تجمع الوحدة الشمسية التقليدية الضوء من وجهها الأمامي فقط؛ وظهرها صفيحة معتمة. أما الوحدة ثنائية الوجه فخلاياها قادرة على استخدام الضوء من الجانبين، وظهرها شفاف، عادةً من الزجاج أو صفيحة خلفية شفافة. ويظل الوجه الأمامي يؤدي معظم العمل، لكن الضوء المنعكس عن الأرض والمتناثر من السماء يصل إلى الخلف ويضيف إلى الخرج. وفي الموقع المناسب، تأتي هذه الطاقة الإضافية بتكلفة إضافية ضئيلة، ولهذا أصبحت الوحدات ثنائية الوجه شائعة في المحطات على نطاق المرافق.
كم هو مقدار الطاقة الإضافية؟
يحدد مكسب الوجه الخلفي أمران.
- عامل الثنائية (Bifaciality): مدى كفاءة الوجه الخلفي للوحدة مقارنة بالأمامي، ويُذكر في ورقة بيانات الوحدة بوصفه عامل ثنائية. وعامل 0.7 يعني أن الخلف يحوّل الضوء بنسبة 70% من كفاءة الأمام.
- الإشعاع الخلفي: مقدار الضوء الذي يصل فعلًا إلى الخلف. ويعتمد ذلك أساسًا على بياض الأرض (نسبة ضوء الشمس التي تعكسها) وارتفاع الوحدات عن الأرض والمسافة بين الصفوف ومقدار ما تظلله هيكل التثبيت من الخلف.
ويتفاوت البياض كثيرًا: فالتربة الداكنة أو العشب يعكسان القليل، والرمل الجاف والحصى الفاتح أكثر، والثلج الطازج أكثر من الجميع. ولذلك قد تعطي الوحدة نفسها مكسبًا صغيرًا في موقع وكبيرًا في آخر. كما يكون المكسب عادةً أكبر على المتتبعات أحادية المحور مع وحدات مركّبة عاليًا فوق أرض ساطعة منه على حوامل ثابتة الميل منخفضة.
التصميم للوجه الخلفي
- ارفع الوحدات: فالارتفاع الأكبر يتيح وصول ضوء منعكس أكثر إلى الخلف ويوزعه بانتظام أكبر.
- أبقِ الخلف خاليًا: فالأنابيب الدوّارة والقضبان وصناديق التوصيل التي تظلل الخلف تكلّف طاقة. وبعض تصاميم المتتبعات صُنعت للوحدات ثنائية الوجه لهذا السبب.
- انظر في الأرض: تستخدم بعض المحطات غطاءً أرضيًا أفتح لرفع البياض.
- احسب عدم التطابق: إذ يُضاء الخلف بانتظام أقل من الأمام، ما يخلق فواقد صغيرة بين الخلايا والوحدات.
لماذا تحتاج المحطات ثنائية الوجه إلى قياس أفضل
للحكم على أداء محطة، يقارن مالكها الطاقة التي أنتجتها بالطاقة التي كان ينبغي أن تنتجها في ضوء الطقس. وفي المحطة أحادية الوجه، يشكّل الإشعاع على الوجه الأمامي (في مستوى المصفوفة) معظم القصة. أما في المحطة ثنائية الوجه فلا: فإذا لم يُقَس الإشعاع الخلفي، يُقدَّر الخرج المتوقع للمحطة أقل من الواقع، وقد يختبئ عطل حقيقي داخل "علاوة ثنائية الوجه" غير مفسَّرة، أو قد تبدو محطة طبيعية كأنها دون المستوى.
ويتضمن IEC 61724-1:2021، معيار مراقبة أداء PV، قياس البياض والإشعاع على الوجه الخلفي للأنظمة ثنائية الوجه. ولذلك تضيف محطة المراقبة للمحطة ثنائية الوجه عادةً:
- مقياس إشعاع شمسي (pyranometer) موجَّه نحو الأرض، مقترنًا بآخر موجَّه نحو السماء ليشكلا مقياس بياض (albedometer)، لقياس البياض؛
- مستشعرات إشعاع للوجه الخلفي مركّبة في مستوى الوحدات ومتجهة إلى الخلف؛
- مستشعرات درجة حرارة للوحدات لا تظلل بذاتها ظهر الوحدة.
وهذه النقطة الأخيرة يسهل إغفالها. فمستشعر درجة الحرارة الملصق على ظهر وحدة ثنائية الوجه يحجب ضوء الوجه الخلفي عن الخلية التي تحته. ومستشعر درجة حرارة الوحدة Rigel 2 من Aeron مبني لذلك: فجسمه منخفض الارتفاع بسماكة 7.2 mm يُثبَّت مسطّحًا على السطح الخلفي دون أن يعيق الإشعاع الخلفي، ويستوفي عنصر PT1000 فيه تفاوت الفئة A وفق IEC 60751. ويتوافر بمخارج 4-20 mA وPT1000 وRS485 Modbus.
درجة الحرارة والوحدات ثنائية الوجه
كثيرًا ما تعمل الوحدات ثنائية الوجه ذات الزجاج على الجانبين بدرجة حرارة مختلفة قليلًا عن الوحدات التقليدية، لأن الظهر الزجاجي يبدّد الحرارة بطريقة مختلفة ويمتص الضوء من الوجهين. ولأن خرج الوحدة ينخفض كلما ارتفعت حرارتها، فإن دقة قياس درجة حرارة الوحدة جزء من نمذجة المحطة نمذجة صحيحة، وينبغي قياسها على الوحدات المركّبة فعلًا بدلًا من افتراضها.
هل الوحدات ثنائية الوجه مناسبة للمشروع؟
عادةً ما تكلّف الوحدات ثنائية الوجه أكثر قليلًا من أحادية الوجه، ويعتمد النفع على بياض الموقع وطريقة التثبيت والمتتبع. وينبغي لفريق المشروع نمذجة مكسب الوجه الخلفي لموقعه وهيكله تحديدًا، ثم قياس البياض والإشعاع الخلفي بعد تشغيل المحطة للتأكد من المكسب الذي دُفع ثمنه. وهذا القياس هو الدليل الذي يبحث عنه المقرضون والمهندسون المستقلون أيضًا.
وقد بُنيت محطات رصد الطقس من Aeron لمراقبة الفئة A وفق IEC 61724-1:2021، بما في ذلك في المحطات ثنائية الوجه. اطّلع على نظام WMS لمحطات الطاقة الكهروضوئية الشمسية أو تحدّث إلى فريقنا عن موقعك.
