الألواح الشمسية ثنائية الوجه مقابل الألواح الشمسية أحادية الوجه: أيهما أفضل أداءً؟

تختلف الألواح الشمسية ثنائية الوجه وأحادية الوجه في كيفية التقاطها لأشعة الشمس، لكن الاختيار بينهما ليس بهذه البساطة، فلا يُفترض أن توليد الطاقة من كلا الجانبين يُحقق نتائج أفضل دائمًا. بالنسبة لأسطح المباني التجارية والمنشآت الصناعية ومشاريع الطاقة الشمسية الأرضية، تعتمد الميزة الحقيقية للوح ثنائي الوجه على كمية الضوء المُستخدَم التي تصل إلى سطحه الخلفي، وما إذا كانت الطاقة الإضافية تُبرر التكلفة الإضافية للنظام.

يساعد فهم هذه الاختلافات مطوري أنظمة الطاقة الشمسية وفرق التوريد على اختيار الوحدات التي تتناسب مع بيئة التركيب. فالهدف ليس اختيار التقنية ذات القدرة النظرية الأكثر إبهارًا، بل تلك التي توفر إنتاجًا موثوقًا للطاقة في ظروف الموقع الفعلية.

ما الفرق بين الألواح الشمسية ثنائية الوجه والألواح الشمسية أحادية الوجه؟

صُممت وحدة الطاقة الشمسية أحادية الوجه أساسًا لتوليد الكهرباء من ضوء الشمس الذي يصل إلى سطحها الأمامي. أما جانبها الخلفي، فلا يُقصد به عادةً تقديم مساهمة إضافية ذات قيمة في إنتاج الطاقة.

يمكن للوحدة الشمسية ثنائية الوجه توليد الكهرباء من سطحيها الأمامي والخلفي. يلتقط الجانب الأمامي ضوء الشمس المباشر والمنتشر، بينما يستفيد الجانب الخلفي من الضوء المنعكس من الأرض أو الأسطح المحيطة الأخرى. وتعتمد كمية الطاقة المولدة من الجانب الخلفي على عوامل مثل انعكاس الأرض، وارتفاع الوحدة، والمسافة بين الصفوف، وزاوية الميل، والتظليل، وخصائص الوحدة ثنائية الوجه.

تُستخدم التصاميم ثنائية الوجه غالبًا في التركيبات الأرضية، ومواقف السيارات الشمسية، وبعض الهياكل المرتفعة حيث يمكن للضوء الوصول إلى السطح الخلفي. بينما تظل الوحدات أحادية الوجه مناسبة للتركيبات التي لا يصل فيها الضوء الكافي إلى الجانب الخلفي، أو عندما تكون بساطة النظام وانخفاض التكلفة الأولية من الأولويات.

كيف يختلف أداء الوحدات ثنائية الوجه والوحدات أحادية الوجه؟

1. توليد الطاقة

تتمثل الميزة الرئيسية للوحدات ثنائية الوجه في قدرتها على التقاط إشعاع إضافي من الجانب الخلفي. وفي ظل ظروف مواتية، يمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة إجمالي إنتاج الكهرباء مقارنةً بتكوين مماثل يعتمد على الجانب الأمامي فقط.

مع ذلك، فإن كمية الطاقة الإضافية تعتمد على الموقع. فالوحدة المثبتة بالقرب من سقف داكن معتم قد لا تحصل إلا على القليل من الإشعاع الشمسي المفيد من الجهة الخلفية. في المقابل، قد تستفيد مجموعة الألواح الشمسية المثبتة على الأرض ذات السطح العاكس والمسافة الكافية من توليد الطاقة من الجهة الخلفية بشكل أكبر.

تعتمد الوحدات أحادية الوجه بشكل أساسي على الإشعاع الشمسي من الجهة الأمامية، مما يُسهّل تقدير أدائها عندما يكون تأثير الضوء من الجهة الخلفية ضئيلاً. ومع ذلك، يمكنها توفير طاقة عالية عند اختيارها وتركيبها بشكل مناسب.

لذلك ينبغي على مطوري المشاريع استخدام نماذج الطاقة الخاصة بالموقع بدلاً من تطبيق نسبة كسب ثنائية الوجه موحدة على كل مشروع.

2. بيئة التركيب

تُعد ظروف التركيب من بين أهم العوامل في الاختيار بين التصميمين.

تُعدّ الألواح الشمسية ثنائية الوجه خيارًا جذابًا لمحطات الطاقة الشمسية الأرضية، ومواقف السيارات الشمسية المرتفعة، والهياكل التي تسمح بوصول الضوء إلى جانبي اللوح. وتعتمد قيمتها على هندسة التركيب والأسطح المحيطة.

تتطلب أسطح المباني التجارية تقييمًا أكثر دقة. قد يحد السطح التقليدي المزود بوحدات شمسية مثبتة بالقرب من سطحه من تعرض الجانب الخلفي للضوء. في مثل هذه الحالات، قد يكون توليد الطاقة الإضافي للوحدات ثنائية الوجه محدودًا. يمكن للتركيب المرتفع، والتباعد المناسب، والأسطح العاكسة تحسين ظروف توليد الطاقة من الجانب الخلفي، ولكنها قد تؤثر أيضًا على التصميم الإنشائي، وحمل الرياح، وتكلفة التركيب، وسهولة الصيانة.

قد تكون الوحدات أحادية الوجه خيارًا مناسبًا للأسقف التي يكون سطحها الخلفي مظللًا أو محجوبًا بشكل كبير. ويعتمد الخيار الأمثل على طريقة التركيب الفعلية وليس على نوع المشروع فقط.

3. تكلفة الوحدة وتكاليف باقي مكونات النظام

لا يمثل سعر الوحدة سوى جزء واحد من التكلفة الإجمالية للمشروع. ينبغي على المشترين أيضًا مراعاة هياكل التركيب، والمكونات الكهربائية، وأجور التركيب، وسهولة الوصول للصيانة، وأي تغييرات تصميمية مطلوبة للاستفادة الفعالة من الإشعاع الشمسي من الجهة الخلفية.

قد توفر الألواح الشمسية ثنائية الوجه طاقة إضافية دون الحاجة إلى زيادة متناسبة في عدد الألواح. مع ذلك، قد يتطلب تحقيق هذه الفائدة تصميمًا يسمح بوصول كمية كافية من الضوء إلى السطح الخلفي. في بعض المواقع، قد يؤدي هذا التصميم إلى زيادة تكاليف الإنشاء أو التركيب.

قد توفر الأنظمة أحادية الوجه تصميمًا أقل تكلفة في الحالات التي لا يكون فيها توليد الطاقة من الجهة الخلفية عمليًا. ويمكن أن يكون استخدامها الأبسط ذا قيمة عندما يكون السقف أو هيكل التثبيت مقيدًا بالفعل.

لذا، فإن المقارنة الصحيحة لا تقتصر على سعر الوحدات ثنائية الوجه مقابل أحادية الوجه، بل تشمل التكلفة الإجمالية للتركيب لكل وحدة طاقة متوقعة طوال عمر تشغيل النظام.

4. التظليل والتباعد وتصميم النظام

يتأثر الإشعاع الضوئي على الجانب الخلفي بالظلال التي تلقيها قضبان التثبيت، والعناصر الهيكلية، والكابلات، والصفوف المجاورة، والأجسام القريبة. كما يمكن أن تؤثر المسافة بين الوحدات وارتفاعها على كمية الضوء المنعكس الذي يصل إلى السطح الخلفي.

قد يختلف التصميم الأمثل للأداء ثنائي الوجه عن التصميم المصمم خصيصًا لتوليد الطاقة من الجهة الأمامية فقط. فعلى سبيل المثال، يمكن أن تؤثر المسافة بين الصفوف على كل من التظليل واستخدام الأرض، بينما يمكن أن يؤثر ارتفاع الوحدة على تعرض الجهة الخلفية والمتطلبات الهيكلية.

ينبغي على المصممين مراعاة هذه العوامل خلال المراحل الأولى من تخطيط المشروع. فتركيب الوحدات ثنائية الوجه دون تقييم الإشعاع الشمسي من الجهة الخلفية قد يُهدر الكثير من إمكاناتها.

أي نوع من الوحدات هو الأفضل لأسطح المباني التجارية؟

بالنسبة للأسطح التجارية النموذجية، يعتمد القرار على انعكاس السطح، وارتفاع التركيب، واتجاه الوحدة، والقيود الهيكلية، ومساحة التركيب المتاحة.

إذا وُضعت الألواح الشمسية بالقرب من سطح سقف داكن، فقد لا يحصل الجانب الخلفي منها على كمية كافية من الضوء المنعكس. في هذه الحالة، قد لا توفر الألواح ثنائية الوجه طاقة إضافية كافية لتبرير سعرها المرتفع. وقد توفر الألواح أحادية الوجه المناسبة جدوى اقتصادية أفضل للمشروع بشكل عام.

إذا كان سطح السقف عاكساً للغاية، وكانت الوحدات مرتفعة بما يكفي للسماح بدخول الضوء من الجهة الخلفية، فقد تستحق التصاميم ثنائية الوجه دراسة متعمقة. وحتى في هذه الحالة، ينبغي نمذجة الفائدة المتوقعة بدلاً من افتراضها.

ينبغي على المشترين التجاريين مقارنة الوحدات المرشحة بناءً على القدرة المقدرة، والكفاءة، والأبعاد، ومعامل درجة الحرارة، والضمان، والخصائص الكهربائية. كما ينبغي عليهم التحقق من توافق تصميم التركيب وتكوين العاكس مع المنتج المختار.

لتقييم فرق المشاريع وحدات الطاقة الشمسية للمنشآت التجارية والصناعية, يكمن المفتاح في مطابقة تكنولوجيا الوحدات النمطية مع الخصائص الفيزيائية للموقع والأهداف المالية للمشروع.

متى تكون الوحدات ثنائية الوجه هي الأنسب؟

تستحق الوحدات ثنائية الوجه التقييم عندما يوفر تركيبها إضاءة خلفية فعالة. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك:

• مصفوفات شمسية مثبتة على الأرض مع تباعد مناسب بين الصفوف وظروف أرضية ملائمة.
• مواقف سيارات مظللة تعمل بالطاقة الشمسية وهياكل مرتفعة تسمح للضوء بالوصول إلى السطح الخلفي.
• التركيبات فوق الأسطح العاكسة حيث يمكن نمذجة الإشعاع الخلفي بشكل موثوق.
• المشاريع التي يُظهر فيها تقييم الطاقة الخاص بالموقع أن التوليد الإضافي يمكن أن يعوض أي زيادة في تكلفة النظام.

لا تضمن هذه الشروط أن تكون الألواح ثنائية الوجه الخيار الأمثل من الناحية الاقتصادية. ينبغي أن يراعي القرار النهائي المناخ المحلي، وانعكاس سطح الأرض، وهندسة المصفوفة، وخصائص الألواح، وتكاليف التركيب.

كيف ينبغي للمشترين مقارنة وحدات الطاقة الشمسية ثنائية الوجه وأحادية الوجه؟

يمكن للتقييم المنظم أن يمنع المشترين من دفع ثمن مزايا الأداء التي لا يستطيع الموقع تقديمها.

قبل تقديم الطلب، ينبغي على المشترين طلب بيانات المنتج ووثائق الاعتماد ذات الصلة. بالنسبة للمنتجات ثنائية الوجه، من المفيد أيضًا توضيح كيفية تحديد الشركة المصنعة لتصنيفات الطاقة وكيفية تفسير بيانات الأداء من الجهتين الأمامية والخلفية. يجب عدم الخلط بين الطاقة الاسمية للجهة الأمامية للوحدة وبين إجمالي الطاقة المضمونة في ظل ظروف موقع غير محددة.

الأسئلة الشائعة

خاتمة

يمكن للألواح الشمسية ثنائية الوجه تحسين إنتاج الطاقة عندما تسمح ظروف الموقع بوصول كمية كافية من الضوء إلى سطحها الخلفي. أما الألواح أحادية الوجه، فتظل خيارًا جيدًا عندما يكون الإشعاع الشمسي من الجانب الخلفي محدودًا، وتكون التكلفة المنخفضة للتركيب هي الأولوية.

بالنسبة لمطوري أنظمة الطاقة الشمسية والمشترين التجاريين، يُعد الخيار الأفضل هو الذي يحقق أعلى عائد اقتصادي للمشروع في ظل ظروف تشغيل واقعية. ويُعتبر تقييم بيئة التركيب، ومقارنة بيانات المنتج الموثقة، ونمذجة إنتاج الطاقة المتوقع، خطوات أساسية لاتخاذ هذا القرار.