجسام المجاورة للألواح الشمسية كالمباني و الأشجار المجاورة و ورق الأشجار و مخلفات الطيور و الأتربة و المدخنة chimney وأقطاب مانعات الصواعق وغيرها من الأجسام الاخرى , بشكل عام كل جسم حول الألواح الشمسية يسبب ظل ما لم يؤخذ في الحسبان[2]. الملاحظ بعض أنواع الظل الناتج من أجسام كالاتربة و مخلفات الطيور و وورق الأشجار يمكن معالجتها بالنظافة المنتظمة للالواح و البعض الاخر يجب أخذه في الاعتبار عند التصميم و الحسابات.
تأثير التظليل على منظومة الطاقة الشمسية
لنفترض لدينا 6 خلايا شمسية موصلة على التوالي كما بالشكل (1) , و احدي الخلايا مظللة جزئياً بورقة شجرة و كما هو معلوم فإن التيار في التوصيل على التوالي له مسار واحد كما مبين بالشكل و التيار المار في المسار هو أقل تيار تنتجه خلية واحدة بمعنى آخر اقل تيار تنتجه اي خلية من الخلايا الست هو التيار الكلي و في حالة التظليل الجزئي لاحدى الخلايا فان اقل تيا هو الذي يسري في الدائرة ما يعني انخفاض كبير جداً في قيمة الطاقة المنتجة بفعل التظليل الجزئي[1].
شكل (1): ست خلايا موصلة على التوالي و حمل موصل R
الشكل (2) يوضح منحنى التيار-الجهد I-V Curve للخلايا الخمس الأخريات غير الظللة و الخلية المظللة , اذا وصلنا حمل ثابت R (كما بالشكل 1) فان فرق الجهد يقل بشكل كبير بسبب انخفاض التيار المنتج نتيجة أثر الظل الجزئي على احدى الخلايا الست و هذا يجعل الخلايا الخمس غير المظللة أن تعوض الهبوط الناتج بسبب ذلك فتعمل كمصدر تحييز الخلية المظللة جزئياً reverse biasing. الخط المتقطع يمثل الانحياز العكسي للخلية الوحيدة المعرضة لتأثير الظل, بينما منحنى الخلايا الخمس غير المظللة يبدأ عند المحور الرأسي عند النقطة 0 V, الخلية المظللة لا تنتج طاقة فهي اصبحت كحمل , و نتيجة لسريان التيار فيها بصورة عكسية من الخلايا غير المظللة الخمس فإنها تبدأ تسخن رويداً رويداً حتى تصل مراحل حرجة تتشق فيها مواد الخلية و تتآكل مع نقصان الطاقة المنتجة ككل عبر اللوح الشمسي[1] وأيضاً يسبب البقع الساخنة.
شكل (3): استخدام bypass diodes لتقليل اثر الظل الجزئي
كيفية تجنُب الظل
احدى الطرق المستخدمة لتقليل آثار الظل الجزئي أو الظل بشكل عام, كما ذكرنا يتم تركيب دايود bypass diode للخلايا في اللوح الواحد و أحياناً يتم استخدام دايود لمجموعة من الالواح array لمنع سريان التيارمن المجموعات غير المظللة إلى المجموعة المتأثر بالظل يسمى blocking diode, و أيضاً يجب تجنب ظل الصف الأمامي على بقية الصفوف ويتم ذلك بالحسابات (سنتعرف عليها لاحقاً إن شاء الله ) و كذا كل الاجسام المجاورة للالواح الشمسية و اذا كان لابد من وقوع الظل يجب ان يكون أقل ما يمكن و حماية الجزء المظلل من تأثير الظل عبر Blocking diode أو استخدام micro-inverter للالواح او اي طريقة أخرى لحمايتها فكما رأينا في السابق تأثير الظل الجزئي[2].
___________________________________________________________________________________
المصادر
[1] Solar Energy Fundamentals, Technology, and Systems, Klaus Jäger et al, Delft University of Technology, 2014
[2] Investigating the Impact of Shading Effect on the Characteristics of a Large-Scale Grid-Connected PV Power Plant in Northwest China (paper), Yunlin Sun, et al, Hindawi Publishing Corporation International Journal of Photoenergy Volume , 2014
حقوق الطبع و النشر@ المعرفة العلمية 2020
إرسال تعليق
اجعل مشاركتك بناءة و احترم وجهات نظر المشاركين الآخرين
مرحبا دائماً بمشاركاتكم لاثراء جو معرفي من أجل تبادل الخبرات