المقالة مترجمة للكاتب هايدي أراغون ودانيال شرايبر
مع استمرار الولايات المتحدة في التحول إلى الطاقة المتجددة لتحقيق الأهداف المناخية الوطنية، تقع بعض مناطقها ضمن طقس قاس ولكن قد لا تتوفر بيانات تاريخية عن البَرَد نظرًا لطبيعتها النائية. والآن بعد أن تم بناء مزارع الطاقة الشمسية وتشغيلها في هذه المناطق، تم الإبلاغ عن بعض الخسائر التي تكبدتها الولايات المتحدة نتيجة لتساقط البَرَد على الألواح الشمسية. في عام 2019، تم تسجيل خسائر بحوالي 70-80 مليون دولار في غرب تكساس بسبب البَرَد الذي زاد حجمه عن بوصتين. وفي عام 2022، شهدت صناعة التأمين على الطاقة المتجددة تسجيل خسائر فادحة تصل إلى 300-400 مليون دولار تتعلق بأضرار البرد.
أضرار البَرَد على ألواح الطاقة الشمسية
ستناقش هذه المقالة الجوانب التي تسببت في خسائر صناعة الطاقة الشمسية بسبب البَرَد ومنها ما يلي:
- تحليل الطقس والتنبؤ بتساقط البَرَد.
- متطلبات تصنيع وحدات الطاقة الشمسية لمقاومة البَرَد.
- البحث والتطوير في صناعات الطاقة الشمسية لمقاومة البَرَد.
- الكسور الدقيقة، واختبارها.
تحليل الطقس والتنبؤ بتساقط البَرَد:
تصنف هيئة الأرصاد الجوية الوطنية حبات البَرَد على أنها شديدة عندما يصل قطرها إلى بوصة واحدة. قبل عام 2010، كان البَرَد الشديد يصل قطره إلى 0.75 بوصة. التصنيف الإضافي لتساقط البَرَد هو شديد الخطورة ويبلغ قطره بوصتين. على الرغم من الاتجاه المتزايد للإبلاغ عن أحداث البَرَد والتوثيق اللاحق في أرشيفات الطقس الرسمية، إلا أن هناك العديد من القيود المهمة، بما في ذلك:
- أخطاء قياس و تقدير البرد.
- إعداد التقارير وتوثيق السياسات.
- أحجام العينات غير كافية.
- الاختلافات الجغرافية.
يجب أن يتم تقييم مخاطر الطقس من خلال تحديد الاتجاهات طويلة المدى في احتمالات الطقس القاسي في الغلاف الجوي كما يظهر في الشكل 1، بدلاً من الاعتماد على الطقس الملحوظ تاريخيًا، والذي غالبًا ما يكون متحيزًا نحو المناطق الحضرية المكتظة بالسكان.
الشكل 1: معدل تكرار البَرَد الشديد في الولايات المتحدة بين الأعوام 2002-2023
متطلبات تصنيع وحدات الطاقة الشمسية لمقاومة البَرَد:
أحد المعايير اللازمة لحصول الوحدات الكهروضوئية على علامة UL هو اجتياز اختبار البَرَد حيث يتم إطلاق كرة ثلجية 10 مرات على الأقل دون أن ينكسر زجاج الوحدة الكهروضوئية؛ ومع ذلك، يمكن للشركة المصنعة للوحدات تحديد القطر المطلوب للبَرَد المحاكي في الاختبار، وتتحقق UL من الامتثال للمعلمات المحددة (Parameters) كما هو موضح في الشكل 2.
الشكل 2: متطلبات اختبار البَرَد وفقا لـ UL
البحث والتطوير في صناعات الطاقة الشمسية لمقاومة البَرَد:
إلى جانب متطلبات التصنيع، تم إجراء المزيد من الأبحاث والتطوير لمعالجة مخاطر البَرَد المستمرة بما في ذلك:
- ضمانات الشركة المصنعة ضد الكسر الدقيق أو فقدان الطاقة بسبب البَرَد الذي يقل عن 25 مم/بوصة واحدة تقريبًا.
- اختبار البَرَد الممتد من موردين خارجيين على الخلايا الشمسية للبَرَد الذي يزيد عن 25 مم/بوصة واحدة تقريبًا.
- تطوير برمجيات لأنظمة التتبع أحادية المحور (SAT) التي تسمح بميلان الألواح الشمسية بزوايا 50 أو 60 أو حتى 75 درجة، مما يقلل من زاوية تأثير حجارة البَرَد.
الشكل 3: نظام تتبع SAT والذي يقلل من ضرر البَرَد المتساقط
الكسور الدقيقة لوحدات الطاقة الشمسية:
تعد الكسور أو الشقوق الدقيقة (Microfractures)، أمرًا شائعًا في الوحدات الكهروضوئية؛ هي شقوق موجودة في الخلية الشمسية يتراوح حجمها من ميكرومتر إلى بوصة ولكن لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة. ويمكن أن تحدث أثناء عملية التصنيع، الشحن، أو التثبيت. وكذلك بسبب العوامل الجوية مثل الرياح والثلوج والإجهاد الحراري.
توجد عدة طرق لفحص الوحدات الشمسية بحثًا عن وجود كسور دقيقة. منها الأشعة فوق البنفسجية (UVF) والتي تعد طريقة فحص سريعة ومنخفضة التكلفة ويمكن أن توفر مؤشرات على احتمال وجود كسور دقيقة. يتم إجراء فحص الأشعة فوق البنفسجية ليلاً ويتضمن تسليط مصدر ضوء فوق بنفسجي على الوحدة الشمسية والتقاط الصور بالكاميرا.
الشكل 4: مثال على صورة الأشعة فوق البنفسجية مع تمييز الكسر الدقيق
كما يمكن فحص الكسور الدقيقة عن طريق اختبار اللمعان الكهربائي (Electroluminescence). وتعد هذه العملية أكثر تكلفة وتستغرق وقتًا أطولا من عملية التصوير بالأشعة فوق البنفسجية، حيث أنها تتطلب توصيلًا كهربائيًا بالوحدة التي يتم اختبارها. فهو يطبق تيارًا متحيزًا عكسيًا، مما يتسبب في توهج الوحدة، ومن ثم تظهر الصورة الموضحة لنوع وشدة التشقق وغالبًا ما يتم إجراء هذا الاختبار جنبا إلى جنب مع التصوير بالأشعة فوق البنفسجية.
الشكل 5: مثال لصورة من اختبار اللمعان الكهربائي لوحدة متأثرة بالبَرَد
وهناك بعض الأنواع الشائعة من الكسور الدقيقة التي يتم تحديدها أثناء اختبار اللمعان الكهربائي وهي:
- شجيري (Dendritic)، وهو الأكثر ارتباطًا بالضرر الناتج عن تأثير البَرَد.
- متعدد الخطوط (Multi-Line).
- خط مستقيم (Straight Line).
الشكل 6: الأنواع الشائعة للكسور الدقيقة
تستطيع الكسور الدقيقة بالقدرة على إنشاء فصل (عزل) كهربائي داخل الوحدات الشمسية، مما يؤدي إلى انخفاض إنتاج الطاقة. ومع ذلك، فإن بعض الوحدات التي تحتوي على كسور دقيقة لا يزال بإمكانها توليد الطاقة الكاملة طوال عمر الوحدة. يمكن أن يكون اختبار الطاقة المتولدة من الألواح الشمسية مثل IV Curve و PV Curve دليلاً لتحديد ما إذا كان فقدان الطاقة بسبب الشقوق الصغيرة أو بسبب اخر.
وفي الختام، يتطلب قرار بناء محطة للطاقة الشمسية في منطقة عالية المخاطر ومعرضة للبَرَد الاهتمام في تقييم مخاطر ما قبل البناء، وبرامج أنظمة التتبع، وبيانات الطقس التاريخية لتوفير أفضل المعلومات للتقليل من الخسائر المحتملة للبَرَد. ويُنصح بالتعامل مع الاستشاريين والمختصين في مجال الطاقة المتجددة والطقس للمساعدة على اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن المخاطر والتقليل من حدوثها.
المرجع:
https://www.jdsupra.com/legalnews/solar-farm-hail-damage-the-perfect-storm-2861684/
