جامعة تكنولوجيا دلفت (TU Delft) في هولندا طوّرت وحدات فوتوفولتية ذكية مع محولات باك مدمجة تزيد إنتاج الألواح الشمسية على الأسطح بنسبة تصل إلى 20% في ظروف الظل الجزئي. التقنية تعتمد على تشغيل المجموعات الفرعية داخل الوحدة بشكل مستقل، مما يحسّن كفاءة توليد الطاقة على أسطح المباني في بيئات حضرية متعددة.
وفق تقرير PV Magazine بالعربية، أظهرت المحاكاة أن الوحدات الذكية تفوقت في العائد الطاقي عبر مختلف التوبولوجيات مقارنة بأنظمة الألواح التقليدية خلال عام كامل في ثلاثة مواقع جغرافية متعددة. استخدام محولات الباك بدلاً من الثنائيات حافظ على الأداء المالي رغم تكاليفها الإضافية.
المواصفات التقنية وتجربة النظام
التقنية تعتمد على وحدات فوتوفولتية تحتوي على خلايا مقسمة إلى ست مجموعات فرعية، كل منها مزود بمحول باك مستقل ليعمل عند نقطة القدرة العظمى الخاصة به.
اجتمعت في الدراسة أربع تكوينات: وحدات فراشة تقليدية مع محولات سلسلة، وحدات فراشة مع محولات دقيقة، وحدات فراشة مع محولات سلسلة ومحسنات طاقة، ووحدات ذكية مع محولات سلسلة. اختبارت المحاكاة نظم photovoltaics على أسطح مبانٍ بواقع 25 وحدة في روتردام، بوغوتا وسان فرانسيسكو. المواصفات تضمنت خلايا TOPCon، إما IBC أو FBC، بمقاسات 156×78 مم.
تفصيل نتائج الأداء المالي والطاقي
أنظمة الوحدات الذكية حققت زيادة في الإنتاج بين 15% إلى 20% مقارنة بالنظام التقليدي مع محولات السلسلة، وزيادة 2% إلى 3% مقارنة باستخدام المحولات الدقيقة أو المحسنات.
الدراسة بينت أن النظام الذكي يسمح بتحمل تكلفة إضافية تصل إلى 50% على مستوى الوحدة دون تأثير سلبي على تكلفة الكهرباء الموزعة (LCOE). الاعتماد على محولات باك يقلل الحاجة لمعدات طاقة إضافية، مما يدعم الأداء المالي بشكل أفضل.
التطبيقات المستقبلية والتطويرات البحثية
الفريق البحثي في جامعة تكنولوجيا دلفت مستمر في دراسة دمج الإلكترونيات الذكية مع خلايا بيروفسكايت-سيليكون رباعية الأطراف لخفض الحاجة لمحولات إضافية.
يركز البحث على كيفية تحسين أداء الألواح الشمسية بالكهرباء الذكية، مترقباً تطبيقات أوسع في الألواح الفوتوفولتية الحضرية المتأثرة بالظل الجزئي.
| البند | القيمة | الملاحظة |
|---|---|---|
| زيادة العائد الطاقي | 15%-20% | نسبة مقارنة بأنظمة السلسلة في ظل الظل الجزئي |
| تكلفة الوحدة الإضافية المقبولة | حتى 50% | تزيد تكلفة الوحدة الذكية بالنسبة للوحدات التقليدية دون زيادة في LCOE |
| عدد الخلايا في الوحدة | 156 مم × 78 مم خلايا نصف مقطوعة | ست مجموعات فرعية مع محولات باك أو ثنائيات تجاوز |
| عدد الوحدات في النظام النموذجي | 25 وحدة | مختبرة في المحاكاة عبر 3 مواقع عالمية |
انعكاسات محتملة على قطاع الطاقة الخليجي
بالنظر إلى تطلعات رؤية السعودية 2030 للطاقة المتجددة التي تستهدف 50% مصادر نظيفة، يمكن لتقنيات الوحدات الذكية أن تعزز جدوى مشاريع الطاقة الشمسية المنخفضة التكلفة وتحسن العائد الطاقي في البيئات الحضرية الخليجية ذات الظل المتغير. هذا يقدم خياراً تقنياً إضافياً لتكثيف الإنتاج ضمن المساحات المتاحة.
شركة مصدر (Masdar) والحاضنة الخليجية لطاقة الرياح والطاقة الشمسية يمكن أن تلعب دوراً في ترسیخ هذه التقنيات محلياً للإسهام في احتياجات الكهرباء النظيفة وتصديرها إلى الأسواق الأوروبية عبر شبكات الربط الكهربائي، كما يتماشى مع تزايد اهتمام المنطقة بتطوير بنى تحتية متقدمة للطاقة المتجددة. المزيد من التفاصيل تجدونها عبر أخبار الطاقة المتجددة.
أسئلة شائعة
ما الفرق بين الطاقة الشمسية الفوتوفولتية والطاقة الشمسية المركزة؟
الطاقة الشمسية الفوتوفولتية تحول ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء باستخدام خلايا شمسية. أما الطاقة الشمسية المركزة فتستخدم مرايا لتركيز حرارة الشمس على سائل لتوليد بخار يعمل في توربينات كهربائية.
كيف تحسن محولات الباك أداء الألواح الشمسية تحت الظل الجزئي؟
محولات الباك تسمح لكل مجموعة فرعية من الخلايا بالعمل بشكل مستقل عند نقطة القدرة القصوى الخاصة بها، مما يقلل خسائر الطاقة الناتجة عن الظل الجزئي مقارنة بالثنائيات التقليدية.
ما هي التكلفة النسبية لتقنية المحولات المدمجة مقارنة بالأنظمة التقليدية؟
يمكن أن تزيد تكلفة الوحدة الذكية حتى 50% دون زيادة في تكلفة الكهرباء الموزعة (LCOE)، بسبب تقليل الاحتياج لأنظمة تحويل طاقة إضافية وتحسين الإنتاج.
ما هي خلايا TOPCon المستخدمة في الدراسة؟
خلايا TOPCon هي خلايا شمسية تعتمد على طبقة فائقة تعمل على تقليل فقدات الشحنات وتحسين كفاءة التحويل مقارنة بالخلايا التقليدية.
كيف تؤثر ظل المباني والأشجار على أداء الوحدات الشمسية؟
الظل الجزئي يخفض أداء الوحدات التقليدية بسبب توقف مجموعات الخلايا الفرعية المتأثرة أو تقليل قدرتها. الوحدات الذكية تعمل على تحسين الإنتاج عبر تشغيل هذه المجموعات بشكل مستقل.
هل يمكن تطبيق هذه التقنية في الألواح الشمسية القادمة من السيليكون والبيروفسكايت؟
نعم، يجري بحث في دمج الإلكترونيات الذكية مع الألواح رباعية الأطراف المصنوعة من بيروفسكايت-سيليكون بهدف تقليل الحاجة لوجود محولات إضافية وتحسين الأداء تحت الظل.
ما هو LCOE ولماذا يعتبر مهماً في تقييم مشاريع الطاقة الشمسية؟
LCOE هو تكلفة الكهرباء المنتجة موزعة على عمر المشروع، ويستخدم كمؤشر مالي لتقييم فعالية تكلفة الطاقة مقارنة بأنواع وطرق الإنتاج المختلفة.
هذا المحتوى إخباري وتحليلي فقط ولا يمثل توصية استثمارية أو مالية. استشر مستشاراً مالياً مرخصاً قبل أي قرار استثماري.
