م. سيد احمد جمال
7 اكتوبر 2025
تختلف أنواع وأسباب تدهور أداء ألواح الطاقة الشمسية، ومن أهم أنواع التدهور الذي يحدث بالألواح ما يعرف بالتدهور المستحدث بالجهد ، Potential Induced degradation .
تفسير الظاهرة:
ينخفض أداء الألواح الشمسية نتيجة وجود فرق جهد كبير بين المكونات المعدنية للوحدة (الإطار، الزجاج الخلفي، التوصيلات) والخلايا الكهروضوئية، مما يؤدي إلى تسرب تيارات داخلية، هجرة الأيونات، وتكوّن مسارات موصلة غير مرغوب فيها.
الآلية الأساسية لحدوثه:
عندما يكون هناك فرق جهد كبير بين الألواح الشمسية والإطار المعدني ، تنجذب الأيونات (كالصوديوم أو ثنائي أكسيد السيليكون في الزجاج أو الطبقات العازلة) من داخل طبقات الوحدة إلى أسطح الخلايا أو نحو الإطار المعدني، مؤدية إلى تدهور معزولات الوحدة الداخلية وظهور مسارات تسرب (leakage paths). هذا يسهم في فقدان جهد وكفاءة في الخلايا. تتأثر ظاهرة PID بعدة عوامل بيئية وتقنية، منها:
1. الرطوبة ودرجة الحرارة العالية, حيث تزيد من قابلية هجرة الأيونات وتسهيل تكوين مسارات التسرب.
2. الجهد العالي للنظام الكهربائي: الأنظمة التي تستخدم جهد تشغيل مرتفع تكون أكثر عرضة لحدوث الظاهرة.
3. ضعف جودة المواد العازلة والتصميم الداخلي للوحدة: إذا كانت الطبقات العازلة أو الأغلفة (encapsulants، backsheets) أقل مقاومة للماء أو للتفاعل الكيماوي، فإن خطر PID يزداد.
4. اسلوب التأريض (grounding arrangement): طريقة تأريض النظام تلعب دوراً في تحديد الفرق الجهدي الذي تتعرض له الوحدات.
نتائج التأثير على الأداء الكهربائي:
عندما يتعرض لوح ما لهذه الظاهرة، فإن التأثيرات التي يمكن ملاحظتها قد تشمل:
1. انخفاض جهد الدائرة المفتوحة (Voc).
2. انخفاض الجهد عند القدرة القصوى (Vmp).
3. انخفاض في تيار القصر (Isc) في بعض الحالات.
4. تراجع في معامل التعبئة (Fill Factor).
5. فقدان في مقدار الطاقة المولَّدة مقارنة بالتوقع التصميمي.
يذكر انه في دراسات ميدانية، تبين أن سلسلة من الألواح المتأثرة بـ PID قد تفقد بين 27٪ إلى 33٪ من الأداء التشغيلي (Performance Ratio) خلال مدة لا تقل عن ستة أشهر من التأثر.
في دراسة على الألواح السيليكونية البلورية، أظهرت النتائج أن معامل التعبئة (FF) تراجع بحوالي 13.7٪ بسبب انخفاض المقاومة العرضية (shunt resistance)، ما أدّى إلى انخفاض الأداء العام.
طرق التخفيف والحلول الممكنة:
يمكن اتخاذ الإجراءات التالية للتقليل من تأثير الظاهرة.
1. استخدام مواد عازلة مقاومة للرطوبة والهجرة الأيونية.
2. تحسين عملية التأريض والتصميم الكهربائي للنظام.
3. اعتماد ألواح مُصنّعة بتقنيات مضادة لـ PID وهي تكنولوجيا حديثة لكنها أصبحت شائعة .
4. مراقبة الأداء بشكل دوري لكشف الانخفاض المبكر.
5. في بعض الحالات، استخدام جهد عكسي أو تشغيل ألواح بجهد معاكس لإعادة توازن الشحنة، وتلك ميزة توفرها بعض العاكسات.
