ألواح شمسية لا تتأثر بالظل

ألواح شمسية لا تتأثر بالظل

خاص الدنيا – البروفيسور مروان ذمرين 
تطالعنا بين الفينة والأخرى بعض الدعايات للألواح التي لا تتأثر بالظل و لشرح ماهية آلية العمل والمكاسب الاقتصادية إن وجدت او الخسائر، لنتكلم اولاً عن ظاهرة التظليل.

عندما يسقط الظل على خلية واحدة في اللوح الشمسي، يحدث اضطراب في التوازن الكهربائي بما ان جميع الخلايا في اللوح موصولة على التوالي، أي أن التيار نفسه يجب أن يمر عبرها جميعاً. عند تظليل خلية واحدة، يتوقف إنتاجها تقريباً بينما تبقى الخلايا الأخرى مستمرة في توليد التيار، فيُجبَر التيار على دفع الخلية المظللة إلى حالة الانحياز العكسي. في هذه الحالة تتحول الخلية من عنصر مولد للطاقة إلى عنصر ماص لها، فتبدد القدرة على شكل حرارة فيما يعرف بالنقطة الساخنة، وهو ما قد يؤدي إلى تلف موضعي في اللوح.

لتجنب هذا الخطر، استُخدمت منذ البداية ديودات التفاف تُوصل بشكل معاكس على مجموعات من الخلايا. فعندما تهبط فولتية مجموعة خاضعة للظل، يوصل الديود التيار فيتجاوز تلك المجموعة بالكامل ويحمي الخلايا من الانهيار الحراري. في الألواح التقليدية المكونة من 60 أو 72 خلية كاملة، قُسم اللوح عادةً إلى ثلاث مجموعات، وكل مجموعة تحتوي على ديود واحد. هذا التصميم حل مشكلة النقاط الساخنة لكنه جاء على حساب القدرة، إذ أن تظليل خلية واحدة يكفي لخسارة جزء كبير من إنتاج اللوح يعادل مجموعة كاملة اي ثلث اللوح.

مع تطور الصناعة ظهر تصميم نصف الخلية، حيث تقسم الخلايا إلى نصفين وتُرتب التوصيلات بحيث يصبح هناك مساران متوازيان للتيار في اللوح. على الرغم من أن عدد الديودات بقي مثلما كان في الحالة السابقة ثلاثة دايودات، إلا أن تقسيم المسارات جعل مساحة الجزء المتأثر بالظل أصغر، وبالتالي انخفضت الخسارة من جزء كبير من اللوح إلى جزء أصغر حوالي سدس انتاج اللوح ( إذا كان الظلال اللوح أفقياً او عموديا تحصل بعض الاختلافات). إلى جانب ذلك، أدى انخفاض التيار في كل مسار إلى تقليل الفاقد الحراري في التوصيلات، مما حسّن الكفاءة الكلية للألواح نصف الخلية.

الحل الجذري من الناحية النظرية يتمثل في إضافة ديود التفاف لكل خلية على حدة كما هو موضح بالصورة المرفقه. بهذه الطريقة، عند تظليل خلية واحدة يتم تجاوزها وحدها دون التأثير على بقية السلسلة، فلا يخسر اللوح إلا مقداراً ضئيلاً جداً من قدرته. غير أن هذا الحل يصطدم بعوائق عملية؛ إذ أن إضافة ديود لكل خلية يعني رفع تكلفة التصنيع بشكل كبير وزيادة تعقيد التغليف والتوصيل، فضلاً عن أن كثرة العناصر الإلكترونية الإضافية تقلل من موثوقية اللوح على المدى الطويل وتسبب ايضاً في خسارة جزء من قدرة اللوح. لهذا السبب لم يتحول هذا الحل إلى خيار تجاري واسع الانتشار، واكتفت الصناعة بحلول وسطية مثل تصميم نصف الخلية أو استخدام إلكترونيات على مستوى المصفوفة لتحسين الأداء تحت الظلال.

بهذا التطور يمكن القول إن الألواح الشمسية انتقلت من حماية أساسية ضد النقاط الساخنة إلى تصاميم أكثر ذكاءً تقلل الخسائر وتزيد الكفاءة، مع بقاء الحل المثالي – ديود لكل خلية – خياراً بحثياً أكثر منه تجارياً في الوقت الحالي.