تقييم الآثار البيئية والتشغيلية على تدهور أداء أنظمة الخلايا الكهروضوئية

الملخص

يخضع أداء أنظمة الطاقة الكهروضوئية (PV) في ظروف التشغيل الفعلية لتأثيرات مترابطة ناتجة عن التغيرات البيئية، وخيارات تصميم النظام، وآليات التشغيل طويلة الأمد والتدهور التدريجي. حيث تؤدي التغيرات في شدة الإشعاع الشمسي وتركيبه الطيفي، الناتجة عن ديناميكيات السحب والظروف الجوية وكتلة الهواء، إلى انحرافات تعتمد على نوع التقنية مقارنةً بالقدرة الاسمية، كما تُسبب خسائر ناتجة عن عدم التطابق الطيفي. كما يفرض السلوك الحراري قيودًا إضافية على كفاءة الأنظمة الكهروضوئية، إذ تؤدي درجات الحرارة المرتفعة للبيئة المحيطة والخلايا إلى انخفاض الجهد وتقليل كفاءة التحويل وتسريع شيخوخة المواد، خاصةً في المناخات الحارة. وتتفاقم هذه التأثيرات نتيجة الاتساخ وتلوث الأسطح، حيث يؤدي تراكم الغبار والملوثات والبقايا العضوية إلى تقليل النفاذية الضوئية وانخفاض إنتاج الطاقة، وذلك بطريقة تعتمد بشكل كبير على خصائص الموقع، مما يستلزم تطبيق جداول تنظيف تكيفية واستخدام حلول متقدمة مقاومة للاتساخ أو ذاتية التنظيف. وبالتوازي مع ذلك، يلعب التظليل واتجاه النظام وتكوينه دورًا حاسمًا في تحديد كمية الطاقة المحصودة في ظل ظروف غير منتظمة؛ إذ يؤدي التظليل الجزئي والديناميكي إلى زيادة خسائر عدم التطابق وتعقيد خصائص القدرة–الجهد، في حين يُسهم تحسين زاوية الميل والسمت وتخطيط المصفوفة واستخدام إلكترونيات القدرة على مستوى الوحدة في تعزيز مرونة النظام وزيادة إنتاجيته. وعلى مدى العمر التشغيلي للنظام، تؤثر ممارسات التشغيل ومسارات التدهور المختلفة، بما في ذلك خسائر كفاءة العاكس، وقيود التفاعل مع الشبكة، وظاهرة التدهور الناتج عن الجهد المستحث (PID)، والانفصال الطبقي، والشيخوخة الناتجة عن الأشعة فوق البنفسجية، بشكل تدريجي على موثوقية النظام وإجمالي إنتاج الطاقة على مدى عمره. وبشكل عام، تؤكد هذه النتائج على أهمية اعتماد إطار متكامل قائم على منهجية الأنظمة، يجمع بين التصميم الواعي بالظروف المناخية، والهندسة المقاومة للتظليل، واستراتيجيات فعالة للحد من الاتساخ، إلى جانب المراقبة المعتمدة على البيانات والصيانة التنبؤية، وذلك بهدف تقليل عدم اليقين في الأداء وتعظيم إنتاج الطاقة الكهروضوئية على مدى العمر التشغيلي في مختلف بيئات النشر.