هل تلاحظ أن جهد الألواح الشمسية أقل من القيمة الموجودة على لوحة البيانات؟ قد يكون ذلك طبيعيًا في بعض ظروف التشغيل، خصوصًا مع ارتفاع درجة الحرارة. ومع ذلك، قد يشير انخفاض الجهد أحيانًا إلى وجود مشكلة في الألواح أو التوصيلات أو تصميم النظام.
تؤثر عدة عوامل في جهد الألواح الشمسية، منها ارتفاع درجة الحرارة، والتظليل، والغبار، وضعف التوصيلات، وتلف الخلايا، وعدم ملاءمة عدد الألواح للانفرتر أو وحدة التحكم.
في هذا المقال، سنتعرف على أهم أسباب انخفاض جهد الألواح الشمسية، وكيفية فحص المشكلة، ومتى تحتاج إلى فني متخصص.
ما المقصود بانخفاض جهد الألواح الشمسية؟
ينتج اللوح الشمسي جهدًا كهربائيًا يختلف حسب ظروف التشغيل. وتوجد قيمتان مهمتان في بيانات اللوح:
- Voc: جهد الدائرة المفتوحة، ويُقاس عندما لا يكون هناك حمل متصل باللوح.
- Vmp: جهد التشغيل عند نقطة القدرة القصوى.
- Imp: التيار عند نقطة القدرة القصوى.
- Pmax: القدرة القصوى للوح.
تُقاس القيم الموجودة في لوحة البيانات عادةً عند ظروف الاختبار القياسية (STC). لذلك، قد تختلف القراءة الفعلية عن القيمة الاسمية بسبب درجة الحرارة وشدة الإشعاع وظروف التشغيل.
لهذا السبب، لا يعني انخفاض الجهد عن قيمة لوحة البيانات بالضرورة وجود عطل.
لمزيد من التفاصيل: مواصفات الألواح الشمسية
أهم أسباب انخفاض الجهد في الألواح الشمسية
فيما يلي أبرز أسباب انخفاض الجهد في الألواح الشمسية والعوامل التي تؤدي إلى هذه المشكلة:
1. ارتفاع درجة حرارة الألواح
يُعد ارتفاع درجة الحرارة من أهم أسباب انخفاض جهد الألواح الشمسية.
تتميز الخلايا الشمسية بمعامل درجة حرارة سالب للجهد. لذلك، ينخفض الجهد عندما ترتفع درجة حرارة الخلية.
قد يكون الفرق واضحًا في فصل الصيف، خصوصًا في المناطق ذات درجات الحرارة المرتفعة مثل مناطق عديدة في السعودية.
لذلك، قد تجد أن جهد اللوح أثناء الظهيرة أقل من قيمة Vmp الموجودة على لوحة البيانات.
مهم: لا تقارن قراءة الجهد الفعلية بقيمة STC دون مراعاة درجة حرارة اللوح.
لمزيد من التفاصيل: تأثير الحرارة على أداء الألواح الشمسية
2. التظليل الجزئي
يمكن أن يؤدي التظليل إلى انخفاض جهد اللوح أو السلسلة الشمسية.
قد يكون مصدر الظل:
- مبنى قريب.
- خزان مياه.
- شجرة.
- عمود.
- هوائي أو معدات على السطح.
- أوراق أو فضلات طيور.
وتزداد المشكلة عندما يغطي الظل جزءًا من خلايا اللوح.
تحتوي كثير من الألواح على ثنائيات التفافية (Bypass Diodes). وتساعد هذه الثنائيات على تجاوز الأجزاء المتأثرة عند حدوث التظليل.
نتيجة لذلك، قد ينخفض جهد اللوح أو تتغير نقطة تشغيله.
لذلك، يجب فحص الألواح في أوقات مختلفة من اليوم، وليس عند الظهر فقط.
3. تراكم الغبار والأوساخ
يؤثر الغبار والأتربة في أداء الألواح الشمسية، خصوصًا في البيئات الجافة والمغبرة.
وهذا عامل مهم عند تشغيل أنظمة الطاقة الشمسية في السعودية.
تمنع طبقة الغبار جزءًا من ضوء الشمس من الوصول إلى الخلايا. وبالتالي، ينخفض إنتاج اللوح.
قد لا يكون انخفاض الجهد كبيرًا في كل الحالات، لكن تراكم الأوساخ يمكن أن يخفض الأداء العام للنظام.
لذلك، يُنصح بفحص الألواح وتنظيفها وفق ظروف الموقع وتعليمات الشركة المصنعة.
4. انخفاض شدة الإشعاع الشمسي
تختلف قراءة الجهد حسب كمية الإشعاع التي تصل إلى الألواح.
فعلى سبيل المثال، قد تكون القراءة مختلفة في:
- الصباح الباكر.
- المساء.
- الطقس الغائم.
- وجود ضباب أو غبار جوي.
- الأيام ذات الإشعاع المنخفض.
ينخفض التيار عادةً بشكل أكثر وضوحًا من الجهد عند انخفاض الإشعاع.
لذلك، يجب إجراء المقارنة في ظروف مناسبة بدل الاعتماد على قراءة واحدة.
لمزيد من التفاصيل: ما المقصود بالإشعاع الشمسي؟
5. ضعف أو تلف كابلات الألواح الشمسية
يمكن أن تسبب الكابلات انخفاضًا في الجهد بين الألواح والانفرتر.
ويزداد هبوط الجهد عندما يكون:
- مقطع الكابل صغيرًا.
- طول الكابل كبيرًا.
- التيار مرتفعًا.
- التوصيلات غير جيدة.
- درجة حرارة الكابل مرتفعة.
يمكن حساب هبوط الجهد بصورة مبسطة باستخدام العلاقة:
Vd = I × R
حيث:
- Vd: هبوط الجهد.
- I: التيار.
- R: مقاومة الدائرة.
لذلك، يجب اختيار مقطع الكابل وطوله وفق التيار والمسافة وطريقة التركيب ومتطلبات النظام.
6. تلف موصلات MC4 أو التوصيلات
قد يكون سبب انخفاض جهد الألواح بسيطًا، مثل وجود مشكلة في أحد موصلات MC4.
افحص التوصيلات بحثًا عن:
- الارتخاء.
- التآكل.
- دخول الماء.
- آثار ارتفاع الحرارة.
- تلف جسم الموصل.
- تركيب غير صحيح.
يمكن أن تؤدي نقطة اتصال ذات مقاومة مرتفعة إلى هبوط في الجهد وارتفاع حرارتها.
لذلك، يجب عدم تجاهل أي موصل تظهر عليه علامات تلف أو احتراق.
لمزيد من التفاصيل: خطوات توصيل وصلات MC4 مع كابلات الطاقة الشمسية
7. تلف الفيوز أو القاطع أو مفتاح العزل
قد تؤدي مشكلة في الفيوز أو القاطع أو مفتاح العزل إلى انقطاع السلسلة أو عدم وصول الجهد بالشكل الصحيح إلى الانفرتر.
لذلك، إذا كانت قراءة الانفرتر منخفضة بشكل غير طبيعي، فلا تفحص الألواح فقط.
يجب أيضًا فحص مسار الطاقة بالكامل من الألواح حتى مدخل الانفرتر.
8. تلف الخلايا الشمسية
يمكن أن يؤدي تلف إحدى الخلايا إلى انخفاض أداء اللوح.
وقد يحدث التلف بسبب:
- الصدمات الميكانيكية.
- الضغط أثناء النقل أو التركيب.
- الإجهاد الحراري.
- عيوب التصنيع.
- الرطوبة.
- التقادم.
وقد تظهر بعض المشكلات على شكل تشققات دقيقة (Micro-cracks) لا يمكن اكتشافها بسهولة بالفحص البصري.
9. تلف الثنائي الالتفافي Bypass Diode
تحتوي الألواح الشمسية على ثنائيات التفافية لتقليل تأثير التظليل وبعض الأعطال.
إذا حدث قصر في أحد هذه الثنائيات، فقد يتم تجاوز جزء من خلايا اللوح بشكل دائم.
نتيجة لذلك، قد ينخفض جهد اللوح بصورة واضحة.
ولهذا السبب، إذا كان أحد الألواح يعطي جهدًا أقل بكثير من الألواح المماثلة، فيجب فحصه بشكل منفصل.
لمزيد من التفاصيل: فائدة الدايودات في اللوح الشمسي
10. التشققات الدقيقة والبقع الساخنة
قد تؤدي التشققات الدقيقة في الخلايا أو شرائط التوصيل الداخلية إلى مشكلات في الأداء.
كما يمكن أن تشير البقع الساخنة (Hotspots) إلى وجود خلل في جزء من الخلايا.
ولا تظهر جميع هذه المشكلات بالعين المجردة.
لذلك، قد تكون هناك حاجة إلى الفحص الحراري أو اختبار متخصص عند وجود فرق واضح في أداء أحد الألواح.
11. تدهور الألواح مع مرور الوقت
تنخفض قدرة الألواح تدريجيًا مع مرور السنوات.
ومن آليات التدهور المعروفة:
- PID: التدهور الناتج عن الجهد المستحث.
- LID: التدهور الناتج عن الضوء.
- LeTID: التدهور الناتج عن الضوء وارتفاع درجة الحرارة.
- التآكل.
- انفصال الطبقات.
- تلف المواد الداخلية.
وقد يؤدي التدهور إلى انخفاض القدرة والجهد أو كليهما، بحسب طبيعة المشكلة.
12. عدم تطابق الألواح في السلسلة
عند توصيل عدة ألواح على التوالي، يجب أن تكون خصائصها متقاربة قدر الإمكان.
قد يؤدي استخدام ألواح مختلفة في:
- القدرة.
- نوع الخلايا.
- العمر.
- الاتجاه.
- زاوية الميل.
- مستوى التدهور.
إلى اختلاف أداء السلسلة.
وبالتالي، قد ينخفض أداء السلسلة بالكامل بسبب اللوح الأضعف أو الأقل ملاءمة.
13. عدد الألواح المتصلة على التوالي غير مناسب
يجب أن يتوافق عدد الألواح المتصلة على التوالي مع نطاق جهد الانفرتر أو وحدة التحكم.
إذا كان عدد الألواح قليلًا، فقد لا يصل جهد السلسلة إلى الحد الأدنى المطلوب للتشغيل.
وتزداد أهمية هذه النقطة مع الأنظمة التي تعمل على بطاريات 48 فولت.
كما يجب مراعاة انخفاض جهد الألواح عند ارتفاع درجة الحرارة.
لذلك، لا يكفي حساب الجهد في الظروف العادية فقط. يجب التأكد من بقاء الجهد ضمن نطاق التشغيل المسموح به في مختلف ظروف الطقس.
14. مشكلة في MPPT أو الانفرتر
قد تظهر قراءة منخفضة للجهد بسبب مشكلة في الانفرتر أو وحدة التحكم بالشحن.
ومن الاحتمالات:
- إعدادات غير صحيحة.
- وصول البطارية إلى مستوى شحن مرتفع.
- وجود حماية داخل الجهاز.
- وجود خلل في دائرة MPPT.
- خطأ في قياس الجهد.
- تجاوز حدود التشغيل.
لذلك، يجب مقارنة قراءة الانفرتر بقياس مستقل عند الحاجة.
جدول سريع لتشخيص انخفاض جهد الألواح الشمسية
| السبب المحتمل | العلامة الشائعة | الإجراء |
|---|---|---|
| ارتفاع الحرارة | انخفاض Vmp أثناء الحرارة العالية | مقارنة القراءة بدرجة الحرارة |
| التظليل | انخفاض أداء لوح أو جزء من السلسلة | البحث عن مصادر الظل |
| الغبار | انخفاض إنتاج النظام | فحص وتنظيف الألواح |
| كابل غير مناسب | فرق جهد بين طرفي الكابل | فحص هبوط الجهد |
| موصل MC4 تالف | انخفاض أو عدم استقرار الجهد | فحص الموصل واستبداله عند الحاجة |
| لوح تالف | جهد أقل من الألواح المماثلة | فحص اللوح بشكل منفصل |
| Bypass Diode تالف | انخفاض واضح في جهد اللوح | فحص اللوح والثنائيات |
| عدد ألواح غير كافٍ | جهد السلسلة أقل من نطاق الانفرتر | مراجعة تصميم السلسلة |
| مشكلة MPPT | قراءة غير طبيعية عند الانفرتر | فحص الإعدادات والجهاز |
كيف تعرف أن انخفاض الجهد طبيعي أم بسبب عطل؟
هذه من أهم النقاط عند تشخيص المشكلة.
لا تقارن جهد اللوح مباشرةً بقيمة Voc أو Vmp دون معرفة ظروف القياس.
اتبع الخطوات التالية:
- تحقق من شدة الشمس وقت القياس.
- قِس درجة حرارة الألواح تقريبًا.
- راجع قيم Voc وVmp في لوحة البيانات.
- قارن الألواح المتشابهة في الظروف نفسها.
- افحص جهد كل سلسلة.
- افحص الكابلات والتوصيلات.
- راجع نطاق جهد MPPT في الانفرتر.
إذا كان جميع الألواح تعطي قراءات متقاربة، فقد تكون القراءة طبيعية.
أما إذا كان لوح واحد أو سلسلة واحدة تعطي جهدًا أقل بكثير، فاحتمال وجود مشكلة يكون أكبر.
كيفية فحص انخفاض جهد الألواح الشمسية
يمكن تقسيم عملية الفحص إلى مراحل بسيطة.
أولًا: الفحص البصري
افحص الألواح بحثًا عن:
- تشققات.
- كسور.
- تغير لون الخلايا.
- آثار احتراق.
- نقاط ساخنة ظاهرة.
- أوساخ شديدة.
- مصادر تظليل.
ثانيًا: فحص التوصيلات
تحقق من الكابلات وموصلات MC4 وصناديق التوصيل.
ابحث عن أي علامات حرارة أو تآكل أو تلف.
ثالثًا: قياس الجهد
يمكن قياس Voc للوح أو السلسلة باستخدام جهاز قياس مناسب.
تحذير: يمكن أن تنتج سلاسل الألواح الشمسية جهدًا كهربائيًا خطيرًا. لذلك يجب عدم إجراء القياسات أو فصل الموصلات دون معرفة إجراءات السلامة الكهربائية المناسبة.
رابعًا: مقارنة السلاسل
إذا كان النظام يحتوي على أكثر من سلسلة، قارن جهد السلاسل في ظروف متقاربة.
وجود فرق كبير بين سلسلتين متماثلتين قد يساعد في تحديد مكان المشكلة.
خامسًا: فحص الانفرتر
راجع:
- جهد PV.
- تيار PV.
- نطاق MPPT.
- عدد السلاسل.
- إعدادات النظام.
- رسائل الخطأ.
إذا كانت قراءة الانفرتر مختلفة عن القياس الخارجي بشكل واضح، فقد تكون المشكلة في الجهاز أو دائرة القياس.
لماذا ينخفض جهد الألواح وقت الظهيرة؟
قد يبدو الأمر غريبًا، لأن أشعة الشمس تكون قوية وقت الظهيرة.
لكن ارتفاع شدة الشمس يؤدي أيضًا إلى ارتفاع درجة حرارة الألواح.
وبما أن الجهد ينخفض مع ارتفاع درجة حرارة الخلايا، فقد يكون Vmp وقت الظهيرة أقل من المتوقع رغم ارتفاع إنتاج الطاقة.
لذلك، لا يعني انخفاض الجهد وقت الظهيرة بالضرورة وجود عطل.
يجب تقييم الجهد مع التيار والقدرة ودرجة حرارة اللوح في الوقت نفسه.
هل الغبار يؤثر على جهد الألواح الشمسية؟
نعم، يمكن أن يؤثر الغبار والأوساخ في أداء الألواح.
يقل الضوء الذي يصل إلى الخلايا عند تراكم الأتربة على سطح اللوح.
ونتيجة لذلك، ينخفض إنتاج الطاقة، وقد تتغير قيم الجهد والتيار أثناء التشغيل.
وتزداد أهمية تنظيف الألواح في المناطق التي تشهد الغبار والعواصف الترابية.
متى تحتاج إلى فني متخصص؟
يُنصح بالاستعانة بفني أو مهندس متخصص إذا:
- كان جهد إحدى السلاسل أقل بكثير من السلاسل الأخرى.
- ظهرت آثار احتراق أو تلف.
- تكرر فصل الانفرتر.
- ظهرت رسائل خطأ متكررة.
- كان هناك اختلاف كبير بين القياسات.
- لم تنجح عملية الفحص والتنظيف في حل المشكلة.
- احتاج النظام إلى اختبار I-V أو تصوير حراري.
قد يساعد اختبار منحنى التيار والجهد (I-V Curve) في تحديد أداء السلسلة بدقة.
كما يمكن أن يكشف التصوير الحراري بعض العيوب التي يصعب اكتشافها بالفحص البصري.
الخلاصة
تتعدد أسباب انخفاض الجهد في الألواح الشمسية. وقد يكون السبب طبيعيًا، مثل ارتفاع درجة حرارة الألواح، أو مشكلة تحتاج إلى إصلاح، مثل التظليل أو تلف التوصيلات أو أحد الألواح.
لذلك، لا ينبغي الحكم على حالة اللوح من قراءة واحدة فقط.
ابدأ بفحص التظليل والأوساخ والتوصيلات. ثم قارن جهد الألواح والسلاسل في ظروف متقاربة.
بعد ذلك، راجع مواصفات اللوح ونطاق جهد الانفرتر.
إذا استمر انخفاض الجهد أو ظهر فرق كبير بين الألواح، فمن الأفضل إجراء فحص متخصص لتحديد السبب بدقة.
الأسئلة الشائعة
قد ينخفض الجهد بسبب ارتفاع درجة الحرارة أو التظليل أو الغبار أو ضعف التوصيلات أو تلف الخلايا أو الثنائيات الالتفافية. كما قد يكون السبب تصميم السلسلة أو الانفرتر.
نعم. ينخفض جهد الخلايا الشمسية عادةً مع ارتفاع درجة حرارتها. لذلك قد تكون قراءة Vmp أقل خلال الأيام الحارة.
يمكن أن يؤدي تراكم الغبار إلى تقليل الإشعاع الذي يصل إلى الخلايا. وبالتالي ينخفض إنتاج اللوح وتتأثر نقطة التشغيل.
قارن جهده وأداءه مع الألواح المماثلة في الظروف نفسها. وجود فرق كبير ومستمر قد يشير إلى وجود مشكلة تحتاج إلى فحص إضافي.
قد يكون السبب لوحًا تالفًا أو تظليلًا أو مشكلة في التوصيلات أو عددًا غير مناسب من الألواح على التوالي أو مشكلة في الانفرتر.
قد يكون طبيعيًا بسبب ارتفاع درجة حرارة الألواح. لذلك يجب تقييم الجهد مع درجة الحرارة والتيار والقدرة، وليس الجهد وحده.
نعم. قد تكون المشكلة في دائرة MPPT أو إعدادات الجهاز أو طريقة قياس الجهد. لذلك يجب مقارنة قراءة الانفرتر بقياسات مستقلة عند الحاجة.
المصادر:
