ما هي المدة التي تدوم فيها الألواح الشمسية السكنية؟

غالبًا ما تُباع الألواح الشمسية السكنية بقروض طويلة الأجل أو عقود إيجار، حيث يبرم أصحاب المنازل عقودًا لمدة ٢٠ عامًا أو أكثر. ولكن ما هي مدة صلاحية الألواح، وما مدى مرونتها؟

يعتمد عمر الألواح على عدة عوامل، منها المناخ، ونوع الوحدة، ونظام الرفوف المستخدم، وغيرها. ورغم عدم وجود تاريخ انتهاء صلاحية محدد لكل لوحة، إلا أن انخفاض الإنتاج بمرور الوقت غالبًا ما يُجبر المعدات على التقاعد.

عند اتخاذ قرار بشأن ما إذا كان يجب عليك إبقاء لوحة الطاقة الخاصة بك قيد التشغيل لمدة 20 إلى 30 عامًا في المستقبل، أو البحث عن ترقية في ذلك الوقت، فإن مراقبة مستويات الإنتاج هي أفضل طريقة لاتخاذ قرار مستنير.

التدهور

ووفقاً للمختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL)، فإن فقدان الإنتاج بمرور الوقت، والذي يسمى التدهور، يصل عادة إلى حوالي 0.5% سنوياً.

عادةً ما يعتبر المصنعون أن فترة تتراوح بين 25 و30 عامًا هي الفترة التي يصل فيها التلف إلى حدٍّ كافٍ، مما قد يُحتم استبدال اللوحة. وأفاد المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) بأن معيار ضمانات التصنيع في الصناعة هو 25 عامًا على وحدات الطاقة الشمسية.

بالنظر إلى معدل التدهور السنوي القياسي البالغ 0.5%، فإن اللوحة التي يبلغ عمرها 20 عامًا قادرة على إنتاج حوالي 90% من قدرتها الأصلية.

قد تؤثر جودة الألواح على معدلات التدهور. أفادت المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) أن الشركات المصنعة الفاخرة مثل باناسونيك وإل جي تسجل معدلات تدهور تبلغ حوالي 0.3% سنويًا، بينما تصل معدلات تدهور بعض العلامات التجارية إلى 0.80%. بعد 25 عامًا، لا تزال هذه الألواح الفاخرة قادرة على إنتاج 93% من إنتاجها الأصلي، بينما يمكن للألواح ذات معدل التدهور الأعلى أن تنتج 82.5%.

(يقرأ: "باحثون يقيمون التدهور في أنظمة الطاقة الشمسية التي يزيد عمرها عن 15 عامًا")

يُعزى جزء كبير من التدهور إلى ظاهرة تُسمى التدهور المُستحث بالجهد (PID)، وهي مشكلة تُعاني منها بعض الألواح، وليس جميعها. يحدث التدهور المُستحث بالجهد (PID) عندما يُسبب جهد اللوح وتيار التسرب حركة الأيونات داخل الوحدة بين مادة أشباه الموصلات وعناصر أخرى فيها، مثل الزجاج أو الحامل أو الإطار. يؤدي هذا إلى انخفاض كبير في قدرة خرج الطاقة للوحدة، في بعض الحالات.

يقوم بعض المصنعين ببناء لوحاتهم باستخدام مواد مقاومة للتباين التفاضلي والتكاملي في الزجاج والتغليف والحواجز الانتشارية.

جميع الألواح الشمسية تعاني أيضًا من ظاهرة تُسمى التدهور الناتج عن الضوء (LID)، حيث تفقد الألواح كفاءتها خلال الساعات الأولى من تعرضها لأشعة الشمس. يختلف التدهور الناتج عن الضوء من لوح إلى آخر بناءً على جودة رقائق السيليكون البلورية، ولكنه عادةً ما يؤدي إلى انخفاض في الكفاءة لمرة واحدة بنسبة 1-3%، وفقًا لمختبر PV Evolution Labs للاختبارات.

التجوية

يُعدّ التعرّض للظروف الجوية العامل الرئيسي في تدهور الألواح. وتُعدّ الحرارة عاملاً رئيسياً في أداء الألواح في الوقت الفعلي وتدهورها مع مرور الوقت. كما تؤثر الحرارة المحيطة سلباً على أداء وكفاءة المكونات الكهربائية.وفقًا للمختبر الوطني للطاقة المتجددة.

من خلال التحقق من ورقة بيانات الشركة المصنعة، يمكن العثور على معامل درجة حرارة اللوحة، والذي سيوضح قدرة اللوحة على الأداء في درجات حرارة أعلى.

يوضح هذا المُعامل مقدار فقدان الكفاءة الفعلية مع كل درجة مئوية أعلى من درجة الحرارة القياسية البالغة 25 درجة مئوية. على سبيل المثال، يعني مُعامل درجة حرارة -0.353% أنه مع كل درجة مئوية أعلى من 25 درجة مئوية، يُفقد 0.353% من إجمالي القدرة الإنتاجية.

يؤدي التبادل الحراري إلى تدهور الألواح من خلال عملية تُسمى الدورة الحرارية. فعندما تكون درجة الحرارة مرتفعة، تتمدد المواد، وعندما تنخفض، تنكمش. تُسبب هذه الحركة تشققات دقيقة في الألواح تدريجيًا مع مرور الوقت، مما يُقلل من إنتاجيتها.

في تقريرها السنويدراسة بطاقة نتائج الوحدةقامت شركة PVEL بتحليل 36 مشروعًا للطاقة الشمسية قيد التشغيل في الهند، ووجدت آثارًا كبيرة ناجمة عن التدهور الحراري. بلغ متوسط ​​التدهور السنوي للمشاريع 1.47%، لكن المصفوفات الموجودة في المناطق الجبلية الباردة تدهورت بنحو نصف هذا المعدل، أي بنسبة 0.7%.

التركيب السليم يُساعد في معالجة مشاكل الحرارة. يجب تركيب الألواح على بُعد بضع بوصات من السطح، ليتدفق الهواء الحراري أسفلها ويُبرّد المعدات. يُمكن استخدام مواد فاتحة اللون في تصنيع الألواح للحد من امتصاص الحرارة. كما يجب وضع مكونات مثل العاكسات والمجمعات، التي يكون أداؤها حساسًا للحرارة بشكل خاص، في مناطق مظللة.اقترح CED Greentech.

الرياح حالة جوية أخرى قد تُلحق الضرر بالألواح الشمسية. فالرياح القوية قد تُسبب انحناءً للألواح، وهو ما يُسمى بالحمل الميكانيكي الديناميكي. كما يُسبب هذا تشققات دقيقة في الألواح، مما يُقلل من إنتاجيتها. بعض حلول الرفوف مُحسّنة للمناطق ذات الرياح العاتية، حيث تحمي الألواح من قوى الرفع القوية وتحد من التشققات الدقيقة. عادةً، تُقدم ورقة بيانات الشركة المُصنّعة معلومات عن أقصى رياح يُمكن للوح تحمّلها.

ينطبق الأمر نفسه على الثلج، الذي قد يُغطي الألواح خلال العواصف الشديدة، مما يُقلل من إنتاجيتها. كما يُمكن أن يُسبب الثلج حملاً ميكانيكياً ديناميكياً، مما يُؤدي إلى تدهور الألواح. عادةً ما ينزلق الثلج عن الألواح، لأنها زلقة وتتدفق بسخونة، ولكن في بعض الحالات، قد يُقرر صاحب المنزل إزالة الثلج عنها. يجب القيام بذلك بحذر، لأن خدش السطح الزجاجي للوح قد يُؤثر سلباً على إنتاجيته.

(يقرأ: "نصائح للحفاظ على نظام الطاقة الشمسية على سطح منزلك يعمل بكفاءة على المدى الطويل")

التلف جزء طبيعي لا مفر منه من عمر الألواح الشمسية. التركيب السليم، وإزالة الثلوج بعناية، وتنظيف الألواح بعناية يمكن أن يساعد في تحسين الأداء، ولكن في النهاية، الألواح الشمسية تقنية خالية من الأجزاء المتحركة، ولا تتطلب سوى القليل جدًا من الصيانة.

المعايير

لضمان عمر افتراضي طويل للوحة وتشغيلها وفقًا للخطة، يجب أن تخضع لاختبارات معيارية للحصول على الشهادة. تخضع الألواح لاختبارات اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC)، والتي تنطبق على الألواح أحادية ومتعددة البلورات.

وقال EnergySageتُختبر الألواح التي تستوفي معيار IEC 61215 من حيث خصائصها الكهربائية، مثل تيارات التسرب الرطبة ومقاومة العزل. كما تخضع لاختبار حمل ميكانيكي للرياح والثلوج، واختبارات مناخية للتحقق من نقاط الضعف في مواجهة البقع الساخنة، والتعرض للأشعة فوق البنفسجية، والرطوبة المتجمدة، والحرارة الرطبة، وتأثير البَرَد، وغيرها من عوامل التعرض الخارجية.

تحدد المواصفة IEC 61215 أيضًا مقاييس أداء اللوحة في ظروف الاختبار القياسية، بما في ذلك معامل درجة الحرارة، وجهد الدائرة المفتوحة، وأقصى طاقة خرج.

يُلاحظ أيضًا في ورقة مواصفات الألواح ختم شركة Underwriters Laboratories (UL)، التي تُجري أيضًا المعايير والاختبارات. تُجري UL اختبارات المناخ واختبارات التقادم، بالإضافة إلى مجموعة كاملة من اختبارات السلامة.

الأعطال

يحدث فشل الألواح الشمسية بمعدل منخفض. NRELأجرى دراسةمن بين أكثر من 50 ألف نظام تم تركيبها في الولايات المتحدة و4500 نظام عالميًا بين عامي 2000 و2015، وجدت الدراسة معدل فشل متوسط ​​يبلغ 5 لوحات من أصل 10000 سنويًا.

لقد تحسن معدل فشل الألواح بشكل ملحوظ بمرور الوقت، حيث وجد أن الأنظمة التي تم تركيبها بين عامي 1980 و2000 أظهرت معدل فشل ضعف المجموعة التي تم تركيبها بعد عام 2000.

(يقرأ: "أفضل العلامات التجارية للألواح الشمسية من حيث الأداء والموثوقية والجودة")

نادرًا ما يُعزى توقف النظام إلى عطل في الألواح. في الواقع، وجدت دراسة أجرتها شركة kWh Analytics أن 80% من حالات توقف محطات الطاقة الشمسية ناتجة عن عطل في العاكسات، وهي الجهاز الذي يُحوّل تيار اللوحة المستمر إلى تيار متردد صالح للاستخدام. ستُحلل مجلة PV أداء العاكسات في الجزء التالي من هذه السلسلة.