اعتمد الناس في الآونة الأخيرة على أنظمة الطاقة الشمسية بغية تحقيق أهداف كثيرة كتقليل الاعتماد على الوقود الاحفوري والحد من الانبعاثات الكربونية وفي مقدمتها تحقيق وفورات كبيرة في فواتير الكهرباء ولكن لم يعلموا أن أشياء بسيطة مثل الظلال قد تعيق تحقيق أهدافهم.. قد يبدو الأمر مثيراً للسخرية ولكن يعتبر الظل الذي يسقط على الألواح الشمسية بمثابة لص صغير يسرق جزءاً من الطاقة ويمكننا القول أن التظليل يعتبر أحد أكبر التحديات التي تواجه أصحاب المنظومات الشمسية. في هذا المقال سنتعرف على مفهوم التظليل، أسبابه وأنواعه وكيف طورت شركة مبتكرة مثل لونجي حلولاً لهذه المشكلة.
التظليل على الألواح الشمسية
يعتبر التظليل ما لم يؤخذ في الاعتبار أسوأ كابوس لنظام الألواح الشمسية. ووفقًا لبعض الخبراء، فقد يخسر أصحاب المنظومة ما يصل إلى 40% من الطاقة الكهربائية المولدة من الألواح الشمسية بسبب الظل. وذلك لأن الظل الذي يتشكل على اللوح الشمسي يقلل من كمية ضوء الشمس التي تصل إلى السطح. مما يؤثر على إنتاج الطاقة من ألواح الطاقة الكهروضوئية.
العوامل المؤثرة على تظليل الألواح الشمسية
هناك عدة أنواع من التظليل يجب مراعاتها عند تركيب نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية. يمكن أن يأتي التظليل بأشكال عديدة، وقد يكون موسميًا وفريدًا لكل منزل ومنشأة. ويمكننا أن نعرّف نوعين من التظليل: ديناميكي وثابت.
التظليل المتغير (الديناميكي) مثل الظلال التي تلقيها السحب المتحركة والأوراق المتساقطة، هو شكل مؤقت من التظليل. ويشمل هذا أيضًا التظليل الناتج عن الثلج ومخلفات الطيور وحتى الغبار
وعلى العكس من ذلك، يمكن التخطيط مسبقاً للتظليل الثابت مثل الظل الناتج عن الأشجار المحيطة وأطباق الأقمار الصناعية والمباني والمداخن وصفوف الألواح الكهروضوئية الأخرى. وذلك لأن التظليل ناتج عن عائق موجود مسبقًا.
كيف يؤثر تظليل الألواح الشمسية على أدائها؟
تقليدياً، يتم توصيل الألواح الشمسية في سلسلة من السلاسل المتوازية. وهذا يعني أنه إذا تم تغطية لوح واحد بالظل من شجرة أو مدخنة، فإن جميع الألواح المتصلة داخل السلسلة ستفقد طاقتها أيضًا أي أن جميع الألواح في نفس السلسلة تتأثر بأدنى أداء لأي لوح فيها. وبغض النظر عن عدد الخلايا في الصف فإن تظليل خلية واحدة فقط في اللوح الشمسي يؤدي إلى انخفاض طاقة خرج اللوح وخروج كامل السلسلة عن الخدمة.
ومن الجدير بالذكر أن الكاتب جيل ماسترز أوضح في كتابه ” Renewable Energy and Efficient Electric Power Systems” أن تظليل خلية واحدة فقط من بين 36 خلية في لوح شمسي صغير يمكن أن يقلل من إجمالي إنتاج الطاقة بنسبة تصل إلى 75%.
فعند تظليل جزء من لوح شمسي، فإن ذلك يؤدي إلى زيادة انخفاض جهد الخلايا المظللة والذي يتسبب بدوره في توليد تيار عكسي يعمل على تقليل الجهد الكلي للوح بأكمله. كما يؤدي التيار العكسي إلى تسخين الخلايا المظللة، مما يقلل من كفاءتها ويؤثر سلبًا على عمرها الافتراضي. بالإضافة إلى ذلك فإنه ونتيجة لانخفاض الجهد والتيار، تنخفض القدرة الإجمالية للوح الشمسي بشكل كبير.
حلول مشكلة تظليل الألواح الشمسية
يعد التظليل عقبة يجب مراعاتها عند تركيب الألواح الشمسية. ومع ذلك غالبًا ما يمكن التغلب عليه من خلال التصميم والتخطيط الجيد ومراعاة أوقات اليوم التي يحدث فيها التظليل ومدته ومدى تأثيره على الإنتاجية، وكذلك تقليم الأشجار، أو عن طريق تثبيت إلكترونيات القدرة على مستوى اللوح.
فعلى سبيل المثال يمكن عزل الخلايا المظللة من خلال تثبيت الصمامات الثنائية الالتفافية أو ديودات العبور (Bypass diodes). إذ تقوم هذه العناصر الذكية بإعادة توجيه التيار وتجاوز الخلايا ذات الأداء الضعيف بحيث لا تعد تؤثر على النظام بأكمله.
كما أنه يمكن من أجل زيادة أداء اللوح الشمسي تحت التظليل، توصيل أجهزة حديثة كالعواكس الميكروية (microinverters)، والتي يمكن توصيلها بالألواح الشمسية بشكل فردي إذ يتم توصيل الألواح على التوازي وهذا يعني أن كل لوح سيعمل بأقصى قدرة، دون التأثير على الألواح الأخرى. في هذه الطريقة، وبدلاً من وجود عاكس واحد يخدم جميع الألواح، يمكن أن يكون عاكس ميكروي لكل لوح. تساهم هذه التقنية في تحسين أداء الألواح الشمسية المظللة، وتقليل عدم تطابق المخرجات، وحتى توفير مراقبة على مستوى اللوح.
بالإضافة إلى ذلك يمكن تثبيت مُحسّن الاستطاعة من جهة التيار المستمر والذي يعد طريقة يمكن من خلالها الحفاظ على أقصى قدر من الطاقة الشمسية. حيث يمكن لمُحسّن الاستطاعة ضبط كل من جهد وتيار الخرج. وعندما ينتج لوح مظلل الكهرباء بتيار أقل، يرفع مُحسّن الاستطاعة التيار لمطابقته مع التيار المتدفق من الألواح الشمسية غير المظللة. ثم يقلل المُحسّن من جهد خرجه بنفس مقدار رفع التيار. وهذا يسمح للوح المظلل بإنتاج نفس كمية الطاقة دون المساس بأداء الألواح الأخرى.
علاوة على ذلك تعتبر حماية الألواح الشمسية من الطيور خطوة أساسية لضمان كفاءتها. ولا بد من اتخاذ تدابير فعالة لمنع الطيور من الوصول إلى أسفل نظام الألواح، فهذا لا يحمي الألواح فحسب، بل يساعد أيضًا في الحفاظ على نظافتها، مما يقلل من تراكم مخلفات الطيور الذي قد يؤثر سلبًا على أدائها. أما بالنسبة لتنظيف الألواح الشمسية، فمن الضروري إجراء عملية تنظيف دورية على الأقل مرة واحدة في السنة. فالتخلص من الأوساخ والغبار والملوثات والأوراق والعصارة النباتية التي قد تتراكم على سطح الألواح يسهم في تحسين كفاءتها.
شركة لونجي تطرح أحدث إصداراتها المقاومة للتظليل
أطلقت شركة لونجي “LONGi” الرائدة عالميا في صناعة الطاقة الشمسية أحدث منتجاتها من طراز ” Hi-MO X10″.
تعتمد ألواح Hi-MO X10 على خلايا بتقنية HPBC 2.0 المتقدمة، مما يحقق كفاءة إنتاجية مذهلة تتجاوز 24.8%، وكفاءة خلايا تصل إلى 26.6%. يعمل هذا الابتكار بواسطة رقائق السيليكون TaiRay من النوع N المملوكة لشركة LONGi، على تحسين الأداء من خلال تركيز الخلايا العالي، وتقليل الشوائب، وزيادة مقاومة الكسر.
وقد صُمم لوح Hi-MO X10 ليخفف من مشاكل التظليل من خلال إعادة توجيه تدفق التيار، وتقليل ضياعات الطاقة، فعند حدوث تظليل على خلية ما في هذا اللوح فإن ذلك يؤثر فقط على الخلية المتأثرة بالظل مما يحافظ على كفاءة السلسلة بأكملها ويقلل من ضياعات الطاقة بخلاف الألواح التقليدية والتي يؤثر الظل فيها على كامل الخلايا في السلسلة ويؤدي إلى فقدان طاقتها وضياعات كبيرة في الطاقة. كما تم تصميم هذا اللوح المبتكر ليتحمل الظروف المناخية الصعبة إذ يُخفف بشكل فعال من مشاكل البقع الساخنة وقد نجح في خفض درجات حرارة البقع الساخنة بنسبة 28% ويعود الفضل في ذلك إلى تقنية الانهيار الناعم “soft breakdown”.
كما يوفر التصميم القوي مقاومة فائقة للأشعة فوق البنفسجية وأداءً مضادًا للشيخوخة ومنعًا للشقوق الدقيقة، إلى جانب معامل درجة حرارة رائد في الصناعة يبلغ -0.26%/°C.
ومن السمات البارزة التي تتميز بها ألواح Hi-MO X10 هيكلها “0BB”، الخالي من خطوط الشبكة الأمامية وقضبان التوصيل الخلفية، مما يعزز بشكل كبير من إنتاج الطاقة وثنائية الوجه.
الخلاصة
يعتبر التظليل أحد أكبر التحديات التي تواجه أصحاب الأنظمة الشمسية. ومع ذلك، فإن التطور التكنولوجي المستمر يقدم حلولاً مبتكرة للتغلب على هذه المشكلة. كما رأينا، فإن تقنيات مثل العواكس الميكروية ومحسّنات الاستطاعة والصمامات الثنائية الالتفافية تلعب دورًا حيويًا في تقليل آثار التظليل على كفاءة الألواح الشمسية.
وشركات مثل لونجي تواصل دفع عجلة الابتكار في مجال الطاقة الشمسية، حيث تقدم ألواحًا تتميز بتقنيات متقدمة تقلل بشكل كبير من تأثير التظليل. فمع ظهور مثل هذه الحلول، يمكن لأصحاب المنازل والشركات الاستفادة بشكل كامل من الطاقة الشمسية دون القلق بشأن التحديات التي يمثلها التظليل.
ومع ذلك، فإن التوعية بأهمية اختيار الموقع المناسب للألواح الشمسية وتجنب العوائق التي قد تسبب التظليل لا تزال ضرورية. فبالتخطيط السليم والصيانة الدورية، يمكن ضمان أداء مثالي لأنظمة الطاقة الشمسية على المدى الطويل.
وفي الختام، يمكن القول إن التظليل، على الرغم من كونه تحديًا، إلا أنه ليس عائقًا لا يمكن التغلب عليه. فبفضل التقدم التكنولوجي المستمر والوعي المتزايد بأهمية الطاقة المتجددة، يمكننا أن نتطلع إلى مستقبل أكثر استدامة تلعب الطاقة الشمسية فيه دورًا محوريًا في تلبية احتياجاتنا من الطاقة.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!