تتفوق الطاقة الكهروضوئية العمودية ثنائية الجانب على الأنظمة الكهروضوئية المائلة في المملكة المتحدة

توصلت دراسة استمرت لمدة عام إلى أن الأنظمة الكهروضوئية العمودية ثنائية الجانب على الأسطح يمكن أن تتفوق في الأداء على الأنظمة الكهروضوئية التقليدية أحادية الوجه المائلة على الأسطح عبر المواسم في المملكة المتحدة.

أجرت الأبحاث التي أجرتها جامعة يورك أول تقييم تجريبي لنظام كهروضوئي رأسي ثنائي الجانب على السطح تابع لشركة -المتخصصة في الطاقة الشمسية العمودية النرويجية، والتي يقع مقرها الرئيسي في شركة Over Easy Solar في مناخ بريطاني. تم عرض النتائج الكاملة في ورقة بعنوان "دراسة شاملة لكفاءة الأنظمة الكهروضوئية العمودية ثنائية الجانب: دراسة حالة في المملكة المتحدة"، نشرت في مجلة التقارير العلمية.

قامت الدراسة بتقييم أداء النظام الكهروضوئي العمودي ثنائي الجانب لشركة Over Easy Solar والمثبت على سطح برج الفيزياء بالجامعة. وهو يشتمل على خلايا متغايرة الكفاءة بنسبة 22.5% ويستخدم الحصى الأبيض لانعكاس الضوء على الجانب الخلفي للنظام، وهو شيء لا تستطيع إعدادات اللوحة التقليدية الاستفادة منه.

تمت مراقبة النظام على مدار دورة سنوية كاملة في عام 2023 ومقارنته بنظام كهروضوئي أحادي الوجه من السيليكون أحادي البلورية مثبت رأسيًا- ونظام كهروضوئي تقليدي أحادي الوجه ومائل. أظهر نظام Easy Solar إنتاجًا أعلى بنسبة 26.91% من النظام المائل خلال ساعات الصباح بين 05:30 و09:00 وإخراجًا أعلى بنسبة 22.8% في الساعات بين 17:00 و20:30.

أوضح كيلين كوريفان، مستشار حلول العملاء الدوليين في شركة Over Easy Solar، لمجلة pv كيف تسلط هذه النتائج الضوء على ميزة الذروة المزدوجة التي توفرها الألواح الكهروضوئية الرأسية ثنائية الجانب.

وقال كوريفان: "بينما تعاني الألواح المائلة التقليدية من التشبع في منتصف النهار، وتصل إلى ذروتها عندما تكون الشبكة ممتلئة في كثير من الأحيان وتكون الأسعار منخفضة، فإن نظامنا الرأسي ثنائي الجانب يحول الإنتاج إلى عندما تشتد الحاجة إليه". وأضافت أن هذه القمم تتوافق مع الارتفاعات السكنية الناجمة عن الطلب على التدفئة والطهي والمركبات الكهربائية، مما يقلل بدوره من الحاجة إلى تخزين البطاريات وتخفيف ازدحام الشبكة.

تفوق النظام الكهروضوئي الرأسي ثنائي الجانب الخاص بشركة Easy Solar على أنظمة الاختبار الأخرى خلال الفصول الأربعة. وقد حقق مكاسب مقارنة بالنظام المائل التقليدي في الصيف بنسبة 14.77%، ويزيد إلى 19.32% في الربيع، و20.27% في الخريف، و24.52% في الشتاء.

وأوضح كوريفان أن "الاتجاه الرأسي هو الشكل الهندسي المتميز للمناخ في المملكة المتحدة وأيرلندا لأنه مُحسّن لشمس الشتاء ذات الزاوية المنخفضة- والضوء المنتشر". "حتى في مواجهة النظام العمودي أحادي الوجه، فإن الإصدار ثنائي الجانب يكتسب نسبة إضافية تبلغ 12.45% في الشتاء، مما يثبت أن التقاط الانعكاس الجانبي الخلفي- أمر بالغ الأهمية."

في أحد أيام الأداء العالي-الخاصة، وهو 7 مايو، أنتج نظام Over Easy Solar 4.92 كيلووات في الساعة، أي حوالي 25.38% طاقة أكثر من النظام المائل على مدار اليوم. ويضيف مؤلفو الورقة البحثية، ومقرها جامعة يورك، أن النتائج التي توصلوا إليها "تؤكد القدرة الفريدة للنظام الكهروضوئي العمودي ثنائي الجانب على تسخير الطاقة الشمسية بكفاءة، بغض النظر عن الفروق الموسمية".

وجاء في استنتاجهم أن "تصميمه لا يزيد من استخدام الأراضي إلى الحد الأقصى فحسب، بل يتكامل أيضًا بسلاسة مع المناظر الطبيعية المعمارية الحديثة، مما يضيف قيمة جمالية إلى فوائده الوظيفية". "إن تقنية النظام ثنائية الجانب، القادرة على التقاط الإشعاع الشمسي من كلا الجانبين، تزيد بشكل كبير من إنتاج الطاقة، مما يجعله حلاً فعالاً للمناطق ذات التعرض المتغير لأشعة الشمس والبيئات العاكسة."

وأضاف كوريفان أن العائد المرتفع في الأشهر-ذات الأسعار المرتفعة يؤدي أيضًا إلى فترة سداد أسرع على الرغم من ارتفاع التكلفة الأولية. وقدرت التكاليف الأولية للنظام الكهروضوئي الرأسي ثنائي الجانب بمبلغ 1,200 جنيه إسترليني (1,630 دولار)/كيلوواط، مقارنة بـ 900 جنيه إسترليني/كيلوواط للنظام التقليدي. وأوضح كوريفان أن "زيادة العائد تؤدي إلى وفورات سنوية إضافية تقدر بـ 1,221.13 جنيهًا إسترلينيًا لكل 1500 كيلووات في الساعة في المملكة المتحدة، بناءً على سعر 0.28 جنيهًا إسترلينيًا/كيلووات في الساعة".

كما خضع نظام Easy Solar العمودي ثنائي الجانب أيضًا لمحاكاة ديناميكيات الموائع الحسابية أثناء الاختبار. حافظ النظام على قوى رفع ضئيلة عند سرعة رياح تبلغ حوالي 98 كيلومترًا في الساعة، والتي قال كوريفان إنها ميزة هيكلية مهمة للمناطق الساحلية-الرياح العالية عبر المملكة المتحدة وأيرلندا.

وقال كوريفان لمجلة pv إن شركة Over Easy Solar تستخدم نتائج الأبحاث لدفع التوسع في أسواق المملكة المتحدة وأيرلندا. وقالت: "لقد أدهشني مدى قابلية تطبيق هذه الأنظمة على أسواق المملكة المتحدة والأيرلندية". "في النرويج والمناخات الباردة، هذه الأنظمة هي الأنظمة الوحيدة القابلة للتطبيق بسبب كمية الثلوج، ولكن حتى في هذا المناخ فإنها تصل إلى نقاط رئيسية متعددة، من المكاسب الموسمية إلى تخفيف مشاكل الشبكة إلى إعطاء الذروة المزدوجة."

وفي وقت سابق من هذا الشهر، قامت شركة Over Easy Solar بتركيب أول تركيب عمودي للطاقة الشمسية على السطح في السوق الأمريكية. وجد تحليل دراسة حالة سابقة من الشركة أن ألواح الأسطح العمودية قادرة على التفوق على أنظمة الأسطح التقليدية خلال الأشهر الثلجية.