هل أداء نظام الطاقة الكهروضوئية لديك ضعيف؟ دليل لتطبيق وتكوين المحسن

في التطبيقات العملية لتوليد الطاقة الكهروضوئية، غالبًا ما تؤدي مشكلات مثل التظليل والاختلافات في اتجاه الوحدة وتدهور الوحدة إلى انخفاض في إنتاج النظام. تشير الأبحاث إلى أن التظليل يمكن أن يؤدي إلى خسائر في توليد الطاقة تصل إلى 70% (المصدر ①:NREL). وبشكل خاص عندما يتم تظليل وحدة معينة، يمكن أن ينخفض ​​التيار وناتج الطاقة لدائرة السلسلة بأكملها بشكل كبير. وهنا يأتي دور محسنات الطاقة الكهروضوئية. فهي تضبط تيار خرج الوحدات المتأثرة من خلال دوائر التحكم DC-DC الداخلية، مما يحقق مطابقة التيار مع الوحدات الأخرى ويقلل بشكل فعال من خسائر التوليد بسبب عدم التطابق. ستوضح هذه المقالة احتياجات التطبيق المحددة لمحسنات الطاقة الكهروضوئية في كل من التركيبات الحالية والجديدة، بالإضافة إلى الحلول التي توفرها.

التدابير الرئيسية لتعزيز الإنتاج في محطات الطاقة الكهروضوئية الحالية

بالنسبة لمحطات الطاقة الكهروضوئية العاملة، فإن التحديث باستخدام المحسنات هو بلا شك استراتيجية ترقية حاسمة. لا تعمل هذه التكنولوجيا على تعزيز إنتاج النظام بشكل كبير فحسب، بل إنها توفر أيضًا دعمًا قويًا للتشغيل المستقر طويل الأمد للمحطة. فيما يلي بعض سيناريوهات التطبيق النموذجية:

تجديد الوحدات القديمة (بدون استبدال الوحدات) غالبًا ما تشهد بعض المحطات القديمة التي تعمل منذ سنوات عديدة انخفاضًا في الإنتاج بسبب تقادم الوحدات وتدهور الأداء والتغيرات في بيئة العمل. ووفقًا للبحث، قد تنخفض كفاءة توليد الطاقة للوحدات القديمة بنسبة تصل إلى 20% (المصدر ②:IEA)، مما يؤدي إلى مشكلات عدم التطابق الشديدة. لا يمكن لتثبيت المحسنات معالجة هذه المشكلة فحسب، بل يمكنه أيضًا استعادة الجيل المفقود إلى أقصى حد. بالإضافة إلى ذلك، تتيح ميزة مراقبة مستوى الوحدة تتبع أداء الوحدة في الوقت الفعلي، مما يتيح التعرف الدقيق على الوحدات التي بها مشكلات وتوفير وقت الصيانة.

تجديد الوحدات القديمة (استبدال الوحدة بالكامل) عادةً ما تخطط المحطات التي تم إنشاؤها قبل عام 2018 لاستبدال الوحدات القديمة بأحدث الوحدات. وخلال عملية الاستبدال هذه، قد تتسبب التغييرات في أبعاد الوحدات في حدوث تظليل (كما هو موضح أدناه)، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة. واستنادًا إلى خبرة Sheng Gao في المشروع، يمكن للأنظمة التي تستخدم تقنية المحسن أن تعمل على تحسين توليد الطاقة بشكل كبير في وجود التظليل، مع زيادة متوسطة بنسبة 15% أو أكثر.

قد تتسبب الوحدات الجديدة الأكبر حجمًا في حدوث بعض التظليل

تجديد الوحدات القديمة (استبدال الوحدة جزئيًا) مع التطور السريع لتصنيع الوحدات، عندما تحتاج الوحدات في المصانع القديمة إلى الاستبدال بسبب التلف، فإنها غالبًا ما تواجه معضلة عدم قدرة الشركة المصنعة الأصلية على إنتاج نفس المواصفات. إن استبدال الوحدات التالفة بوحدات شائعة في السوق الحالية قد يؤدي ببساطة إلى مشاكل عدم التطابق داخل نفس سلسلة الوحدات. لمعالجة هذا التحدي، يظهر التحديث باستخدام المحسنات كخيار أكثر اقتصادا وفعالية، حيث يقضي بشكل فعال على ظاهرة عدم التطابق ويضمن كفاءة المصنع.

تخفيف التظليل تبلغ مدة عمر محطات الطاقة الكهروضوئية عادة ما يصل إلى 25 عامًا، وخلال هذه الفترة قد تتغير البيئات المحيطة بها. يمكن للمباني المشيدة حديثًا أو الأشجار المزروعة أو المعدات الإضافية على السطح أن تسبب مشكلات التظليل لوحدات الطاقة الكهروضوئية. في مثل هذه الحالات، يكون تطبيق المحسنات مهمًا بشكل خاص. من خلال استخدام تقنية المحسنات، يمكن تقليل تأثير التظليل على ناتج النظام بشكل كبير، وتعويض الخسائر الناجمة عن التظليل.

توصيات تكوين التحسين للتثبيتات الجديدة

بالنسبة للمستخدمين الذين لم يقوموا بعد بتثبيت أنظمة الطاقة الكهروضوئية، فإن تكوين المحسنات بشكل استباقي له نفس الأهمية. فمنذ مرحلة التخطيط والتصميم الأولية للمحطة، يجب أخذ المحسنات في الاعتبار لضمان الكفاءة العالية والاستقرار وقدرات توليد الطاقة الذكية منذ البداية. السيناريوهات التالية مناسبة بشكل خاص لتثبيت محسنات الطاقة الكهروضوئية:

هياكل السقف المعقدة أحد العوامل الأساسية التي تحدد حجم تركيب الألواح الكهروضوئية على أسطح المنازل هو اتجاه السطح. يمكن أن تؤدي الوحدات الموجودة في نفس السلسلة الموجهة في اتجاهين مختلفين إلى خسائر في الطاقة. تعمل محسنات الألواح الكهروضوئية على تمكين كل وحدة من العمل عند أقصى نقطة طاقة لها، دون التأثر بالوحدات الأخرى الموجودة في نفس السلسلة، وبالتالي تعظيم الاستفادة من مساحة السطح.

مشاكل التظليل يمكن أن تتسبب الظلال من أسطح المنازل المحيطة في خسائر في توليد الطاقة في الأنظمة الكهروضوئية. حتى الظلال الطفيفة للأشجار أو خطوط الكهرباء العلوية يمكن أن تؤثر بشكل كبير على الناتج الإجمالي للمحطة. تستخدم محسنات الطاقة الكهروضوئية نظام تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT) على مستوى الوحدة لتحسين الوحدات المظللة بشكل مستقل، وبالتالي تعزيز توليد النظام الإجمالي.

البيئات الطبيعية المتغيرة يمكن أن تؤثر العوامل البيئية الشائعة مثل تراكم الغبار وفضلات الطيور والثلوج أيضًا بشكل كبير على إنتاج محطات الطاقة الكهروضوئية. إذا كان سطح منزلك يقع في منطقة ذات ظروف طبيعية متغيرة، فقد يؤدي ذلك إلى ضعف الأداء في توليد الطاقة الكهروضوئية. يمكن أن يؤدي تركيب المحسنات إلى معالجة هذه التحديات بشكل فعال، مما يضمن توليد طاقة مستقر.

متطلبات السلامة والصيانة تولد الأنظمة الكهروضوئية جهدًا كهربائيًا مستمرًا، والأنظمة التي لا يمكنها إجراء عمليات فصل أمان الجهد المنخفض في حالة حدوث أعطال أو حرائق تشكل مخاطر أمنية. يمكن لمحسنات الأنظمة الكهروضوئية تحديد المخاطر المحتملة على الفور من خلال مراقبة مستوى الوحدة وإيقاف التشغيل السريع الكامل في غضون 15 ثانية، مما يقلل الجهد إلى مستويات آمنة ويضمن سلامة كل من النظام الكهروضوئي وموظفي الصيانة.

باختصار، تلعب محسِّنات الطاقة الكهروضوئية دورًا حيويًا في تعزيز إنتاج الأنظمة الكهروضوئية، وضمان السلامة، وتسهيل الصيانة. سواء بالنسبة لمحطات الطاقة الكهروضوئية التشغيلية أو الجديدة، فإن التحديث باستخدام محسِّنات في سيناريوهات محددة يعد خيارًا حكيمًا.

مصادر:

① أداء الطاقة الكهروضوئية في المختبر الوطني للطاقة المتجددة: https://www.nrel.gov/docs/fy19osti/72399.pdf 

② برنامج أنظمة الطاقة الكهروضوئية التابع لوكالة الطاقة الدولية: https://iea-pvps.org/