تعد مشكلة تظليل الألواح الشمسية من أكبر التحديات التي تواجه مستخدمي أنظمة الطاقة الشمسية، ويكثر التسويق في الآونة الأخيرة للألواح التي لا تتأثر بالظل، مما يخلق العديد من التساؤلات حول آلية عملها ومدى جدواها الاقتصادية الفعلية. في هذا المقال سيتم توضيح مفهوم التظليل وأثره على أداء الأنظمة الشمسية، مع عرض أحدث الحلول الفعّالة للتقليل من الخسائر الناتجة عن الظل، وأهم النصائح لاختيار الألواح المناسبة.
الألواح الشمسية لا تتأثر بالظل، كيف يكون ذلك؟
عند سقوط الظل على جزء صغير من اللوح الشمسي، ولو كانت خلية واحدة فقط، ينخفض إنتاج اللوح بشكل ملحوظ بسبب اتصال الخلايا على التوالي، حيث أن مرور التيار يجب أن يشمل جميع الخلايا دون استثناء. إذا تعرضت خلية واحدة للظل، تدخل في حالة انحياز عكسي، فتتحول من مصدر للطاقة إلى عنصر ماص لها، ويحدث عندها ما يسمى بالنقطة الساخنة التي تمرر التيار على شكل حرارة وتسبب ضررًا للوحة. هذه الظاهرة قد تؤدي إلى فقدان قدرة كبيرة من اللوح، وفي بعض الحالات قد تفقد بين 50% و80% من الإنتاج إذا تعرضت نسبة صغيرة فقط للظل.
الحلول الهندسية التقليدية: ديودات الالتفاف
لتفادي أضرار التظليل، جرى منذ البداية استخدام ديودات الالتفاف التي تتجاوز مسار التيار في المجموعات المتأثرة بالظل. عادة، يُقسم اللوح التقليدي (60 أو 72 خلية) إلى ثلاث مجموعات يُزوّد كلٌ منها بديود واحد. إذا غطى الظل مجموعة واحدة، تتوقف عن إنتاج الطاقة بينما يستمر التيار في باقي اللوح، وبالتالي يتم تجاوز هذه المجموعة فقط. يُعالج ذلك خطر النقاط الساخنة ولكنه يُفقد ثلث إنتاج اللوح مباشرة عند تظليل منطقة واحدة فقط.
تصميم نصف الخلية والتطورات الحديثة
بهدف الحد من الخسائر الناتجة عن الألواح الشمسية لا تتأثر بالظل، جرى تطوير الألواح بتقنية نصف الخلية، حيث يُقسم كل لوح إلى مسارين متوازيين، مما يقلل الأثر الناتج عن تظليل أي جزء. في هذا النوع من الألواح، تصبح الخسارة الناتجة عن الظل أقل بكثير (حوالي سدس القدرة في حالات التظليل الجزئي) مقارنة بالتصاميم التقليدية. بالإضافة إلى أن اعتماد مسارين يقلل فقد الطاقة الحرارية في التوصيلات ويحسن الكفاءة الشاملة.
الحل المثالي نظرياً: ديود لكل خلية
التنظير الهندسي يقدم حلاً مثالياً يتمثل بإضافة ديود التفاف لكل خلية منفردة، بحيث يتجاوز التيار مباشرة أي خلية مظللة دون التأثير على باقي السلسلة، ما يقلل الخسارة إلى أدنى حد. ولكن هذا الحل يُعد مكلفاً للغاية، مع زيادة التعقيدات في التصميم والتغليف، كما يؤثر سلباً على الموثوقية طويلة المدى ويؤدي أحيانا لخسائر إضافية نتيجة تعدد العناصر الإلكترونية. ولهذا السبب لم يعتمد تجاريًا إلا في حالات خاصة جداً وما يزال تطبيقه محصوراً في الأبحاث.
التقنيات المتقدمة في السوق
تقنيات حديثة مثل وحدات Hi-MO X10 من لونجي Longi تعتمد على ابتكارات عالية مثل إعادة توجيه التيار وتوزيع التأثير بحيث يقل أثر التظليل على خلية واحدة فقط دون باقي اللوح، مع تحسينات في مقاومة النقاط الساخنة. كما انتشرت استخدامات محولات الجهد الجزئية (Microinverters) ومحسّنات الاستطاعة التي ترفع من كفاءة الألواح تحت الظل وتسمح بمراقبة أداء كل لوح على حدة.
نصائح هامة لاختيار الألواح في المناطق المظللة
- تأكد من خلو موقع التركيب من الظل قدر الإمكان طوال النهار.
- اختر ألواحاً بتقنيات نصف الخلية أو تكنولوجيا مدمجة للحد من تأثير الظلال.
- فضّل الأنظمة التي تعتمد على محولات جهد منفردة لكل لوح أو ديودات التفاف متقدمة.
- حافظ على تنظيف اللوح دورياً من الغبار والأتربة والأوراق.
- راقب أداء النظام الإلكتروني باستمرار لضمان عدم وجود تأثيرات خفية للظل.
خاتمة
رغم وجود تطور واضح في حلول مشكلة التظليل، ما تزال الإعلانات التي تروج للألواح “غير المتأثرة بالظل” مبالغاً فيها نسبياً. تظل التقنيات الحديثة تقلل حجم الخسائر وتوفر حماية فعّالة، لكن أي ظل سيؤثر بدرجات متفاوتة على إنتاج الطاقة. تحقيق الأداء الأمثل يبقى مرهوناً بحسن التصميم، الصيانة الدورية، واختيار التقنية المناسبة للاستخدام حسب موقع التركيب وظروفه الخاصة.