"التقييم المعتمد على إنترنت الأشياء للألواح الكهروضوئية المعزَّز بمواد عاكسة مختلفة"

طاقة شمسية أكثر بإمكانيات محدودة الميزانية

بالنسبة للعديد من البلدان المشمسة، التحدي ليس في العثور على ضوء الشمس بل في استخراج طاقة كهربائية أكبر من كل لوحة شمسية دون زيادة التكاليف بشكل كبير. تستعرض هذه الدراسة فكرة بسيطة بشكل مدهش: وضع مواد عاكسة يومية، مثل المرايا أو ورق الألمنيوم، أمام الألواح الشمسية لتعكس عليها مزيداً من ضوء الشمس، مع استخدام جهاز مراقبة متصل بالإنترنت منخفض التكلفة لتتبع مقدار الطاقة الإضافية التي تنتجها فعلاً في حرِّ صيف القاهرة.

إضافات بسيطة لتعزيز الألواح الشمسية

قام الباحثون بتركيب أربع ألواح شمسية صغيرة متماثلة على سطح في القاهرة، مصر، مدينة تتمتع بشمس قوية لكن درجات الحرارة المرتفعة قد تضر أداء اللوحات. تُرِكَت لوحة واحدة دون تعديل كمرجع. وتم إقران الثلاث الأخرى كل واحدة مع عاكس مسطح بنفس حجم اللوحة، مصنوع من زجاج مرآة أو صفيحة فولاذ مجلفنة أو ورق ألومنيوم بسيط. تم إمالة هذه المرايا بزوايا مختلفة بحيث يُعاد توجيه ضوء الشمس الساقط على الأرض أو الجانبي إلى وجه اللوحة الشمسية، مركّزة الضوء دون استخدام عدسات مكلفة أو أنظمة تتبع.

مراقبة ذكية ومنخفضة التكلفة في الوقت الحقيقي

لمعرفة ما يحدث فعلاً على مدار اليوم، بنى الفريق صندوق مراقبة مخصص حول متحكم ESP32 رخيص. تم توصيله لقياس جهد كل لوحة، وتيارها، وقدرتها، بالإضافة إلى درجة الحرارة على ظهر كل لوحة والهواء المحيط. غذت حساسات مُعايَرة وإلكترونيات بسيطة البيانات إلى المتحكم الذي خزّن القراءات، وعرضها على شاشة صغيرة، وأرسلها لاسلكياً للتحليل. كلّف هذا السجل المصنوع بنفسك أقل من 50 دولارًا أمريكيًا—حوالي عشر سعر الأدوات التجارية النموذجية—ومع ذلك قدّم بيانات دقيقة وعالية الدقة من شروق إلى غروب الشمس.

مزيد من الضوء، مزيد من الطاقة—ولوحة أكثر دفئاً

في يوم صافٍ من أيام أغسطس، أظهرت اللوحات المزوَّدة بالمرايا مزايا واضحة مقارنةً باللوحة المرجعية العارية. قدم العاكس الزجاجي أداءً أفضل: عند ضبطه بزاوية 30° زاد إنتاج الطاقة اليومي للوحة بنحو 21 بالمئة ورفع الذروة القصوى للطاقة بما يقارب 30 بالمئة. قدّم الصلب المجلفن مكاسب متوسطة، بينما أنتج ورق الألومنيوم تحسينات أصغر لكنها ما تزال ملحوظة، مما يجعله جذاباً حيث تكون التكلفة والتوافر مهمين. مع ذلك، جاء الضوء الإضافي مع حرارة إضافية. رفع العاكس الزجاجي درجة حرارة اللوحة بنحو 6–7 °م مقارنةً بالمرجعية، وهو مستوى يخفض الكفاءة قليلاً لكنه ظل آمنًا أقل من حدود التشغيل الشائعة للوحدات التجارية.

إيجاد النقطة المثلى للزاوية والمادة

وجدت الدراسة أن طريقة إمالة المرايا لا تقل أهمية عن المادة المصنوعة منها. أعطت زاوية 30° أفضل النتائج العامة لجميع المواد الثلاث، حيث كانت توجّه الأشعة المنعكسة نحو اللوحة بطريقة زادت الضوء الإضافي دون خسائر كبيرة بسبب سوء الاصطفاف أو التظليل. لا تزال الزوايا الأكثر سطحية أو الأكثر حدة مفيدة، لكنها أقل فعالية. عندما طور الباحثون نتائجهم لتناسب نظام سطح نموذجي بقدرة 10 كيلوواط في مصر وشملوا تكاليف المواد والتركيب الواقعية، قدّروا أن استخدام المرايا يمكن أن يعيد تكاليفه خلال ما يزيد قليلاً عن عامين بفضل الكهرباء الإضافية المنتجة.

ماذا يعني هذا للطاقات الشمسية في المناطق المشمسة

بعبارات بسيطة، تُظهر الدراسة أنه يمكنك تعزيز أداء الألواح الشمسية القائمة بشكل ملحوظ باستخدام أسطح عاكسة بسيطة وجهاز مراقبة رخيص متصل بالإنترنت. تجلب المرايا أكبر زيادة في الطاقة لكنها أيضاً تُسخّن الألواح أكثر؛ يقدم الفولاذ المجلفن وورق الألومنيوم مقايضات بين الطاقة الإضافية والحرارة والتكلفة. بالنسبة للأماكن التي تكون فيها مساحة السطح أو الأرض محدودة، أو التي تميل فيها الميزانيات إلى الضيق، قد تكون هذه المجموعة من المرايا منخفضة التكلفة والمراقبة الذكية وسيلة عملية للحصول على كهرباء نظيفة أكثر من نفس المساحة المشمسة.

الاستشهاد: Abdelaziz, A.M.A., Abdelwahab, T.A.M. & El-Soaly, I.S.A. “IoT-based evaluation of photovoltaic modules enhanced by different reflector materials”. Sci Rep 16, 14020 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-49258-9

الكلمات المفتاحية: الألواح الشمسية, المرايا العاكسة, مراقبة إنترنت الأشياء, الطاقة المتجددة, الطاقة الكهروضوئية منخفضة التكلفة