ينصب تركيز المهندسين عند تصميم مشاريع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق الخدمية غالباً على العناصر الأساسية، مثل كفاءة العواكس أو الإنتاجية المكتسبة من استخدام الألواح ثنائية الوجه. ولكن تكشف البيانات الميدانية عن واقع مختلف؛ إذ نادراً ما تكمن نقاط الضعف الحقيقية في المكونات الأساسية، بل تظهر المخاطر الفعلية عند نقاط الربط الحيوية.
تشير أحدث الأبحاث إلى أن 74% من المشاكل المكتشفة في أنظمة الطاقة الشمسية ترتبط بتوزيع التيار المستمر (DC)، وتحديداً في أسلاك ووصلات النظام الشمسي. (المصدر: The Solargrade PV Health Report, Heliovolta)
ورغم أن التعامل معها غالباً يكون كمكونات ثانوية بسيطة، إلا أن وصلات وأسلاك التيار المستمر تتحمل تدفق الطاقة في المحطة بالكامل، كما أن تأثيرها على السلامة وكفاءة النظام أكبر بكثير من تكلفتها. فمن منظور الموثوقية، تمثل هذه الأجزاء خط الدفاع الأول ضد الأعطال الحرارية وأقواس التيار المستمر “DC Arcs ” والتي تعد المسبب الرئيسي للحرائق في سلاسل الألواح الشمسية.
تأثير العوامل الميكانيكية على مقاومة التلامس
يعتبر ناقل التيار المستمر حلقة الوصل الوظيفية لتدفق الطاقة، لكن أداءه يعتمد على توازن فيزيائي حساس. وثمة عوامل عملية قد تؤدي لارتفاع مقاومة التلامس، منها:
- رداءة التركيب أو عدم إكمال التوصيل.
- انخفاض جودة المعادن المستخدمة أو عمليات الطلاء.
- ضعف عزل المكونات عن البيئة المحيطة.
تؤدي زيادة المقاومة الكهربائية إلى تفاقم مخاطر الأعطال الحرارية وحدوث الأقواس الكهربائية الخطيرة، وهي تحديات تزداد حدتها في البيئات القاسية لشبه الجزيرة العربية؛ حيث يتسبب تسلل الغبار والرمال الناعمة إلى الواجهات الميكانيكية في تقادم الأداء وزيادة المقاومة. وفي ظل هذه الظروف، تبرز ممارسات التركيب والتجميع الدقيقة كضرورة ملحة، وهنا تظهر القيمة النوعية لتقنية ‘MULTILAM’ من شتويبلي “Stäubli” التي تضمن استقرار مقاومة التلامس وحمايتها من التذبذب، حتى عند التعرض لدورات حرارية قاسية أو جزيئات ملوثة متطايرة. إن هذا الاستقرار التقني لا يحمي النظام فحسب، بل يمثل الركيزة الأساسية لضمان قابلية التمويل “Bankability” واستدامة العوائد الاستثمارية للمشروع على المدى الطويل.
إدارة الإجهاد الحراري: المستوى الثاني (Level 2)
تتجاوز حرارة تشغيل الألواح الشمسية الحدود القياسية في صحاري الخليج العربي وبلاد الشام، إذ تصل درجات حرارة التشغيل إلى 70 درجة مئوية أو أكثر. ولمعالجة ذلك، حددت لجنة “IEC TC 82” مواصفة تقنية “IEC TS 63126” لمساعدة المهندسين في اختيار المكونات التي تناسب البيئات التي تتخطى الحدود القياسية.
يجب على المطورين في منطقة الشرق الأوسط وشمال أفريقيا التركيز على مستويين لدرجات الحرارة حددهما هذا المعيار:
- المستوى الأول: للمواقع التي تقل فيها حرارة تشغيل الألواح عن 80 درجة مئوية، فيجب استخدام وصلات تتحمل درجة حرارة قصوى لا تقل عن 95 درجة مئوية.
- المستوى الثاني: وهي الفئة الأعلى (حرارة تشغيل تصل إلى 90 درجة مئوية)، وتتطلب درجة حرارة قصوى للناقل لا تقل عن 105 درجة مئوية لمنع التآكل المبكر للمواد وتجنب خفض الاستطاعة المنتجة.
اجتازت وصلات “MC4″ الأصلية من شتويبلي اختبارات “TÜV Rheinland” للحرارة التي تصل فيها إلى 105 درجة مئوية، مستوفيةً متطلبات المستوى الثاني. إن اختيار وصلات تلبي هذه الحدود يحمي النظام من الفشل الحراري عبر العقود ويضمن استمرارية عوائد الطاقة.
يعد ضمان الحد الأدنى لدرجة الحرارة عند 105 درجة مئوية في هذه البيئات القاسية ضرورة مالية بقدر ما هي ضرورة تقنية. فبدون هذا الهامش الحراري، يتم اللجوء إلى تقليل الاستطاعة الإنتاجية كإجراء وقائي لمنع ارتفاع حرارة المكونات وتلفها. بالنسبة للمشاريع على نطاق المرافق، يترجم أي انخفاض طفيف في خرج التيار إلى خسائر فادحة في الإيرادات بمرور الوقت. تحمي مكونات شتويبلي المعتمدة القابلية البنكية للمشروع من خلال الحفاظ على الأداء الكامل تحت الإجهاد الحراري للمستوى الثاني، مما يضمن بقاء إنتاج الطاقة ثابتًا وبقاء الاستثمار آمنًا من مخاطر التقادم الحراري.
المرتفعات الشاهقة ومخاطر الوميض الكهربائي
يغير الارتفاع من فيزياء العزل الكهربائي؛ فمع انخفاض ضغط الهواء في المرتفعات، تزداد مخاطر ظاهرة تأين الهواء والوميض الكهربائي “Flashover” بشكل ملحوظ.
تغطي معظم مواصفات السلامة القياسية العمل حتى ارتفاع 2,000 متر فقط، بينما يتطلب المعيار ” IEC 60664-1:2020″ من المصممين زيادة مسافات الأمان أو التحقق من الأداء عبر اختبارات الجهد المرتفع جداً. وهنا توفر وصلات “MC4” الأصلية هامش أمان ضرورياً، فهي معتمدة من “TÜV Rheinland” للاستخدام حتى ارتفاع 5000 متر، مما يحافظ على سلامة العزل في الأماكن التي قد تتعطل فيها الأجزاء الأساسية.
تصنيف الحماية (IP): من المحطات العائمة إلى الأودية
تؤدي الرطوبة العالية إلى التآكل، مما يجعل الالتزام بمعيار “IEC 61701” لمقاومة رذاذ الملح أمراً ضرورياً. وفي حالات خاصة مثل أنظمة الطاقة الشمسية العائمة أو المشاريع في الأودية المعرضة للفيضانات، يصبح تصنيف الحماية “IP” خط الدفاع الرئيسي. تعالج وصلات “MC4-Evo 2” ذلك برفع درجة الحماية، إذ أظهرت الاختبارات عدم نفاذ المياه إليها حتى بعد غمرها على عمق متر واحد لمدة 168 ساعة، وهو مستوى حماية بالغ الأهمية للأجزاء المعرضة للرطوبة الدائمة أو مخاطر الغمر.
الخلاصة
يعد اختيار الوصلات عالية الجودة—وهي المكونات الأصغر والأكثر استهانة بها—قراراً هندسياً استراتيجياً خاصةً في قطاع المشاريع على نطاق المرافق الخدمية. إن حلول الربط البيني الموثوقة هي ما يحافظ على سلامة النظام رغم الحرارة الشديدة والأشعة فوق البنفسجية. البيانات التقنية واضحة: الموثوقية على مستوى الربط هي السبيل الوحيد لضمان مشروع آمن، مستدام، وقابل للتمويل.
