تقرير: الحرارة والغبار يقلّلان إنتاج الطاقة الشمسية في أفريقيا جنوب الصحراء

تشير النتائج إلى أن أنظمة توليد الطاقة الشمسية في أفريقيا جنوب الصحراء تفقد كفاءة كبيرة بسبب الحرارة الشديدة وتراكم الغبار.

ووفقاً لوكالة إيكوفين المختصة بالشئون المالية والاقتصادية الإفريقية، استند التقرير المعنون “أداء أنظمة الخلايا الكهروضوئية في أفريقيا جنوب الصحراء في ظل القيود البيئية والتقنية والسياسية” إلى تحليلات ميدانية أُجريت في عدة دول من المنطقة لتقييم خسائر كفاءة الألواح الشمسية.

التأثيرات الحرارية وتداعياتها

ويوضح التقرير، الذي نُشر في مجلة اكتشف الاستدامة العلمية، أن ارتفاع الحرارة المحيطة وشدة أشعة الشمس والرطوبة تسرع التدهور الحراري للخلايا الكهروضوئية. وتضيف هذه الظروف ضغطاً حرارياً يؤثر مباشرةً على أدائها.

وفي مناطق جنوب الصحراء الكبرى، غالباً ما تتجاوز حرارة سطح وحدات الخلايا الكهروضيوية 40 درجة مئوية، وهي أرفع من القيم التي صُممت الأنظمة للعمل عندها.

وتشير دراسات كثيرة إلى أن تجاوز حرارة سطح الوحدة 25 درجة مئوية يؤدي إلى انخفاض في كفاءة تحويل الطاقة، ما يعني أن الخسائر تبدأ قبل وصول الحرارة إلى مستويات قصوى في المنطقة.

وعند المستويات القصوى التي تسجل عادة، قد تتجاوز درجة حرارة الوحدات 70 درجة مئوية، مما يقلل بشكل كبير من جهد الدائرة المفتوحة ويزيد من خسائر إعادة التركيب. وتؤكد البيانات الميدانية أن وحدات السيليكون البلوري، الأكثر انتشاراً، قد تعاني من خسائر كفاءة تتراوح بين 15 و20% تحت هذه الضغوط الحرارية.

وتقلل هذه الخسائر من إجمالي إنتاج الطاقة، خصوصاً في الأنظمة غير المتصلة بالشبكة والأنظمة الريفية التي تكون فيها هوامش السعة محدودة بالفعل.

تراكم الغبار وتأثيره على الأداء

يعد تراكم الغبار مشكلة أخرى تؤثر على أداء منشآت الطاقة الشمسية في أفريقيا جنوب الصحراء، وخصوصاً في المناطق الجافة وشبه الجافة. وعلى خلاف المناطق الصحراوية التي يغلب عليها الغبار المعدني، يحتوي الغبار في معظم أنحاء المنطقة على نسبة أعلى من المواد العضوية وجزيئات حابسة للرطوبة ورواسب مالحة.

وبدون تنظيف دوري، يمكن لهذه الطبقات من الغبار أن تحجب ضوء الشمس وتقلل إنتاج الكهرباء بشكل كبير.

تتراوح نسب انخفاض الإنتاجية بين 20% وأكثر من 60%، ويتأثر هذا الانخفاض بحجم الجسيمات وزاوية الميل والرطوبة. وتختلف درجة انخفاض الكفاءة باختلاف البيئة؛ فالمناطق الصناعية ذات غبار الفحم تسجل انخفاضاً بين 53% و64%، بينما يؤدي الغبار من مواقع البناء والتعدين إلى انخفاض بين 58% و72%، بينما تعاني المناطق الزراعية المتأثرة بغبار الأسمدة العضوية انخفاضاً بين 25% و35%.

يشير التقرير أيضاً إلى أن صيانة منشآت الطاقة الشمسية الريفية ما تزال صعبة نتيجة محدودية البنية التحتية والموارد المالية من إجراء الصيانة الدورية.

التقنيات والالتزامات المستقبلية

وللتقليل من تأثير درجات الحرارة المرتفعة على كفاءة الألواح، درس الباحثون تقنيات التبريد السلبي والفعال، بما في ذلك أنظمة التهوية والمواد المبددة للحرارة والطلاءات العاكسة للأسطح.

وتعمل طرق التبريد السلبي على تحسين الأداء دون زيادة استهلاك الطاقة، بينما تحتاج أنظمة التبريد الفعالة، على الرغم من كفاءتها العالية، إلى الماء أو الكهرباء في كثير من الأحيان، مما يجعلها أقل عمليّة للاستخدام في المناطق النائية.

علاوة على ذلك، تتدهور بعض الطلاءات الواقية بوتيرة أسرع من المتوقع في البيئات الاستوائية، ما يزيد التكاليف على المدى الطويل.

وبالنظر إلى انخفاض كفاءة الألواح نتيجة لهذه الظروف البيئية في أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى، التي تثير مخاوف من موثوقية أحد أهم حلول الطاقة النظيفة في منطقة لا يزال فيها نحو 600 مليون شخص محرومين من الكهرباء، دعا معدو التقرير الشركات الصناعية إلى تبني معايير خاصة بالمنطقة لتصميم الألواح واعتمادها وصيانتها.

وحددوا ثلاث أولويات تتمثل في تطوير مكونات كهروضوئية أكثر ملاءمة للعمل في درجات حرارة عالية، وتكييف بروتوكولات التنظيف مع بيئات المنطقة المليئة بالغبار، وإنشاء أنظمة اعتماد للتقنيات المكيفة مع المناخات الاستوائية.