مع تسارع وتيرة تركيب الألواح على أسطح المنازل وفي المزارع، تزداد حرارة العالم ويصبح الطقس أكثر تطرفا، مما يعرض هذه الألواح لخطر التحلل، وفقا لدراسة أسترالية نشرت في مجلة “التقدم في أبحاث وتطبيقات الخلايا الكهروضوئية.”

ورغم أن الألواح الشمسية مصممة لتحمل الحرارة والثلوج والأمطار والرياح، إلا أن الدراسة الجديدة أشارت إلى أن قدرتها لها حدود، مما يعني أن تغير المناخ يزيد الضغط عليها ويدفعها نحو التحلل بشكل أسرع.

وتوصل باحثون من جامعة نيو ساوث ويلز الأسترالية إلى هذا الاستنتاج بعد أن قارنوا كفاءة الألواح الشمسية في مناطق أسترالية مختلفة، ووجدوا أن الألواح الشمسية في شمال أستراليا الحار والرطب تتحلل بشكل أسرع، بينما تكون أفضل حالا في المناطق الداخلية القاحلة. المناطق والمناخات الأكثر اعتدالا في الجنوب.

ما الذي يسبب تدهور الألواح الشمسية؟

تكنولوجيا الطاقة الشمسية المهيمنة هي السيليكون في الوقت الحاضر. تتحلل وحدات السيليكون بسبب الإجهاد البيئي وتغيرات الجهد والضغوط الميكانيكية. رقائق السيليكون صلبة وهشة للغاية، ومن الناحية البيئية، تعد الرطوبة والأشعة فوق البنفسجية ودرجة الحرارة الأسباب الرئيسية للضرر.

يمكن للظروف الأكثر حرارة ورطوبة، والتي تتفاقم في ظل تغير المناخ، أن تسرع من تدهور الألواح الشمسية بأربع طرق حددتها الدراسة:

التصفيح: يمكن أن تؤدي الحرارة والرطوبة إلى تفكك الروابط التي تربط الطبقات المختلفة للخلية الشمسية معًا.

طلاء متغير اللون: يمكن لأشعة الشمس الشديدة والرطوبة الزائدة أن تلحق الضرر أو تغير لون الطلاء، وهو البوليمر المستخدم لربط الطبقات داخل الخلية الشمسية معًا.

تآكل الشريط: إذا كان الطقس أكثر رطوبة في كثير من الأحيان، فإنه يزيد من فرص تراكم الرطوبة والبدء في تآكل وصلات الشريط الداخلي للخلية.

فشل الدائرة الداخلية: تتعرض الخلايا الشمسية لتقلبات درجات الحرارة المنتظمة يوميًا وموسميًا، ويمكن أن تؤدي هذه التغيرات في درجات الحرارة مع مرور الوقت إلى فشل الدائرة، ويضيف العالم الأكثر سخونة ضغطًا إضافيًا على الدوائر الداخلية، مما يؤدي إلى زيادة فرصة الفشل.

تغير المناخ: تأثيرات مختلطة

وفي ظل سيناريوهات الانبعاثات المرتفعة والمنخفضة التي حددتها الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، تتوقع نتائج الدراسة، المطبقة على أستراليا، أن معدلات الانخفاض ستزداد طوال عام 2059.

وأظهرت الدراسة أنه في ظل سيناريو الانبعاثات العالية، فإن الطاقة الشمسية سوف تتحلل 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 لأنها تتعطل في كثير من الأحيان. وفي المتوسط، يعني هذا خسارة نحو 8.5% من الإنتاج بسبب التدهور الإضافي وحده بحلول عام 2059. وفي ظل سيناريو الانبعاثات المرتفعة، يعني هذا أن الطاقة قد تزيد تكلفتها بنسبة 10% إلى 12%.

لكن التأثيرات لن تكون متساوية، حيث تظهر النتائج أن الطاقة الشمسية في المناطق الحارة والرطبة، كما هو الحال في شمال أستراليا، سوف تتدهور بمعدلات عالية بشكل خاص في المستقبل، مقارنة بالمناطق القاحلة حيث الظروف حارة ولكن جافة.

ماذا علينا ان نفعل؟

لأن الحرارة هي السبب الرئيسي لتحلل الألواح الشمسية، ومع ارتفاع درجات الحرارة العالمية بشكل أكبر، يجب أن نأخذ في الاعتبار خطر التحلل عند شراء الألواح الشمسية.

” في الوقت الحاضر، عدد قليل جدًا من مطوري الطاقة الشمسية يأخذون “نحن نأخذ تغير المناخ في الاعتبار عند شراء الألواح الخاصة بهم، ويجب على أولئك الذين يعملون في المناطق الرطبة أن يكونوا أكثر حذرًا عند اختيار موقع جديد لمزرعة الطاقة الشمسية، لضمان أن وحداتهم لديها فرص أقل من الفشل بسبب التدهور.”

وتضيف: “لإصلاح المشكلة في التصنيع، سنحتاج إلى دمج أساليب جديدة لألواح التبريد وتحسين المواد المستخدمة. نحتاج أيضًا إلى تحسين عمليات التصنيع والمواد حتى نتمكن من منع تراكم الرطوبة داخل الألواح”.

ويعترف بودار بأن مثل هذه التدخلات الصناعية ممكنة، لكن “الخطوة الأولى هي فهم أن هناك مشكلة، وهذا هو هدف الدراسة”.

التدخل العاجل للصيانة التنبؤية

وإلى أن تحدث التدخلات الصناعية سواء بتطوير ألواح الطاقة الشمسية المصنوعة من السيليكون أو بالبحث عن مواد أخرى غير السيليكون، هناك تدخل عاجل أوصى به جمال علم الدين، أستاذ الطاقات المتجددة بجامعة الزقازيق المصرية، وهو “الصيانة التنبؤية”. “

تعني الصيانة التنبؤية إجراء عمليات تفتيش منتظمة وإجراء تحليل منتظم للأداء لتحديد المشكلات المحتملة مبكرًا ومنع التدهور المتسارع للألواح الشمسية. وهذا يسمح بإجراء الإصلاحات أو الاستبدالات في الوقت المناسب لزيادة عمر الألواح الشمسية إلى أقصى حد.

ويضيف علم الدين في حديث هاتفي للجزيرة نت: “كما يمكن تصميم الألواح بمكونات يمكن استبدالها أو إصلاحها بسهولة، مما يسهل عملية الصيانة ويطيل عمر النظام ككل. وهذا يسمح بالاستبدال المستهدف للمكونات التالفة دون الحاجة إلى استبدال اللوحة الشمسية بأكملها.

وتمكن فريق بحثي من الجامعة الأمريكية بالقاهرة بقيادة رئيس مركز الإلكترونيات وأجهزة النانو بالجامعة الدكتور يحيى إسماعيل منذ نحو عامين من تسهيل هذه “الصيانة التنبؤية” من خلال إنتاج وحدة للرصد والمتابعة. متابعة تشغيل الألواح الشمسية، والتنبؤ بتلك التي على وشك التلف.

وأوضح إسماعيل، في تصريحات صحافية، فكرة عملها، موضحاً أن «هذه الوحدة تقع خلف كل مجموعة من الألواح الشمسية، بحيث يقوم حساس فيها بإجراء قياسات مستمرة لجميع الألواح، من خلال برنامج بسيط ينبه المحطة». المشغل إلى احتمال أن تكون إحدى اللوحات خارج الخدمة قريبًا.

وأجريت التجارب على هذه الوحدة في محطة الطاقة الشمسية البحثية التي تم إطلاقها في ديسمبر 2021 بمقر الجامعة الأمريكية بمنطقة التجمع الخامس بالقاهرة، وأظهرت نتائج جيدة في إثبات مفهوم الصيانة التنبؤية.