ألواح الطاقة الشمسية.. ماذا نفعل كي تتحمل الحرارة وتَغيّر المناخ؟
تاريخ النشر: 1st, March 2024 GMT
تسعى كل دول العالم في خططها الوطنية إلى استبدال جزء كبير من الكهرباء المتولدة بالوقود التقليدي، ليحل محلها أخرى يكون مصدرها الطاقة المتجددة، وفي مقدمتها الطاقة الشمسية، وهو ما يقتضي تركيب المزيد من الألواح الشمسية.
ومع تسريع وتيرة تركيب الألواح على أسطح المنازل وفي المزارع، فإن العالم يزداد حرارة ويصبح الطقس المتطرف أكثر فأكثر، وهو ما يعرض تلك الألواح لخطر التحلل، وفق دراسة أسترالية نشرتها دورية "بروغريس إن فوتوفولتيكس.
وعلى الرغم من أن الألواح الشمسية مصممة لتتحمل الحرارة والثلج والمطر والرياح، فإن الدراسة الجديدة لفتت إلى أن قدرتها لها حدود، وهو ما يعني أن تغير المناخ يضع عليها مزيدا من الضغوط ويدفعها نحو التحلل بشكل أسرع.
وتوصل الباحثون من جامعة "نيو ساوث ويلز" الأسترالية إلى هذه النتيجة بعد أن قارنوا كفاءة الألواح الشمسية في المناطق الأسترالية المختلفة، ووجدوا أن الألواح الشمسية في شمال أستراليا الحار والرطب تتحلل بشكل أسرع، في حين تكون أفضل حالا في المناطق الداخلية القاحلة والمناخات الأكثر اعتدالا في الجنوب.
ما الذي يجعل الألواح الشمسية تتحلل؟تكنولوجيا الطاقة الشمسية المهيمنة هي "السيليكون" في الوقت الحاضر، وتتحلل وحدات السيليكون بسبب الإجهاد الناتج عن البيئة وتغيرات الجهد والضغوط الميكانيكية، حيث إن رقائق السيليكون صلبة وهشة تماما، ومن الناحية البيئية تعد الرطوبة والأشعة فوق البنفسجية ودرجة الحرارة من الأسباب الرئيسية للضرر.
ويمكن للظروف الأكثر حرارة ورطوبة والتي تتفاقم في ظل تغير المناخ أن تسرّع تدهور الألواح الشمسية بأربع طرق رصدتها الدراسة، وهي:
التصفيح: الحرارة والرطوبة يمكن أن تتسبب بفقدان الروابط التي تربط الطبقات المختلفة للخلية الشمسية بعضها ببعض. غلاف متغير اللون: قد يؤدي ضوء الشمس الشديد والرطوبة الزائدة إلى إتلاف أو تغيير لون التغليف، وهو البوليمر المستخدم لربط الطبقات داخل الخلية الشمسية معا. التآكل الشريطي: إذا كان الطقس أكثر رطوبة في كثير من الأحيان، فإنه يزيد من فرص تراكم الرطوبة والبدء بتآكل وصْلات الشريط الداخلي للخلية. فشل الدائرة الداخلية: تتعرض الخلايا الشمسية لتقلبات منتظمة في درجات الحرارة يوميا وموسميا، ويمكن أن تؤدي هذه التغيرات في درجات الحرارة مع مرور الوقت إلى فشل الدوائر، ويضيف العالم الأكثر سخونة ضغطا إضافيا على الدوائر الداخلية، مما يؤدي إلى زيادة فرصة الفشل. تغير المناخ.. تأثيرات متباينةوفي ظل سيناريوهات الانبعاثات العالية والمنخفضة التي وضعتها اللجنة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، تتوقع نتائج الدراسة بالتطبيق على أستراليا، أن معدلات التدهور ستزداد في جميع الأنحاء حتى عام 2059.
وأوضحت الدراسة أنه في ظل سيناريو الانبعاثات العالية، ستتحلل الطاقة الشمسية بسرعة مضاعفة عما كانت عليه في ظل سيناريو الانبعاثات المنخفضة بسبب الحرارة الزائدة.
ونتيجة لذلك ستكون مزارع الطاقة الشمسية قادرة على إنتاج طاقة أقل، وقد تضطر إلى استبدال الألواح بسبب فشلها في كثير من الأحيان. وفي المتوسط يعني هذا خسارة حوالي 8.5% من الإنتاج بسبب التدهور الإضافي فقط بحلول عام 2059. وفي ظل سيناريو الانبعاثات المرتفعة، فإن هذا يعني أن الطاقة قد تزيد كلفتها بنسبة 10-12%.
لكن التأثيرات لن تكون متساوية، حيث تُظهر النتائج أن الطاقة الشمسية في المناطق الحارة والرطبة -كما هو الحال في شمال أستراليا- سوف تتحلل بمعدلات عالية بشكل خاص في المستقبل، مقارنة بالمناطقة القاحلة حيث تكون الظروف حارة ولكنها جافة.
ماذا علينا أن نفعل؟ولأن الحرارة هي السبب الرئيسي لتحلل الألواح الشمسية، ومع مزيد من الارتفاع في درجات حرارة العالم، فإنه يجب أن نضع في الحسبان خطر التحلل عند شراء الألواح الشمسية.
تقول زميلة أبحاث ما بعد الدكتوراه بكلية هندسة الخلايا الكهروضوئية والطاقة المتجددة بجامعة نيو ساوث ويلز الأسترالية، والباحثة الرئيسية بالدراسة، شوكلا بودار، في مقال نشرته عن الدراسة بموقع "ذا كونفرسيشن": "في الوقت الحاضر، فإن عددا قليلا جدا من مطوري الطاقة الشمسية يأخذون تغير المناخ في الاعتبار عند شراء ألواحهم، وينبغي أن يكونوا -خاصة من يعمل في المناطق الرطبة- أكثر حذرا عند اختيار موقع جديد لمزرعة الطاقة الشمسية، للتأكد من أن وحداتهم لديها فرص أقل للفشل بسبب التدهور".
وتضيف أنه "لإصلاح المشكلة عند التصنيع، سنحتاج إلى دمج طرق جديدة لألواح التبريد وتحسين المواد المستخدمة، ونحتاج أيضا إلى تحسين عمليات التصنيع والمواد حتى نتمكن من منع تراكم الرطوبة داخل الألواح".
وتعترف بودار بأن هذه التدخلات الصناعية ممكنة، لكن "الخطوة الأولى هي أن نفهم أن هناك مشكلة، وهذا هو الهدف من الدراسة".
وإلى أن تحدث تدخلات صناعية سواء بتطوير ألواح السيلكون الشمسية أو بالبحث عن مواد أخرى غير السليكون، فإن هناك تدخلا عاجلا يوصي به أستاذ الطاقات المتجددة بجامعة الزقازيق المصرية جمال علم الدين، وهو"الصيانة التنبؤية".
والمقصود بالصيانة التنبؤية هو إجراء عمليات فحص منتظمة، وإجراء تحليل منتظم للأداء لتحديد المشكلات المحتملة مبكرا، ومنع التدهور المتسارع في الألواح الشمسية، وهذا يسمح بإجراء الإصلاحات أو الاستبدالات في الوقت المناسب لزيادة عمر الألواح الشمسية إلى أقصى حد.
ويضيف علم الدين في حديث هاتفي مع "الجزيرة نت": "كما يمكن تصميم الألواح بمكونات يمكن استبدالها أو إصلاحها بسهولة، بما يسهل الصيانة ويطيل عمر النظام ككل، وهذا يسمح بالاستبدال المستهدف للمكونات المتدهورة دون الحاجة إلى استبدال اللوحة الشمسية بأكملها".
وكان فريق بحثي من الجامعة الأميركية بالقاهرة يقوده رئيس مركز إلكترونيات وأجهزة النانو بالجامعة الدكتور يحيى إسماعيل، تمكن قبل نحو عامين من تسهيل هذه "الصيانة التنبؤية" عبر إنتاج وحدة لرصد ومتابعة عمل الألواح الشمسية، والتنبؤ بتلك التي أوشكت على التلف.
وشرح إسماعيل في تصريحات صحفية فكرة عملها، موضحا أن "هذه الوحدة توجد خلف كل مجموعة من الألواح الشمسية، ليقوم مستشعر موجود بها بعمل قياسات مستمرة لجميع الألواح، وذلك من خلال برنامج بسيط ينبه مشغل المحطة إلى احتمالية خروج أحد الألواح من الخدمة قريبا".
وأجريت تجارب على هذه الوحدة في المحطة الشمسية البحثية التي دُشنت في ديسمبر/كانون الأول 2021 بمقر الجامعة الأميركية بمنطقة التجمع الخامس بالقاهرة، وأظهرت نتائج جيدة في إثبات مفهوم الصيانة التنبؤية.
المصدر: الجزيرة
كلمات دلالية: الألواح الشمسیة الطاقة الشمسیة تغیر المناخ فی المناطق
إقرأ أيضاً:
مدينة الأبحاث تنظم ورشة عمل بعنوان «تحديات تحلية المياه المستدامة وتغير المناخ»
أكد الدكتور أيمن عاشور وزير التعليم العالي والبحث العلمي، أهمية المشاركة المجتمعية للمراكز البحثية في إيجاد حلول للتحديات العالمية التي تواجه البيئة والمجتمع، خاصة في مجالات المياه والطاقة والتصدي لتبعات التغيرات المناخية وتأثيراتها المحتملة، وذلك بما يتماشى مع تحقيق مبدأ "التكامل"، الذي يُعد أحد مبادئ الإستراتيجية الوطنية للتعليم العالي والبحث العلمي، بهدف تعظيم دور الجهات الأكاديمية والبحثية لتعزيز جهود التنمية المستدامة للدولة بالشراكة مع الجهات ذات الصلة.
وفي هذا الإطار، نظمت مدينة الأبحاث العلمية والتطبيقات التكنولوجية ورشة عمل بعنوان: "تحلية المياه المستدامة وتغير المناخ: التحديات والفرص"، وذلك ضمن فعاليات المشروع البحثي: "نموذج أولي للتبخر الشمسي يعتمد على أغشية جانوس المغناطيسية لعملية تحلية مياه مستدامة"، الممول من هيئة تمويل العلوم والتكنولوجيا والابتكار (STDF).
وأكدت الدكتورة منى محمود عبد اللطيف مديرة المدينة أهمية ورشة العمل، مشيرةً إلى تأثير التغير المناخي في تقليل توافر المياه وجعلها أكثر ندرةً في العديد من المناطق، موضحة أن المدينة تسعى إلى تطبيق مخرجات الأبحاث العلمية، خاصة في مجال تحلية المياه، ضمن دورها في المساهمة في تحقيق أهداف التنمية المستدامة بما يتماشى مع أهداف الإستراتيجية القومية للعلوم والتكنولوجيا والابتكار 2030.
وناقشت الورشة دراسة مقترح لتحلية المياه المستدامة باستخدام الطاقة الشمسية لإنتاج مياه عذبة صالحة للشرب وللتطبيقات الصناعية، بالإضافة إلى معالجة مياه الصرف الزراعي، حيث يوفر هذا النهج حلًا فعالًا من حيث التكلفة لإنتاج المياه العذبة.
وأشارت الدكتورة نورهان نادي، الباحثة الرئيسية للمشروع ومنسقة الورشة، إلى أهمية المشروع في مواجهة تحديات تغير المناخ والشح المائي، موضحة أن التوسع في عمليات تحلية المياه يؤدي إلى زيادة إنتاج المحاليل الملحية (Brine Disposal) التي تشكل تحديات بيئية كبيرة، مؤكدة أن التبخر الشمسي باستخدام الطاقة الشمسية يُعد بديلًا واعدًا لتحلية المياه، لاعتماده على مصادر متجددة وصديقة للبيئة، كما يساهم في تقليل الأثر البيئي الناتج عن التخلص من المحاليل الملحية.
وأضافت أن التبخر السطحي المدفوع بالطاقة الشمسية، الذي يركز على تحويل الطاقة الشمسية الحرارية إلى سطح الهواء/الماء، أصبح في السنوات الأخيرة بديلًا أكثر كفاءة من التبخر التقليدي، حيث يساهم في تقليل الخسائر الحرارية وتحسين كفاءة تحويل الطاقة باستخدام أغشية تركز أشعة الشمس لتسخين المياه وزيادة كفاءة التبخير، ويهدف المشروع البحثي للمدينة إلى تحقيق تحلية مستدامة، والتكيف مع نقص المياه، والتخفيف من الآثار البيئية الضارة الناتجة عن التخلص من المحاليل الملحية، كما يسعى إلى تصميم نموذج أولي للتبخر الشمسي يعتمد على أغشية جانوس المغناطيسية، يتماشى مع تغيرات المناخ في مصر مثل سرعة الرياح وارتفاع الأمواج.
حضر الورشة العميد البحري الدكتور المهندس محمد عبد الوهاب المتولي، ممثلًا عن القوات البحرية المصرية، والدكتور شريف قنديل، الأستاذ المتفرغ بقسم علوم المواد بمعهد الدراسات العليا والبحوث بجامعة الإسكندرية، والدكتور أحمد حامد، الأستاذ المتفرغ بقسم هندسة القوى الميكانيكية بجامعة المنصورة، والدكتور محمد رجب المرغني، المدرس بقسم هندسة القوى الميكانيكية بجامعة المنصورة، والدكتورة نورهان نادي، الباحثة الرئيسية للمشروع ومنسقة الورشة، بالإضافة إلى عمداء المعاهد البحثية بالمدينة، وأعضاء هيئة التدريس والباحثين من الجامعات والمراكز البحثية المختلفة.
سياسة الأمل هي أملنا الأفضل