Field performance and seasonal energy yield of a residential photovoltaic prosumer in Romania over three years

في الزوايا الهادئة للمنازل في جميع أنحاء أوروبا، تحدث ثورة هادئة. فبدلاً من الاعتماد كلياً على الكهرباء المولدة بعيداً والتي تُنقل عبر الشبكة، يقوم المزيد من العائلات بتركيب الألواح الشمسية على أسطح منازلهم لإنتاج طاقتهم الخاصة. لقد أصبحت هذه المنازل "منتجة ومستهلكة" (prosumers)، وهي مزيج من المنتج والمستهلك، حيث تولد الطاقة عندما تشرق الشمس وتستخدمها فوراً. وبالنسبة للعلماء والمهندسين، فإن فهم كيفية أداء هذه الأنظمة في العالم الحقيقي أمر بالغ الأهمية. وبينما يمكن للنماذج الحاسوبية التنبؤ بكمية الطاقة التي يجب أن تولدها المصفوفة الشمسية بناءً على الأنماط الجوية والموقع، إلا أن الأداء الفعلي على سطح منزل معين قد يختلف بسبب الأوساخ، أو الظلال، أو الطريقة التي تتعامل بها المعدات مع الحرارة. وفي المناطق ذات الفصول المتميزة، مثل وسط وشرق أوروبا، فإن معرفة مقدار الطاقة التي ينتجها المنزل شهراً بشهر تساعد أصحاب المنازل وصناع السياسات على فهم القيمة الحقيقية للطاقة الشمسية؛ فهي تكشف ما إذا كان إيقاع الشمس يتوافق مع احتياجات الأسرة، وما إذا كان النظام يتقدم في العمر بمرونة أم يعاني ضد العناصر الطبيعية.

قرر فريق من الباحثين من جامعة ترانسيلفانيا في براشوف، رومانيا، النظر عن كثب في أحد هذه المنازل لمعرفة كيف حاله على مدار ثلاث سنوات. لقد درسوا تركيباً شمسياً سكنياً متصلاً بشبكة الطاقة الوطنية ولكنه يعمل بطريقة فريدة: فقد أنتج بالضبط نفس كمية الكهرباء التي استهلكها المنزل، دون إرسال أي طاقة إلى الشبكة ودون سحب أي طاقة منها. هذا التوازن المثالي يعني أن المنزل كان مكتفياً ذاتياً بالكامل. جمع الباحثون البيانات من نظام مراقبة رقمي متصل بالألواح الشمسية، حيث جمعوا أرقام الإنتاج لكل شهر بمفرده من يناير 2023 حتى يناير 2026. كان هدفهم هو تجاوز التقديرات البسيطة وتقديم سجل واضح ومقاس لكيفية سلوك نظام شمسي حقيقي في مناخ رومانيا المعتدل، والذي يتميز بصيف دافئ وشتاء بارد.

رسمت النتائج صورة حية للسنة الشمسية. أنتج النظام إجمالي 9,250 كيلووات ساعة على مدار ثلاث سنوات كاملة من المراقبة، بمتوسط يبلغ حوالي 3,083 كيلووات ساعة في السنة. اتبع الإنتاج منحنى أحادي النمط يمكن التنبؤ به، حيث ارتفع بثبات من ضوء الشتاء الخافت إلى ذروة مشرقة في الصيف ثم انخفض مرة أخرى مع وصول الخريف. كانت أشهر الصيف، وتحديداً من يوليو إلى سبتمبر، هي الأكثر إنتاجاً، حيث ساهمت بنسبة تتراوح بين 33 و37 بالمائة من إجمالي الطاقة السنوية. وعند دمجها مع أشهر الربيع من أبريل إلى يونيو، كان النصف الدافئ من العام مسؤولاً عن ما يقرب من 70 بالمائة من جميع الكهرباء المولدة. في المقابل، أنتجت أشهر الشتاء أقل قدر من الطاقة، حيث سجل شهر ديسمبر غالباً أدنى نقطة في السنة. وكان أعلى شهر مسجل هو يوليو 2023، عندما ولد النظام 420.7 كيلووات ساعة، بينما كان أدناها هو ديسمبر 2024، بـ 57.9 كيلووات ساعة فقط.

كانت واحدة من أكثر النتائج لفتاً للنظر هي اتساق شكل النظام، حتى عندما تغير إجمالي الطاقة. قارن الباحثون أنماط الإنتاج لعام 2023 و2024 و2025 ووجدوا أن منحنى السنة ظل مستقراً بشكل ملحوظ. لم يفشل النظام فجأة في الشتاء أو يرتفع بشكل غير متوقع في الربيع؛ بل ارتفع وانخفض ببساطة مع الفصول بنفس الطال في كل عام. ومع ذلك، فقد تباين إجمالي كمية الطاقة. شهد عام 2025 انخفاضاً ملحوظاً في الإنتاج، حيث ولد طاقة أقل بنسبة 9.7 بالمائة تقريباً عن عام الأساس 2023. حقق الباحثون في ما إذا كان هذا الانخفاض ناتجاً عن اتساخ الألواح الشمسية، أو تعطل المعدات، أو مجرد تآكل الألواال مع مرور الوقت. وقد استبعدوا فكرة أن الألواح تتدهور بشكل كبير، حيث أن التآكل الطبيعي للتكنولوجيا الشمسية عادة ما يكون عملية بطيئة وتدريجية لا تسبب مثل هذا الانخفاض الحاد في عام واحد. كما حددوا أن تراكم الأوساخ لا يمكن أن يفسر الخسارة بأكملها.

بدلاً من ذلك، أشارت الأدلة إلى الطقس نفسه. أظهر نمط انخفاض عام 2025 أن أشهر الشتاء أنتجت بالفعل طاقة أكثر من السنوات السابقة، بينما أنتجت أشهر الصيف والخريف طاقة أقل. هذا التحول المحدد يشير إلى أن السماء كانت أكثر غيوماً خلال صيف 2025، مما قلل من ضوء الشمس المتاح للألواح، بينما كان الشتاء أكثر صفاءً. وأكدت الاختبارات الإحصائية أنه لا يوجد اتجاه نزولي طويل الأمد في صحة النظام؛ بل كان الانخفاض تقلبًا مؤقتًا ناتجًا عن التباين الطبيعي للمناخ، وليس فشلاً في التكنولوجيا. ظل النظام سليماً ومستقراً، مستجيباً ببساطة للسماء المتغيرة فوقه.

ربما كان الجانب الأكثر إثارة للإعجاب في هذه الدراسة هو قدرة المنزل على مطابقة إنتاج الطاقة مع استهلاكه للطاقة بشكل مثالي. فمقابل كل شهر من فترة الثلاث سنوات، كانت كمية الكهرباء التي تولدها الألواح الشمسية مساوية تماماً لكمية الكهرباء التي استخدمها المنزل. لم يكن هناك صفر كهرباء مستوردة من الشبكة وصفر كهرباء مصدرة إليها. هذا الاستهلاك الذاتي الكامل أمر نادر ويصعب تحقيقه، لأن الطاقة الشمسية تكون في أقوى حالاتها خلال النهار عندما يكون الكثير من الناس في العمل، وفي أضعف حالاتها ليلاً عندما تكون العائلات في المنزل. إن حقيقة أن هذا المنزل تمكن من موازنة احتياجاته بالكامل مع إنتاجه الشمسي تشير إلى أن النظام تم تحديد حجمه بدقة لتناسب عادات الأسرة المحددة. لقد أثبت أنه في رومانيا، يمكن لإعداد شمسي مصمم جيداً أن يسمح لعائلة بالعيش بالكامل على طاقة أسطح منازلهم دون الحاجة إلى مصادر خارجية أو بطاريات تخزين معقدة.

كما تناولت الدراسة تحدياً شائعاً في أبحاث الطاقة الشمسية: معرفة الحجم الدقيق للمصفوفة الشمسية. لم يمتلك الباحثون القدرة الاسمية الرسمية للألواح، والتي تُقاس عادة بالكيلووات. وبدون هذا الرقم، لم يتمكنوا من حساب مقاييس الكفاءة القياسية التي يستخدمها المهندسون. ومع ذلك، من خلال مقارنة الطاقة الفعلية المنتجة مقابل بيانات الطقال المعروفة في المنطقة، تمكنوا من تقدير حجم النظام بثقة عالية. أشارت حساباتهم إلى أن النظام كان على الأرجح يتراوح بين 2.7 و3.0 كيلووات. وضع هذا التقدير أداء المنزل ضمن النطاق المتوقع للأنظمة المماثلة في وسط أوروبا، مما أكد أن التركيب كان يعمل بمستوى يتوافق مع المناخ المحلي ومعايير التكنولوجيا.

في النهاية، توفر هذه الدراسة نظرة تفصيلية نادرة لكيفية أداء نظام شمسي سكني في العالم الحقيقي على مدى عدة سنوات. وهي تظهر أنه بينما يمكن للطقس أن يسبب تقلبات كبيرة في إجمالي إنتاج الطاقة من سنة إلى أخرى، فإن السلوك الأساسي لنظام سليم هو سلوك مستقر ويمكن التنبؤ به. تؤكد الدراسة أن الطاقة الشمسية في رومانيا مورد موثوق يتبع الفصول، وأنه مع الحجم الصحيح، يمكن للمنزل تحقيق استقلال تام عن الشبكة. ومن خلال توثيق هذه الأنماط بدقة، قدم الباحثون نموذجاً قيماً للآخرين لفهم الإمكانات الحقيقية للطاقة الشمسية في منازلهم، مما يثبت أنه حتى بدون طقس مثالي، يمكن للشمس أن تمد المنزل بالطاقة باستمرار وفعالية.