يمكننا القول إن الألواح الشمسية لا يمكنها العمل بكامل طاقتها من دون الشمس، لكنها لا تصبح عديمة الوظيفة تمامًا أيضًا. في غياب ضوء الشمس المباشر، ولا سيما في الأجواء الغائمة أو خلال ساعات الصباح والمساء، تواصل الألواح توليد الطاقة وإن كان ذلك بشكل محدود. تنخفض هذه القدرة تبعًا لضعف الإشعاع الشمسي، لكن النظام لا يتوقف كليًا. فالألواح تحتاج إلى فوتونات الضوء وليس إلى ضوء الشمس الكامل كي تعمل.

تكون كمية الإنتاج في الأيام الغائمة أو خلال فصل الشتاء أقل منها في الصيف. ومع ذلك، توفّر الألواح ذات الجودة العالية أداءً ملحوظًا حتى في ظروف الإضاءة المنخفضة. لذلك تُفضَّل حلول هجينة مدعومة بالبطاريات أو بالشبكة للتوازن بين الحاجة إلى الطاقة والإنتاج. يمكن تخزين الطاقة الزائدة المُلتقطة نهارًا لاستخدامها في الساعات التي لا تتوافر فيها الشمس.

أما خلال الليل فلا تنتج الألواح الشمسية طاقة. وفي هذه الفترة التي يغيب فيها ضوء الشمس تمامًا، يواصل النظام العمل بدعم من البطاريات إن وُجدت في التركيب، أو مباشرة عبر شبكة الكهرباء. لذا فإن تغطية الألواح للاحتياج عندما لا توجد شمس تعتمد على بنية التخزين في النظام. ومع منظومة طاقة شمسية مُخطط لها جيدًا، يمكن تحقيق استخدام متواصل للطاقة دون انقطاع.

ما مدى كفاءة الألواح الشمسية في الأيام الغائمة؟

لا تعمل الألواح الشمسية بكامل طاقتها في الأيام الغائمة، لكن الإنتاج لا يتوقف تمامًا. فمع أن الغيوم تحجب ضوء الشمس المباشر، إلا أن الضوء المبعثر عبر الغلاف الجوي ما يزال يصل إلى اللوح، فتستمر عملية التوليد. في مثل هذه الظروف تتراوح القدرة الإنتاجية عادةً بين 10% و40% تبعًا لجودة اللوح وكثافة الغيوم ووقت النهار. وتواصل الألواح العالية الكفاءة الإنتاج حتى مع الإضاءة المنخفضة، ما يمنع خروج النظام من الخدمة كليًا.

يؤثر سُمك الغيوم وحركتها مباشرة في قيم الإنتاج. فطبقة الغيوم الخفيفة والرقيقة لا تعيق الضوء كثيرًا، بينما تسبب الطبقة الكثيفة والداكنة انخفاضات كبيرة في التوليد. ومع ذلك قد تؤدي مروريات الغيوم المفاجئة، بفضل ومضات انعكاس الضوء القصيرة، إلى قيم إنتاج لحظية أعلى من المتوقع. وتبرز هذه التقلبات قدرة النظام على التكيّف اللحظي وسرعة استجابة العاكس (الإنفرتر).

للحفاظ على الكفاءة في الأيام الغائمة، ينبغي إيلاء عناية للتصميم. فإلى جانب الألواح عالية الجودة، يلعب استخدام عاكس كفؤ، وزاوية ميل صحيحة، وتحليلات التظليل دورًا حاسمًا. كما يمكن تفعيل أنظمة البطاريات أو الحلول المرتبطة بالشبكة لتعويض خسائر الإنتاج. وعلى الرغم من أن الإنتاج أقل مقارنة بالأيام المشمسة، فإن توليد الطاقة في الأجواء الغائمة ممكن، وفي الأنظمة المخططة جيدًا تكون الفروق محسوسة بدرجة طفيفة فقط.

تغيّر كفاءة الألواح الشمسية في الأيام الغائمة

وصف المخطط

العنوان: تغيّر كفاءة الألواح الشمسية في الأيام الغائمة

المحور X: حالات الطقس (سماء صافية، غيوم خفيفة، غيوم كثيفة)

المحور Y: معدل الكفاءة (%)

البيانات: في سيناريو افتراضي، تكون معدلات كفاءة الألواح تحت الظروف المختلفة كما يلي:

• سماء صافية: 100% (القدرة القصوى)
• غيوم خفيفة: 50–70%
• غيوم كثيفة: 10–25%

الهدف: تصوير خسارة كفاءة الألواح الشمسية في الأيام الغائمة بصريًا.

تُظهر مخططات الأعمدة هذه معدلات كفاءة الألواح تحت ظروف الطقس المختلفة. فالألواح التي تعمل بكفاءة 100% في السماء الصافية تهبط إلى نحو 60% في الأيام ذات الغيوم الخفيفة، وإلى حدود 15% في الأيام الشديدة الغيوم. وهذا يبيّن أن الألواح تعمل أيضًا في الأيام الغائمة، لكن كفاءتها تنخفض بشكل كبير. وقد تتغير الكفاءة تبعًا لنوع اللوح (على سبيل المثال أداء أفضل للألواح أحادية البلورة)، وكثافة الغيوم، ومستوى الإشعاع الشمسي.

أداء الألواح الشمسية في الأجواء الماطرة والمثلجة

ينخفض أداء الألواح في الأجواء الماطرة والثلجية بسبب تراجع الإشعاع المباشر، لكن النظام لا يتوقف تمامًا. ففي الأيام الماطرة تحدّ طبقة الغيوم الكثيفة من كمية الضوء التي تصل إلى اللوح. ومع ذلك، تواصل الألواح إنتاج الطاقة – وإن كان بشكل محدود – بفضل الضوء المبعثر عبر الغلاف الجوي. كما تُسهم الأمطار في تنظيف سطح اللوح من الغبار والأوساخ، ما يساعد على زيادة الكفاءة في الأيام اللاحقة.

أما في الأجواء الثلجية فيعتمد الأداء إلى حد كبير على بقاء سطح اللوح مكشوفًا. فإذا منع تراكم الثلج وصول الضوء، قد يهبط الإنتاج إلى ما يقارب الصفر. غير أن طبقة رقيقة من الثلج أو تغطية جزئية لا تسبب انقطاعًا كاملًا. وتسمح الأجواء الباردة لبعض الألواح بالعمل بكفاءة أعلى، إذ تُقلّل درجات الحرارة المنخفضة المقاومة الداخلية للخلايا. لذلك، ومع تنظيف السطح، يمكن بلوغ قيم إنتاج مرتفعة جدًا في أيام الشتاء الباردة والمشمسة.

هل يمكن للألواح الشمسية توليد الطاقة ليلًا؟

لا يمكن للألواح الشمسية توليد الطاقة خلال ساعات الليل. فمبدأ عملها يعتمد على فوتونات ضوء الشمس التي تصطدم بالسطح لتوليد الكهرباء. وفي الليل، حيث ينعدم ضوء الشمس تمامًا، لا يحدث توليد داخل الخلايا. لذلك ينبغي دعم الأنظمة الشمسية بالبطاريات أو بالارتباط بالشبكة، خاصةً لتغطية الاستهلاك الليلي.

يمكن تخزين الفائض من الطاقة المُنتجة خلال النهار في البطاريات لاستخدامه عند غياب الشمس. وفي الأنظمة المرتبطة بالشبكة، عند توقف الإنتاج تُستمد الطاقة المطلوبة مباشرة من الشبكة العامة. لا يعني ذلك أن الألواح لا تلبّي الحاجة ليلًا، بل يعني فقط أنه لا يوجد إنتاج مباشر في هذه الفترة. ومع نظام مُصمّم جيدًا، يمكن استخدام الطاقة دون انقطاع في أي وقت من اليوم.

ما هي ظروف الطقس الأنسب للألواح الشمسية؟

أفضل ظروف الطقس للألواح الشمسية هي الأجواء الصافية والمعتدلة التي يصل فيها ضوء الشمس المباشر إلى اللوح دون انقطاع. فمستوى الإشعاع العالي يضمن وصول عدد أكبر من الفوتونات إلى السطح، ما يرفع الإنتاج إلى أقصى حد. كما يمنع الطقس المعتدل ارتفاع حرارة اللوح ويحدّ من فقدان الكفاءة. تعمل الألواح بالتقاط الضوء، لذا فإن كثافة الإشعاع – لا درجة الحرارة – هي العامل الحاسم. وعادة ما تتحقق أعلى كفاءة مع السماء الصافية، والرطوبة المنخفضة، وبين ساعات الصباح والظهيرة.

أكثر ظروف الطقس ملاءمةً للألواح الشمسية:

• سماء صافية من دون غيوم
• مستوى رطوبة منخفض
• إشعاع شمسي مرتفع
• رياح من دون غبار (تساعد على تبريد اللوح)
• أيام شتوية باردة مشمسة
• بيئات خالية من الظلال وتتعرض للشمس مباشرة

في مثل هذه الظروف تبلغ الألواح قيم إنتاج قريبة جدًا من قدرتها التقنية. ورغم أن طول النهار في الصيف أكبر، فإن الحرارة المرتفعة جدًا قد تُنقص كفاءة اللوح. لذا فإن الجمع بين المشمس والجو البارد الجاف يؤثر مباشرة في الأداء. يجب إجراء تحليل مناخي دقيق للمنطقة المراد التركيب فيها، ثم تحسين النظام وفقًا لهذا التحليل.

تأثير التظليل والاتّساخ على كفاءة الألواح الشمسية

يؤدي التظليل والاتّساخ إلى خسائر مباشرة – وغالبًا غير ملحوظة – في إنتاج الطاقة. وبما أن الألواح تتكون من خلايا موصولة على التوالي، فإن تظليل خلية واحدة يهبط بأداء السلسلة بأكملها. وهذا يعني أن أجسامًا صغيرة كغصن شجرة أو ظل مدخنة أو صحن لاقط قد تتسبب في خسائر إنتاج كبيرة. وبالمثل، فإن الغبار وروث الطيور والأوراق أو الاتّساخ الصناعي المتراكم على السطح يمنع وصول الضوء إلى الخلايا ويقلّل الكفاءة على المدى الطويل.

يمكن اكتشاف خسائر الأداء بسهولة عبر متابعة قيم الإنتاج اللحظية. فالإنتاج الذي يكون ثابتًا في الظروف الطبيعية يصبح غير منتظم بسبب التظليل أو الاتّساخ، وتظهر انخفاضات واضحة في الرسوم البيانية. ولا يقتصر الأمر على تقليل إنتاج الكهرباء، بل يهبط أيضًا المؤشر العام لأداء النظام، ما يطيل فترة استرداد الاستثمار. وتُعدّ الصيانة الدورية والتنظيف وإجراء تحليل الظلال إجراءات أساسية لمنع هذه الخسائر وضمان عمل اللوح بأقصى طاقته.

إجراءات لرفع أداء الألواح الشمسية

تساعد الإجراءات الرامية لتحسين أداء الألواح على تشغيل النظام بكفاءة أعلى وتقليل فترة الاسترداد. يؤثر مباشرة في الكفاءة أن تستقبل الألواح الشمس بأفضل زاوية، وأن يبقى سطحها نظيفًا، وأن تُفحص مكوّنات النظام دوريًا. فالخيارات الصحيحة منذ التركيب، إلى جانب عادات الصيانة اللاحقة، تمكّن النظام من العمل بأداء عالٍ لسنوات طويلة. كما يمكن لحلول الأتمتة المدعومة بالتقنية أن تحقق زيادات إضافية في الكفاءة.

أبرز الإجراءات التي يمكن تطبيقها لرفع أداء الألواح الشمسية:

• تنظيف سطح الألواح بانتظام
• تحديد وإزالة الأشجار أو الأبنية أو الأجسام التي تُحدث ظلالًا
• تركيب الألواح بزاوية ميل واتجاه صحيحين
• استخدام أنظمة التتبع الشمسي (Solar Tracker) للحفاظ على الزاوية المثلى طوال اليوم
• الفحص الدوري للعاكس (الإنفرتر) ومعدات التوصيل
• المتابعة اللحظية لبيانات الإنتاج عبر أنظمة مراقبة الطاقة
• تأمين دوران الهواء أسفل الألواح لمنع السخونة الزائدة

لا تقتصر فائدة هذه الإجراءات على زيادة الإنتاج اليومي، بل تُسهم أيضًا في إطالة عمر النظام. إذ يمكن لأنظمة التتبع الشمسي، مقارنة بالألواح الثابتة، رفع التوليد بما يصل إلى 20% عبر الحفاظ على زاوية سقوط الضوء المثلى لفترة أطول خلال اليوم. ومع التصميم المناسب والصيانة الدورية والدعم التقني، يمكن رفع الاستفادة من الطاقة الشمسية إلى أقصى مستوى ممكن.