حققت الخلايا الشمسية البيروفسكايتية (شركات الخدمات الخاصة) كفاءة تحويل الطاقة (بي سي إي) تصل إلى26.95%في ظل ظروف الاختبار القياسية (شركة الاتصالات السعودية). تحول تركيز البحث الحالي من تحسين الكفاءة إلىتعزيز قابلية التوسع والاستقراراستنادًا إلى أربع سنوات من البيانات الخارجية من برلين، تكشف هذه الدراسة عن تقلبات موسمية كبيرة في الأداء في شركات الخدمات الخاصة:أداء مستقر في الصيف ولكن انخفاض كبير في الشتاء (حتى 30٪)تُعزى هذه الظاهرة إلى التأثيرات المُجتمعة لعوامل مُتعددة، بما في ذلك التغيرات الطيفية، ومعاملات درجة الحرارة، وخسائر ام بي بي تي، وتأثيرات عدم الاستقرار. يُمكّن اختبار تتبع نقطة القدرة القصوى (ام بي بي تي) الاختبارات المُخصصة للمناخ من تحديد تأثير ديناميكيات عدم الاستقرار بدقة.
التصميم التجريبي
في برلين (منطقة مناخ معتدل منخفض الإشعاع)،خلية بيروفسكايت دبوسية مغلفة بزجاج زجاجي(الهيكل: منظمة التجارة الدولية | 2PACz | سي اس₀.₁₅ الاتحاد الانجليزي لكرة القدم₀.₈₅ PbI₂.₅₅ بر₀.₄₅ | C₆₀ | أكسيد القصدير₂ | النحاس، فجوة النطاق 1.65 إلكترون فولت) تعرض لـتجربة التعرض الخارجي لمدة 4 سنوات
. سجل نظام جمع البيانات البيانات الطيفية ودرجة الحرارة والإشعاع كل5 دقائق، تم حساب متوسط بي سي إي اليومي، وإعادة اختبار الخلايا بشكل دوري في ظل ظروف شركة الاتصالات السعودية الداخلية.
نظرة عامة على النتائج الخارجية
ذروة الإنفاق الاستهلاكي الشخصي في الصيف:لا يوجد تدهور في السنوات 1-2؛ انخفاض تراكمي بنسبة ≈2% بحلول العام 4.
أحواض بي سي إي الشتوية: بالفعلانخفاض بنسبة 30% في الشتاء الأولمع انخفاض تراكمي من شتاء إلى شتاء بنسبة 40% تقريبًا على مدى أربع سنوات.
بيانات شركة الاتصالات السعودية الداخلية:تدهور خطي بنسبة 6٪ سنويًا، ولكن تحت تأثير العوامل الموسمية، كان التدهور الخارجي من الصيف إلى الصيف 3٪ فقط سنويًا، بينما وصل التدهور من الشتاء إلى الشتاء9%/سنة.
العوامل المؤثرة الموسمية
1. الاختلافات الطيفية
الظروف الطيفية عامل حاسم يؤثر على أداء الخلايا الكهروضوئية البلورية. تختلف الأطياف الخارجية باختلاف الفصول والظروف الجوية، وتُعدّ الخلايا الكهروضوئية البلورية البلورية أكثر حساسية للتغيرات الطيفية نظرًا لضيق نطاق استجابتها الطيفية (≈300-800 نانومتر). وقد حدّدت هذه الدراسة كمية إثراء الأطياف بالضوء الأزرق والضوء الأحمر باستخداممتوسط طاقة الفوتون (قرد)أظهرت النتائج أن أطياف الصيف غنية بالضوء الأزرق، بينما أطياف الشتاء غنية بالضوء الأحمر، مما يؤدي إلىالفرق الحالي يصل إلى 10٪تحت مستويات إشعاعية متطابقة.
2. معامل درجة الحرارة
عادةً ما يكون معامل درجة الحرارة (γ) لخلايا لجنة الخدمة العامة سالبًا، مما يشير إلى انخفاض الأداء مع ارتفاع درجة الحرارة. ومع ذلك، مع تقدم عمر الخلايا، يصبح معامل درجة الحرارة لعامل التعبئة (اف اف) موجبًا، مما يؤدي إلى:أداء أفضل لخلايا لجنة الخدمة العامة القديمة تحت درجات حرارة الصيف المرتفعةويتناقض هذا بشكل حاد مع تقنيات الطاقة الكهروضوئية التقليدية (على سبيل المثال، الخلايا الشمسية السيليكونية).
3. خسارة تتبع الهستيريسيس وMPPT في المشروع المشترك
تباطؤ الجهد المشترك ظاهرة شائعة في خلايا الطاقة الشمسية الكهروضوئية، تؤثر على دقة تتبع نقطة القدرة القصوى (عضو البرلمان). أظهرت التجارب أن التباطؤ يزداد بشكل ملحوظ مع التقدم في السن وانخفاض درجات الحرارة، مما يقلل من جودة تتبع نقطة القدرة القصوى.5 درجات مئوية، تجاوز تقلب جهد تتبع ام بي بي تي 35٪مما يؤدي إلى فقدان كبير للطاقة. يظهر هذا التأثير بشكل خاص في فصل الشتاء، مما يقلل من إنتاج الطاقة من خلايا الطاقة الشمسية.
4. تأثيرات عدم استقرار البيروفسكايت
يُعدّ عدم الاستقرار الناتج عن تأثير امتصاص الضوء (كلية لندن للاقتصاد) سمةً أساسيةً تُميّز البيروفسكايت مقارنةً بالخلايا الكهروضوئية التقليدية. وقد أظهرت التجارب أن الخلايا الجديدة تصل إلى تشبع الضوء في غضون دقائق، بينما تتطلب الخلايا المُسنّةأكثر من 72 ساعة من الإضاءة المستمرةللتشبع. بالإضافة إلى ذلك، تؤثر درجة الحرارة بشكل كبير على كفاءة الطاقة الضوئية (كلية لندن للاقتصاد). في ظل انخفاض درجات الحرارة الشتوية وظروف الإضاءة، تبقى كفاءة الطاقة الضوئية غير مشبعة، مما يؤدي إلى كسب جهد غير كافٍ وتدهور في الأداء. يُعد هذا التأثير عاملاً رئيسيًا في الأداء الموسمي لخلايا الطاقة الشمسية.
يعتمد حجم التغيرات الموسمية في خلايا البيروفسكايت الشمسية على المناخ وخصائص الجهاز. بالمقارنة مع برلين، تُظهر المناطق الأقرب إلى خط الاستواء تغيرات طيفية أصغر، مما يُقلل من فروق التيار الناتجة عن التحولات الطيفية. بالإضافة إلى ذلك، قد تنخفض خسائر درجات الحرارة المنخفضة في المناخات الأكثر دفئًا. ومع ذلك، قد تتفاقم خسائر ام بي بي تي مع التقدم في السن وانخفاض درجات الحرارة في المناخات الأكثر دفئًا. ويظل عدم الاستقرار عاملًا رئيسيًا في الأداء الموسمي، وخاصةً في درجات حرارة الشتاء المنخفضة وظروف الإضاءة، حيث يؤدي عدم تشبع كلية لندن للاقتصاد إلى تدهور الأداء.
النقاط الرئيسيةتؤثر التغيرات الموسمية بشكل كبير على أداء خلايا البيروفسكايت الشمسية، حيث تنخفض كفاءتها شتاءً بنسبة تصل إلى 30% بسبب التحولات الطيفية، وتأثيرات درجة الحرارة، وخسائر ام بي بي تي، وعدم الاستقرار. يُعد اختبار ام بي بي تي بالغ الأهمية لقياس هذه التأثيرات وتحسين الاستقرار.
