تحديات الأداء الحراري واستراتيجيات التخفيف للوحدات الكهروضوئية في المناخات مرتفعة الحرارة: دراسة حالة لثلاث مدن ليبية في مناطق مختلفة

الملخص

تقدم هذه الدراسة استقصاءً شاملاً لأداء الوحدات الكهروضوئية (PV) تحت ظروف مناخية متنوعة، مع التركيز بشكل خاص على تدهور الأداء الناتج عن ارتفاع درجات حرارة التشغيل. باستخدام إطار محاكاة قائم على برنامج MATLAB يرتكز على نموذج الدائرة المكافئة ذات الديود الواحد، تم تحليل الخصائص الكهربائية لوحدة سيليكون بلورية قياسية عبر ثلاث مدن ليبية متمايزة جغرافياً: طرابلس (ساحلية معتدلة)، سبها (حارة جافة)، والكفرة (شبه استوائية مرتفعة). يدمج النموذج بيانات الأرصاد الجوية الواقعية، بما في ذلك درجة الحرارة المحيطة والإشعاع الشمسي وسرعة الرياح، لحساب درجة حرارة الخلية وتأثيرها على المعاملات الكهربائية ديناميكياً. وتحدد النتائج كمياً خسارة كبيرة في الكفاءة في المناطق الأكثر حرارة، مدفوعة بمعامل درجة الحرارة السلبي للوحدة. وتجلى ذلك في انخفاض ملحوظ في جهد نقطة الطاقة القصوى (MPP) وتشوه واضح في منحنيات (I-V) في المناخات الصحراوية مقارنة بالمناطق الساحلية. وبالتحديد، تحافظ طرابلس على أعلى كفاءة تشغيلية (فوق 17.5%) على مدار العام بسبب مناخها الأبرد، بينما تسجل الكفرة، رغم مواردها الشمسية الفائقة، أدنى كفاءة بسبب الخسائر الحرارية الكبيرة. علاوة على ذلك، تقيم الدراسة إمكانات التبريد النشط كتدخل للإدارة الحرارية. وتؤكد النتائج على ضرورة تحسين الأنظمة الكهروضوئية حسب طبيعة كل منطقة، كما تثبت فاعلية النمذجة الحاسوبية التنبؤية في تعزيز عوائد الطاقة في البيئات القاسية.