ثورة الخلايا الشمسية ذات الوجهين: كيف تضاعف إنتاج الطاقة من الشمس؟

الخلايا الشمسية ذات الوجهين (Bifacial Solar Cells) هي نوع من الخلايا الشمسية التي تستطيع امتصاص الضوء وتحويله إلى كهرباء من كلا الجانبين، الأمامي والخلفي. على عكس الخلايا الشمسية التقليدية أحادية الوجه التي تلتقط الضوء فقط من الجانب الأمامي، تتميز الخلايا ذات الوجهين بالقدرة على استغلال الضوء المنعكس عن الأسطح المحيطة مثل الأرض أو الأسطح البيضاء أو حتى الهياكل الموجودة.

كيفية عمل الخلايا الشمسية ذات الوجهين:

1. الوجه الأمامي: هذا الجزء يعمل مثل الخلايا الشمسية التقليدية. فهو يحتوي على طبقة من السيليكون البلوري (monocrystalline أو polycrystalline) التي تمتص أشعة الشمس المباشرة وتحولها إلى كهرباء باستخدام تأثير الفولتية الضوئية (photovoltaic effect).

2. الوجه الخلفي: يتميز هذا الجانب بقدرته على امتصاص الضوء غير المباشر والانعكاسات التي تأتي من الأسطح المحيطة مثل الأرض أو الجدران. يمكن أن تكون هذه الأسطح مغطاة بمواد عاكسة (مثل الطلاء الأبيض أو المرآة) لتعزيز انعكاس الضوء باتجاه الخلايا الخلفية.

   
   

   • الفرق بين الخلايا الشمسية أحادية الوجه وذات الوجهين..

1. مكونات الخلايا الشمسية ذات الوجهين:

   أ. الوجه الأمامي:

   • • الزجاج أو طبقة شفافة: يتم تصنيع الوجه الأمامي عادة من زجاج مقوى أو مادة شفافة لتحسين نفاذية الضوء. هذا الزجاج يكون مقاومًا للأشعة فوق البنفسجية والعوامل الجوية مثل الرطوبة والحرارة.
     • الخلية الشمسية (الأقطاب): الخلية الأمامية تحتوي على خلايا ضوئية مصنوعة من السيليكون البلوري (Crystalline Silicon) أو مواد أخرى مثل Perovskite، تعمل على تحويل الضوء المباشر إلى كهرباء.

   ب. الوجه الخلفي:

   • • زجاج أو مادة شفافة: الوجه الخلفي يكون مصنوعًا عادة من نفس مادة الوجه الأمامي (مثل الزجاج الشفاف) لتمكين امتصاص الضوء المنعكس من الأسطح المحيطة. في بعض الحالات، قد يتم استخدام مواد بلاستيكية خاصة مقاومة للطقس والأشعة فوق البنفسجية.
     • الخلية الشمسية الخلفية: الوجه الخلفي يحتوي على خلايا شمسية بنفس تركيبة الوجه الأمامي، لكنها معدة لاستقبال الضوء غير المباشر والمنعكس.
     • 
       

   ماهي المواد المستخدمة في تصنيع الوجهين ؟

   أ. السيليكون البلوري:

   • • معظم الخلايا الشمسية ذات الوجهين تعتمد على السيليكون البلوري، إما من نوع أحادي البلورة (Monocrystalline) أو متعدد البلورات (Polycrystalline). هذه المواد توفر كفاءة تحويل طاقة عالية وتستخدم بشكل واسع في صناعة الألواح الشمسية.

   ب. طبقات مضادة للانعكاس:

   • • يتم طلاء الوجه الأمامي والخلفي بطبقات مضادة للانعكاس (Anti-Reflective Coating) لتقليل خسارة الضوء عبر الانعكاس وزيادة كمية الضوء الممتص داخل الخلية.

   ج. أقطاب معدنية شفافة:

   تُستخدم الأقطاب المعدنية الشفافة على سطح الخلايا الشمسية لتوصيل الكهرباء دون حجب الضوء بشكل كبير. هذه الأقطاب تكون رقيقة بما يكفي للسماح بمرور كمية كبيرة من الضوء إلى الخلية الشمسية لزيادة كفاءة التحويل الكهربائي.

   

   
   

   هناك عدة عوامل تؤثر على أداء هذا النوع من الخلايا منها:

   1. انعكاس الضوء (Albedo):

   الألبيدو هو مقياس يعبر عن قدرة سطح ما على عكس الإشعاع الضوئي، ويُعبّر عنه كنسبة مئوية. بعبارة أخرى، هو مقدار الضوء الذي يتم عكسه بواسطة سطح معين مقارنة بمقدار الضوء الساقط عليه. كلما كان الألبيدو أعلى، زادت كمية الضوء المنعكس، مما يحسن من إنتاجية الطاقة.

2. أنواع الأسطح وقيمة الانعكاس :
   
   
   1. الثلج : قيمة الانعكاس (الألبيدو)= 80-90%
   السطح الأبيض الذي يعكس كمية كبيرة من الضوء، مما يجعله مثاليًا للخلايا الشمسية ذات الوجهين.
   
   
   
   2. الرمال البيضاء : قيمة الانعكاس= 30-60%
   توفر الرمال البيضاء بيئة عاكسة جيدة، مما يزيد من كفاءة إنتاج الطاقة.
   
   
   
   3. الأسطح المائية (مثل البحيرات أو المحيطات) : قيمة الانعكاس= 10-30% (تتغير بحسب زاوية الشمس وحركة المياه)
   تعكس كمية معتدلة من الضوء، ولكن قد تكون أقل فعالية مقارنة بالأسطح الثلجية أو الرملية.
   
   
   
   4. الأسطح البيضاء أو الفاتحة (مثل الأسطح المطلية باللون الأبيض) : قيمة الانعكاس= 60-90%
   تعتبر مثالية لتثبيت الخلايا الشمسية ذات الوجهين، حيث تعكس الكثير من الضوء.
   
   
   
   5. الأسطح الأسفلتية أو الداكنة : قيمة الانعكاس= 5-15%
   ليست فعالة في تحسين إنتاج الطاقة من الخلايا الشمسية ذات الوجهين بسبب قدرتها المنخفضة على الانعكاس.
   
   
   
   6. العشب الأخضر : قيمة الانعكاس= 10-30%
   يعتبر غير فعال مقارنة بالأسطح الأخرى ولكنه قد يكون خيارًا مقبولًا في بعض البيئات.
   
   
   
   
   
   

   2. زاوية التركيب والارتفاع عن الأرض:

   • الزاوية المثالية والتركيب المرتفع يعززان استقبال الضوء المنعكس. التركيب على ارتفاع مناسب يسمح بوصول المزيد من الضوء إلى الوجه الخلفي.

   3. المكسب الناتج عن الوجه الخلفي (Bifacial Gain):
   

   • يتمثل في الطاقة الإضافية الناتجة عن امتصاص الضوء من الوجه الخلفي. يعتمد على كمية الإشعاع المنعكس من السطح، ويمكن أن يصل إلى 10-30% في ظروف مثالية.

تصاميم مرنة وتطبيقات مبتكرة !

الخلايا الشمسية ذات الوجهين تتميز بتصاميم مرنة وتطبيقات متعددة. من بين الابتكارات الملحوظة في التصميم:

التطبيقات العملية للخلايا الشمسية ذات الوجهين ;

أسرار الخلايا الشمسية ذات الوجهين ؟!

1. الثلج يعزز الأداء: على الرغم من تغطية الألواح بالثلوج، إلا أن انعكاس الضوء من سطح الثلج يعزز من إنتاج الطاقة.

2. الارتفاع يزيد الكفاءة: كلما زاد ارتفاع الألواح عن سطح الأرض، زادت كمية الضوء المنعكسة التي تصل إلى الوجه الخلفي.

3. الأداء المستمر في الأيام الغائمة: بفضل قدرتها على التقاط الضوء المنتشر من السماء، تستمر الخلايا ذات الوجهين في إنتاج الطاقة حتى في الأيام الغائمة.

الخاتمة :

الخلايا الشمسية ذات الوجهين تمثل ثورة في تكنولوجيا الطاقة الشمسية، حيث تضيف قيمة اقتصادية وبيئية عالية من خلال زيادة الإنتاجية والكفاءة. يعتمد النجاح في استخدام هذه التقنية على عوامل عديدة مثل الظروف المحيطة، تصميم النظام، ونوعية الأسطح العاكسة. مع التخطيط الجيد، يمكن لهذه التقنية تحقيق إنتاجية مذهلة، ما يجعلها خيارًا جذابًا لمشاريع الطاقة الشمسية الكبيرة والمتوسطة.