هل لا يتم توليد الطاقة من نظام الطاقة الكهروضوئية كما هو متوقع؟ نأخذك إلى دليل تكوين تطبيق المحسن لفهمه.

في التطبيق العملي لتوليد الطاقة الكهروضوئية، غالبًا ما تؤدي مشاكل مثل انسداد الظل واختلاف اتجاه الوحدة وتوهين الوحدة إلى انخفاض في توليد الطاقة في النظام. أظهرت الدراسات أن انسداد الظل يمكن أن يؤدي إلى فقدان توليد الطاقة بنسبة تصل إلى 70٪ (المصدر ①: NREL). وخاصةً عندما يتم تظليل وحدة معينة، سيتم تقليل التيار وناتج الطاقة لدائرة السلسلة بأكملها بشكل كبير. لذلك، ظهر مُحسِّن الطاقة الكهروضوئية. إنه يضبط تيار خرج الوحدة المشكلة من خلال دائرة التحكم DC-DC الداخلية لتحقيق مطابقة التيار مع الوحدات الأخرى، مما يقلل بشكل فعال من فقدان توليد الطاقة الناجم عن عدم التطابق. بعد ذلك، ستشرح هذه المقالة بالتفصيل متطلبات التطبيق المحددة لمحسن الطاقة الكهروضوئية والحلول التي يوفرها في محطة الطاقة الأصلية ومحطة الطاقة المثبتة حديثًا.

الإجراءات الرئيسية لزيادة توليد الطاقة من محطات الطاقة الحالية

بالنسبة لمحطات الطاقة الكهروضوئية العاملة بالفعل، فإن تركيب محسنات الطاقة الكهروضوئية يعد بلا شك استراتيجية ترقية حاسمة. لا تستطيع هذه التكنولوجيا زيادة توليد الطاقة للنظام بشكل كبير فحسب، بل إنها توفر أيضًا ضمانًا قويًا للتشغيل المستقر طويل الأمد لمحطة الطاقة. فيما يلي بعض سيناريوهات التطبيق النموذجية:

تجديد محطة الطاقة القديمة (بدون استبدال الوحدات الجديدة)

غالبًا ما تعاني بعض محطات الطاقة القديمة التي تعمل منذ سنوات عديدة من انخفاض في توليد الطاقة بسبب تقادم الوحدات وتدهور الأداء والتغيرات في بيئة العمل. وفقًا للدراسات، يمكن تقليل كفاءة توليد الطاقة للوحدات القديمة بنسبة تصل إلى 20٪ (المصدر ② 1: IEA)، مما يتسبب في حدوث مشاكل خطيرة في عدم تطابق الوحدات. لا يمكن لتثبيت المحسن حل هذه المشكلة واستعادة توليد الطاقة المفقودة إلى أقصى حد فحسب، بل يمكنه أيضًا مراقبة حالة عمل الوحدات في الوقت الفعلي من خلال وظائف مراقبة مستوى الوحدة، وتحديد الوحدات التي بها مشكلة بدقة، وتوفير وقت التشغيل والصيانة.

تجديد محطة الطاقة القديمة (استبدالها كلها بوحدات جديدة)

بالنسبة لمحطات الطاقة التي يتم الانتهاء منها عادة في عام 2018 أو قبل ذلك، من المخطط استبدال الوحدات القديمة بأحدث الوحدات. عند استبدال الوحدات الجديدة، قد يحدث انسداد الظل (كما هو موضح في الشكل أدناه) بسبب تغييرات حجم الوحدة، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة. وفقًا لتجربة مشروع Shenggao، يمكن للأنظمة التي تستخدم تقنية المحسن زيادة توليد الطاقة الشاملة بشكل كبير في مواجهة انسداد الظل، بزيادة متوسطة تبلغ 15٪ أو أكثر.

الوحدات النمطية لمحطة الطاقة التي تم الانتهاء منها في الماضي كانت أصغر حجماً وتم استبدالها بوحدات جديدة أكبر حجماً، مما أدى إلى حجب بعض الظلال.

تجديد محطة الطاقة القديمة (استبدال جزئي للوحدات الجديدة)

مع التطور السريع لتصنيع الوحدات، عندما تحتاج وحدات محطة الطاقة القديمة إلى الاستبدال بسبب التلف، فإنها غالبًا ما تواجه معضلة مفادها أن الشركة المصنعة الأصلية لن تنتج وحدات المواصفات نفسها. إذا تم استبدال الوحدات التالفة فقط بالوحدات الشائعة في السوق الحالية، فقد تحدث مشكلة عدم التطابق في نفس سلسلة الوحدات. لحل هذه المشكلة، أصبح تركيب محسن خيارًا أكثر اقتصادا وفعالية، والذي يمكنه القضاء على عدم التطابق بشكل فعال وضمان كفاءة محطة الطاقة.

الحكم الظلي

يبلغ عمر محطات الطاقة الكهروضوئية عادة ما يصل إلى 25 عامًا، وقد تتغير البيئة المحيطة أثناء التشغيل. على سبيل المثال، قد تتسبب المباني الجديدة والأشجار المزروعة والمعدات الجديدة على السطح في حدوث مشاكل انسداد الظل للوحدات الكهروضوئية. في هذه الحالة، يكون تطبيق المحسن مهمًا بشكل خاص. من خلال اعتماد تقنية المحسن، يمكن تقليل تأثير انسداد الظل على توليد الطاقة للنظام بشكل كبير، ويمكن تعويض فقدان الطاقة الناجم عن الظل.

اقتراحات التكوين الأمثل لمحطات الطاقة المثبتة حديثًا

بالنسبة للمستخدمين الذين لم يقوموا بعد بتثبيت محطة طاقة كهروضوئية، فمن المهم أيضًا تكوين مُحسِّن الطاقة الكهروضوئية بشكل استباقي. في بداية التخطيط وتصميم محطة الطاقة، يجب أخذ المُحسِّن في الاعتبار لضمان أن محطة الطاقة لديها قدرة توليد طاقة فعالة ومستقرة وذكية منذ بداية البناء. السيناريوهات التالية مناسبة بشكل خاص لتثبيت مُحسِّنات الطاقة الكهروضوئية:

هيكل سقف معقد

في بداية إنشاء محطة للطاقة الشمسية الكهروضوئية، يعد اتجاه السطح أحد العوامل الأساسية التي تحدد حجم تركيبات الطاقة الشمسية الكهروضوئية على السطح. تواجه الوحدات في نفس السلسلة اتجاهين مختلفين، مما يؤدي إلى فقدان معين للطاقة. يسمح محسن الطاقة الشمسية لكل وحدة بالعمل عند نقطة الطاقة القصوى الخاصة بها، بشكل مستقل عن الوحدات الأخرى في نفس السلسلة، وبالتالي تعظيم استخدام مساحة السطح.

مشكلة حجب الظل

إن وجود الظلال حول السقف قد يتسبب في فقدان توليد الطاقة من النظام الكهروضوئي. حتى أدنى ظل من الأشجار أو الأسلاك يمكن أن يكون له تأثير كبير على توليد الطاقة للمحطة بأكملها. يستخدم مُحسِّن الطاقة الكهروضوئية تتبع الحد الأقصى للطاقة MPPT على مستوى الوحدة لتحسين الوحدات المحظورة بشكل مستقل وزيادة توليد الطاقة للنظام الإجمالي.

البيئة الطبيعية متغيرة

يمكن أن يكون للعوامل البيئية الشائعة مثل تراكم الرماد وفضلات الطيور وتراكم الثلوج أيضًا تأثير كبير على توليد الطاقة من محطات الطاقة الكهروضوئية. إذا كانت البيئة الطبيعية في المنطقة التي يقع فيها سقفك متقلبة، فمن المحتمل أن توليد الطاقة الكهروضوئية لن يلبي التوقعات. يمكن أن يؤدي تركيب محسن إلى معالجة هذه التحديات بشكل فعال وضمان توليد طاقة مستقر.

متطلبات السلامة والصيانة

تتميز أنظمة الطاقة الكهروضوئية بخصائص توليد الجهد المستمر. وفي حالة حدوث أعطال أو حرائق أو مواقف حرجة أخرى، فإن أنظمة الطاقة الكهروضوئية التي لا يمكن قطعها بأمان عند انخفاض الجهد ستواجه مخاطر أمنية محتملة. يمكن لمحسن الطاقة الكهروضوئية اكتشاف المخاطر الكامنة في الوقت المناسب من خلال مراقبة مستوى الوحدة والإغلاق السريع الكامل في غضون 15 ثانية، مما يقلل الجهد إلى مستوى آمن لضمان سلامة أنظمة الطاقة الكهروضوئية وموظفي التشغيل والصيانة.

باختصار، تلعب محسنات الطاقة الكهروضوئية دورًا مهمًا في زيادة توليد الطاقة من أنظمة الطاقة الكهروضوئية، وضمان السلامة وسهولة الصيانة. سواء كانت محطة طاقة كهروضوئية عاملة أو غير مثبتة، فإن تركيب محسنات الطاقة في سيناريوهات محددة يعد خيارًا حكيمًا.

مصدر ① أداء الطاقة الكهروضوئية في المختبر الوطني للطاقة المتجددة :https://www.nrel.gov/docs/fy19osti/72399.pdf
مصدر ② برنامج أنظمة الطاقة الكهروضوئية التابع لوكالة الطاقة الدولية : https://iea-pvps.org/