نمذجة وتحليل التأثيرات البيئية على خصائص الخلايا الكهروضوئية باستخدام MATLAB

Abstract

تتناول هذه الدراسة أداء وحدة الخلايا الكهروضوئية في ظل ظروف بيئية مختلفة، مع التركيز على التأثيرات المشتركة للإشعاع الشمسي، وتغيرات درجة الحرارة، وعكارة الغلاف الجوي على الخصائص الكهربائية وقدرة خرج النظام الكهروضوئي. أُجريت محاكاة عددية للحصول على خصائص التيار-الجهد (I-V) والقدرة-الجهد (P-V) ضمن نطاق درجة حرارة من 0°C إلى 75°C ، ومستويات إشعاع شمسي تتراوح من 400 W/m² إلى 1000 W/m². علاوة على ذلك، أُدرجت عكارة الغلاف الجوي في النموذج لتقييم تأثيرها في تخفيف الإشعاع الطيفي الساقط على وحدة الخلايا الكهروضوئية. تشير النتائج إلى أنه في ظل ظروف الاختبار القياسية (25°C ، 1000 W/m²)، تحقق وحدة الخلايا الكهروضوئية أقصى قدرة خرج (Pmax) تبلغ حوالي 105 W. وتؤدي زيادة الإشعاع الشمسي من 400 W/m² إلى 1000 W/m² إلى تحسين ملحوظ في تيار الدائرة القصيرة وأقصى قدرة خرج، بينما لا يُظهر جهد الدائرة المفتوحة سوى تغير طفيف. في المقابل، تؤدي زيادة درجة حرارة التشغيل من 0°C إلى 75°C إلى تدهور ملحوظ في الأداء، مما يقلل Pmax إلى حوالي 80W نتيجة لانخفاض جهد الخرج. علاوة على ذلك، وُجد أن عكارة الغلاف الجوي تؤثر سلبًا على أداء الخلايا الكهروضوئية من خلال إضعاف الإشعاع الشمسي الساقط، مما يؤدي إلى انخفاض في أقصى قدرة خرج في ظل ظروف إشعاع متطابقة. بشكل عام، تؤكد النتائج التي تم الحصول عليها أن درجة الحرارة تؤثر بشكل رئيسي على خصائص جهد وحدة الخلايا الكهروضوئية، في حين أن عكارة الغلاف الجوي تقلل بشكل كبير من التيار المتولد نتيجة التوهين للإشعاع الشمسي. توفر هذه النتائج إرشادات مفيدة لتحسين ونشر أنظمة الخلايا الكهروضوئية بشكل موثوق في البيئات المتربة والغنية بالهباء الجوي.