هل نظامك الكهروضوئي لا يعمل بكفاءة؟ دليل لتطبيق وتخصيص المحسنات

في التطبيقات العملية لإنتاج الكهرباء باستخدام الألواح الشمسية (PV)، تؤدي القضايا مثل الظلال، الاختلاف في اتجاه الوحدات، وتدهور الأداء إلى انخفاض إنتاج النظام. تشير الدراسات إلى أن الظلال يمكن أن تؤدي إلى خسائر في إنتاج الطاقة تصل إلى 70% (المصدر ① : (NREL). وبالأخص عندما يكون وحدة معينة مظللة، يمكن أن ينخفض التيار والطاقة المخرجة للكامل الدائرة المتسلسلة بشكل كبير. هنا يأتي دور مُحسّنات الطاقة الشمسية الكهروضوئية. فهي تضبط التيار المخرج للوحدات المتأثرة من خلال دوائر تحكم DC-DC الداخلية، مما يحقق توافقاً في التيار مع الوحدات الأخرى ويقلل بفعالية من خسائر الإنتاج الناتجة عن عدم التطابق. سيركز هذا المقال على شرح الاحتياجات التطبيقية الخاصة لمُحسّنات الطاقة الشمسية في كل من التثبيتات الجديدة والحالية وكذلك الحلول التي تقدمها.

التدابير الرئيسية لتعزيز الإنتاج في محطات الطاقة الشمسية الحالية

بالنسبة لمحطات الطاقة الشمسية التشغيلية، فإن تركيب المُحسّنات كجزء من ترقية هو بلا شك استراتيجية أساسية. هذه التقنية لا تزيد فقط من إنتاج النظام بشكل ملحوظ، بل توفر أيضاً دعماً قوياً لتشغيل المحطة على المدى الطويل بشكل مستقر. وفيما يلي بعض السيناريوهات التطبيقية الشائعة:

ترقية المحطات القديمة (بدون استبدال الوحدات) تواجه بعض المحطات القديمة التي كانت تعمل لسنوات عديدة انخفاضًا في الإنتاج بسبب تقادم الوحدات، وتدهور الأداء، والتغيرات في البيئة التشغيلية. وفقًا للأبحاث، قد ينخفض كفاءة إنتاج الطاقة للوحدات المتقادمة بنسبة تصل إلى 20% (المصدر ② : الوكالة الدولية للطاقة)، مما يؤدي إلى مشاكل خطيرة في عدم التوافق. يمكن أن يقوم تركيب المُحسِّنات بحل هذه المشكلة واستعادة الإنتاج المفقود إلى الحد الأقصى. بالإضافة إلى ذلك، ميزة المراقبة على مستوى الوحدة تسمح بمتابعة أداء الوحدات بشكل فوري، مما يمكّن من تحديد الوحدات المتعطلة بدقة ويوفّر وقت الصيانة.

تجديد المحطات القديمة (استبدال كامل للوحدات) عادةً، تخطط المنشآت التي تم بناؤها قبل عام 2018 لاستبدال الوحدات القديمة بأحدثها. أثناء هذا الاستبدال، قد تؤدي التغييرات في أبعاد الوحدات إلى ظهور الظلال (كما هو موضح أدناه)، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة. بناءً على خبرة شينغ غاو في المشاريع، يمكن لأنظمة التي تستخدم تقنية المُحسِّن أن تزيد بشكل كبير من الإنتاجية العامة في حالة وجود ظلال، مع زيادات متوسطها 15٪ أو أكثر.

قد تسبب الوحدات الجديدة الأكبر بعض الظلال

تجديد المنشآت القديمة (استبدال جزئي للوحدات)  مع التطور السريع لتصنيع الوحدات، عندما تحتاج الوحدات في المنشآت القديمة إلى الاستبدال بسبب التلف، تواجه غالباً معضلة عدم قيام الصانع الأصلي بإنتاج نفس المواصفات. قد يؤدي استبدال الوحدات التالفة بوحدات شائعة من السوق الحالي ببساطة إلى مشاكل عدم التوافق داخل سلسلة الوحدات نفسها. لحل هذه التحديات، يظهر التعديل باستخدام المُحسّنات كخيار أكثر اقتصادية وفعالية، مما يزيل بشكل فعال ظواهر عدم التوافق ويضمن كفاءة المنشأة.

تخفيف التظليل  عادة ما يكون عمر محطات الطاقة الشمسية يصل إلى 25 عامًا، خلال هذا الوقت قد تتغير البيئات المحيطة. يمكن للمباني الجديدة، أو الأشجار المزروعة، أو المعدات الإضافية على أسطح المنازل أن تسبب مشاكل الظلال للوحدات الشمسية. في مثل هذه الحالات، يكون تطبيق المُحسّنات مهمًا جدًا. من خلال استخدام تقنية المُحسّنات، يمكن تقليل تأثير الظلال على إنتاج النظام بشكل كبير، واستعادة الخسائر الناتجة عن الظلال.

توصيات تكوين التحسين لتركيبات جديدة

للمستخدمين الذين لم يقوموا بعد بتركيب أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، فإن تكوين المحسنات بشكل استباقي له أهمية متساوية. من مرحلة التخطيط والتصميم الأولية للمنشأة، يجب أخذ المحسنات في الاعتبار لضمان كفاءة عالية واستقرار وقدرات إنتاج طاقة ذكية منذ البداية. تتناسب السيناريوهات التالية بشكل خاص مع تركيب محسنات الطاقة الشمسية الكهروضوئية:

هياكل سقف معقدة  إحدى العوامل الأساسية التي تحدد حجم تركيب الألواح الشمسية على السطح هي اتجاه السقف. يمكن أن يؤدي توجيه الوحدات في السلسلة نفسها في اتجاهين مختلفين إلى فقدان الطاقة. تمكن المحسنات الشمسية كل وحدة من العمل عند نقطة القوة القصوى الخاصة بها دون تأثر بالوحدات الأخرى في نفس السلسلة، مما يزيد من الاستفادة القصوى من مساحة السطح.

مشكلات الظل  يمكن أن تؤدي الظلال الناتجة عن الأسطح المحيطة إلى خسائر في إنتاج الطاقة في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية. حتى الظلال الخفيفة للأشجار أو ظلال الخطوط العلوية يمكن أن تؤثر بشكل كبير على الإنتاج الكلي للمصنع. تستفيد المُحسِّنات الكهروضوئية من تتبع نقطة القوة القصوى (MPPT) على مستوى الوحدة لتحسين الألواح المشعة بشكل مستقل، مما يعزز من إنتاج النظام الكلي.

البيئات الطبيعية المتغيرة يمكن أن يؤثر عوامل بيئية شائعة مثل تراكم الغبار، فضلات الطيور، والثلج بشكل كبير على إنتاج محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية. إذا كان سطحك يقع في منطقة ذات ظروف طبيعية متغيرة، فقد يؤدي ذلك إلى انخفاض أداء إنتاج الطاقة الشمسية الكهروضوئية. تركيب مُحسِّنات يمكن أن يعالج هذه التحديات بكفاءة، مما يضمن توليد طاقة مستقر.

متطلبات السلامة والصيانة تولد أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الجهد الكهربائي بشكل مستمر، والأنظمة التي لا تستطيع تنفيذ قطع الأمان عند الجهد المنخفض في حالة حدوث أعطال أو حرائق تشكل مخاطر على السلامة. يمكن لأنظمة المُحسّنات الشمسية تحديد المخاطر المحتملة بسرعة من خلال مراقبة مستوى الوحدة وتنفيذ إيقاف سريع خلال 15 ثانية، وتقليل الجهد إلى مستويات آمنة لضمان سلامة كل من النظام الشمسي والمaintenance الأفراد.

بالمجمل، تلعب المُحسّنات الشمسية دورًا حيويًا في تحسين إنتاج أنظمة الطاقة الشمسية، وضمان السلامة، وتسهيل الصيانة. سواء للمحطات الشمسية القائمة أو الجديدة، فإن تركيب المُحسّنات في السيناريوهات المناسبة هو خيار حكيم.

المصادر:

① أداء NREL PV:  https://www.nrel.gov/docs/fy19osti/72399.pdf 

② برنامج أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية للوكالة الدولية للطاقة:  https://iea-pvps.org/