افهم كيف تؤثر فواقد التلوث بالأتربة في أداء الطاقة الشمسية PV وإنتاجية الطاقة
تعتمد كفاءة الألواح الشمسية PV اعتمادًا كبيرًا على الظروف المحيطة، وتتدخل عدة عوامل في تحديد الكفاءة الفعلية للألواح أثناء تشغيلها. ومن هذه العوامل التلوث بالأتربة (soiling).
وببساطة، يعني التلوث بالأتربة تراكم جسيمات الغبار والتربة فوق الألواح الشمسية. لكن عمليًا قد يكون تعريف التلوث أوسع من ذلك بكثير. فعلى سبيل المثال، خلص باحثون كثيرون من أبحاثهم إلى أن فضلات الطيور قد تخفض كفاءة الألواح انخفاضًا ملحوظًا، ولذلك تُؤخذ في الحسبان عند احتساب فواقد التلوث. وفي أحيان كثيرة، يترك الماء أو خليط مادة التنظيف والماء المستخدم في تنظيف الألواح طبقة على الألواح. ويمكن اعتبار هذا أيضًا شكلًا من أشكال التلوث.
ويعتمد خرج الألواح الكهربائي اعتمادًا كبيرًا على مقدار الإشعاع الواصل إليها مباشرة. والتلوث، وهو ببساطة تراكم جسيمات التربة والغبار فوق الألواح، سيحجب كمية أشعة الشمس الواصلة إلى الألواح ويؤثر في أداء PV.
ووفقًا لبعض الباحثين، يسبب التلوث تظليل الألواح أساسًا، أي أنه يحجب أشعة الشمس عن الوصول إلى الألواح. ويمكن تصنيف هذا التظليل في فئتين رئيسيتين: التظليل الناعم والتظليل الصلب. فالتظليل الناجم عن التلوث الجوي أو الضباب الخفيف أو الضباب الكثيف يؤثر في الإشعاع الذي يستقبله اللوح، ويسمى التظليل الناعم. أما التظليل الناجم عن جسيمات الغبار وجسيمات التربة وفضلات الطيور فيسمى التظليل الصلب. وكلا النوعين من التظليل يؤثر في الألواح وأدائها بطرق مختلفة.
أ. قبل أن ندرس العوامل التي تساعد التلوث أو تعيقه، من المهم أن نرى كيف يؤثر التلوث في الألواح وفي أدائها أيضًا.
تدهور خرج اللوح: يغطي الغبار والتربة المتراكمان على اللوح خلايا PV التي تحتهما. وهذا يخفض كلًا من جهد اللوح وتياره. في المقابل، لن يكون للتلوث الناعم أي تأثير ملحوظ في الجهد لكنه سيؤثر في تيار اللوح. والنتيجة المجتمعة لهذا الانخفاض في التيار والجهد هي انخفاض قدرة اللوح الخارجة.
تلف الألواح: سيؤدي التلوث الصلب الناجم عن ترسّب جسيمات الغبار والتربة أيضًا إلى ترسبات صلبة على اللوح الشمسي قرب إطاره، تُسمى غالبًا التسمّت (cementing). ونتيجة لذلك قد يتلف اللوح بصورة دائمة.
العواقب الاقتصادية: سيؤدي انخفاض خرج اللوح الشمسي إلى انخفاض توليد الطاقة من المحطة. وإذا أُهمل لفترات أطول، يمكن للتلوث أن يخفض كمية الطاقة المولَّدة من المحطة الشمسية تخفيضًا كبيرًا. وسيؤدي هذا الانخفاض أيضًا إلى دفع رسوم انحراف، مما يسبب خسائر مالية إضافية.
ب. العوامل المؤثرة في معدل التلوث:
التركيب الجغرافي: يعتمد مدى التلوث اعتمادًا كبيرًا على المنطقة التي تُركَّب فيها الألواح الشمسية. فكلما كانت التضاريس أكثر غبارًا ارتفع احتمال التلوث ومعدله. فعلى سبيل المثال، في الصحارى سيكون التلوث أسرع بكثير منه في المدن.
سرعة الرياح: الرياح هي العامل الرئيسي الذي يثير جسيمات الغبار والتربة. وسيؤدي مناخ أكثر هبوبًا للرياح إلى تلوث أسرع للألواح الشمسية.
الرطوبة والضباب والندى: كلما ارتفعت الرطوبة أو تكرر الضباب والندى، زاد أثر التلوث. فبسبب الرطوبة أو الضباب أو الندى، تميل جسيمات الغبار إلى الالتصاق بالألواح، فيزداد التلوث. وفي أحيان كثيرة، تحمل الرياح الغبار الجاف المتراكم على الألواح بعيدًا. ووجود الندى أو الرطوبة يمنع الرياح من حمل الجسيمات بعيدًا، فيتفاقم التلوث.
زاوية الألواح واتجاهها: لزاوية ميل الألواح، وكذلك الاتجاه الذي تُركَّب فيه، تأثير كبير في التلوث وفي فقد القدرة الناجم عنه. فمع انخفاض زاوية الميل ترتفع فواقد التلوث. ووفقًا لبعض الدراسات، يمكن لزوايا الميل المنخفضة، في نطاق 5 إلى 8 درجات، أن تسبب فواقد تلوث تصل إلى 8 إلى 10%.
ج. كيف يمكن تجنب التلوث؟
عمليًا، يستحيل تجنب التلوث كليًا. والتنظيف الدوري للألواح هو الحل الوحيد المتاح لتجنب فقد القدرة الناجم عن التلوث. ومن الملاحظ عادةً أن الألواح لا تُنظَّف بالتواتر المطلوب حتى في المحطات حسنة الصيانة. ويمكن لمحطة رصد الطقس أن تشير إلى الجفاف في خرج المحطة، ما قد يوحي بموعد تنظيف الألواح.
والسبب الرئيسي لفواقد التلوث هو تأثير خفي على نحو خاص. ففي معظم الحالات، يعاني مستشعر الإشعاع الشمسي من كمية الأوساخ نفسها التي تغطي الألواح الشمسية PV. ونتيجة لذلك ينخفض مستوى الإشعاع المقيس، رغم أن الإشعاع الفعلي لم يتغير. ويوازن انخفاض الإشعاع المقيس انخفاض توليد الكهرباء من الألواح؛ وهكذا لا تتغير PR، مما يخفي الفواقد فعليًا.
فلنتعهد جميعًا بجعل الطاقة الشمسية المصدر الرئيسي للطاقة في المستقبل.