إنتاج الكهرباء من نظام PV ليس كما هو متوقع؟ خذك لفهم دليل تكوين تطبيق المُحسِّن.

في التطبيق العملي لتوليد الطاقة الكهروضوئية، غالبًا ما تؤدي المشاكل مثل انسداد الظل، وفروق ориентации الوحدات، والتدهور الحاصل في الوحدات إلى انخفاض في إنتاج الطاقة للنظام. أظهرت الدراسات أن انسداد الظل يمكن أن يؤدي إلى فقدان يصل إلى 70% من إنتاج الطاقة (المصدر ①: NREL). وبالأخص عندما تكون وحدة معينة مظللة، فإن التيار والطاقة الناتجة عن الدائرة المتسلسلة بأكملها ستنخفض بشكل كبير. لذلك، تم إنشاء المُحسّن الكهروضوئي. فهو يضبط التيار الناتج عن الوحدة المصابة من خلال الدائرة الداخلية لتحكم DC-DC لتحقيق توافق في التيار مع الوحدات الأخرى، مما يقلل بفعالية من خسارة إنتاج الطاقة الناتجة عن عدم التطابق. بعد ذلك، سيعمل هذا المقال على شرح متطلبات التطبيق الخاصة للمُحسّن الكهروضوئي والحلول التي يقدمها في محطات الطاقة القائمة وفي المحطات الجديدة المثبتة.

التدابير الرئيسية لزيادة إنتاج الطاقة في المحطات القائمة

بالنسبة لمحطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية التي تعمل بالفعل، فإن تركيب مُحسِّنات الطاقة الشمسية يُعد بلا شك استراتيجية ترقية حاسمة. يمكن لهذه التكنولوجيا ليس فقط زيادة إنتاجية النظام بشكل كبير، ولكنها توفر أيضًا ضمانًا قويًا لتشغيل المستقر طويل الأمد للمحطة. وفيما يلي بعض السيناريوهات التطبيقية الشائعة:

تجديد محطة قديمة (بدون استبدال الوحدات الجديدة)

تواجه بعض محطات الطاقة القديمة التي تعمل منذ سنوات عديدة انخفاضًا في إنتاج الطاقة بسبب تقادم الوحدات، وتدهور الأداء، والتغيرات في البيئة التشغيلية. وفقًا للدراسات، يمكن أن ينخفض كفاءة إنتاج الطاقة للوحدات المتقادمة بنسبة تصل إلى 20% (المصدر ② 1: الوكالة الدولية للطاقة)، مما يؤدي إلى مشاكل خطيرة في عدم توافق الوحدات. تركيب مُحسّن يمكن أن يحل هذه المشكلة ليس فقط بل يستعيد إنتاج الطاقة المفقود إلى أقصى حد ممكن، بالإضافة إلى مراقبة حالة عمل الوحدات في الوقت الفعلي من خلال وظائف المراقبة على مستوى الوحدة، وتحديد موقع الوحدات المتعطلة بدقة، مما يوفر وقت الصيانة والتشغيل.

تجديد محطة الطاقة القديمة (استبدال كل الوحدات بوحدات جديدة)

لمحطات الطاقة التي يتم إكمالها عادةً في عام 2018 أو قبل ذلك، من المخطط استبدال الوحدات القديمة بالوحدات الأحدث. عند استبدال وحدات جديدة، قد تؤدي تغييرات حجم الوحدة إلى ظلال تظليل (كما هو موضح في الشكل أدناه)، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة. وفقًا لخبرة مشروع Shenggao، يمكن لأنظمة باستخدام تقنية المُحسِّن زيادة إنتاج الطاقة الشامل بشكل كبير في مواجهة التظليل الناتج عن الظلال، بمتوسط زيادة بنسبة 15٪ أو أكثر.

وحدات المحطة الكهروضوئية التي تم إكمالها في الماضي أصغر حجمًا واستُبدلت بوحدات أكبر حجمًا، مما يؤدي إلى حدوث بعض التظليل الناتج عن الظلال.

تجديد محطات الطاقة القديمة (استبدال جزئي بوحدات جديدة)

مع التطور السريع لتصنيع الوحدات، عندما تحتاج وحدات المحطة القديمة إلى استبدال بسبب التلف، غالباً ما تواجه معضلة أن الشركة المصنعة الأصلية لم تعد تنتج وحدات بنفس المواصفات. وإذا تم استبدال الوحدات التالفة فقط بوحدات شائعة في السوق الحالي، فقد يحدث مشكلة عدم التوافق ضمن سلسلة الوحدات نفسها. لحل هذه المشكلة، أصبح تركيب مُحسّن (optimizer) خياراً أكثر اقتصادية وفعالية، حيث يمكنه القضاء الفعال على مشاكل عدم التوافق وضمان كفاءة محطة الطاقة.

حوكمة الظل

يعتاد أن يكون عمر محطات الطاقة الكهروضوئية يصل إلى 25 عامًا، وقد تتغير البيئة المحيطة أثناء التشغيل. على سبيل المثال، يمكن أن تسبب المباني الجديدة، والأشجار المزروعة حديثًا، والمعدات الجديدة الموجودة على السطح مشكلات في ظل التظليل للوحدات الكهروضوئية. في هذه الحالة، يكون تطبيق مُحسِّن خاص مهمًا جدًا. من خلال اعتماد تقنية المُحسِّن، يمكن تقليل تأثير ظل التظليل على إنتاج النظام للطاقة بشكل كبير، واستعادة الخسائر الناتجة عن الظل.

اقتراحات التكوين الأمثل لمحطات القوى الجديدة المثبتة

للمستخدمين الذين لم يقموا بعد بتثبيت محطة طاقة شمسية، فإن تهيئة المُحسّن الشمسي بشكل استباقي له أهمية كبيرة أيضًا. في بداية التخطيط والتصميم للمحطة، يجب أخذ المُحسّن بعين الاعتبار لضمان أن تكون المحطة قادرة على إنتاج الطاقة بكفاءة واستقرار وذكاء منذ بداية البناء. الحالات التالية تناسب بشكل خاص تركيب مُحسّنات الطاقة الشمسية:

هيكل سقف معقد

في بداية بناء محطة طاقة شمسية، أحد العوامل الأساسية التي تحدد حجم التركيبات الشمسية على السطح هو اتجاه السقف. عندما تواجه الألواح في نفس السلسلة اتجاهين مختلفين، يؤدي ذلك إلى فقدان طاقة معين. يسمح المُحسّن الشمسي لكل لوحة بالعمل عند نقطة القوة القصوى الخاصة بها، بشكل مستقل عن اللوحات الأخرى في نفس السلسلة، مما يزيد من الاستفادة القصوى من مساحة السطح.

مشكلة الظلال والإعاقة

يمكن أن يؤدي وجود الظلال حول السطح إلى فقدان إنتاجية الطاقة في النظام الفوتو伏ولطي. حتى الظلال البسيطة الناتجة عن الأشجار أو الأسلاك يمكن أن يكون لها تأثير كبير على إنتاجية الطاقة للنظام بأكمله. يستخدم مُحسِّن PV تتبع قمة الطاقة الأقصى (MPPT) على مستوى الوحدة لتحسين الوحدات المحجوبة بشكل مستقل وزيادة إنتاجية النظام الكلي.

الطبيعة المتغيرة للبيئة الطبيعية

العوامل البيئية الشائعة مثل تراكم الرماد، فضلات الطيور، وتراكم الثلوج يمكن أن يكون لها أيضًا تأثير كبير على إنتاجية محطات الطاقة الشمسية الفوتوovoltaic. إذا كانت البيئة الطبيعية في المنطقة التي يقع فيها سطحك متقلبة، فمن المرجح ألا تحقق إنتاجية الطاقة الشمسية التوقعات. تركيب مُحسِّن يمكن أن يعالج هذه التحديات بفعالية ويضمن إنتاجية طاقة مستقرة.

متطلبات السلامة والصيانة

تتميز أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بخاصية توليد الجهد بشكل مستمر. وفي حالة حدوث أعطال أو حرائق أو مواقف حرجة أخرى، فإن أنظمة الطاقة الشمسية التي لا يمكن قطعها بأمان عند الجهد المنخفض ستكون لها مخاطر أمان محتملة. يمكن لمحسن الطاقة الشمسية الكشف عن المخاطر الكامنة في الوقت المناسب من خلال المراقبة على مستوى الوحدة وتنفيذ الإيقاف السريع بالكامل خلال 15 ثانية، وتقليل الجهد إلى مستوى آمن لضمان سلامة أنظمة الطاقة الشمسية وأفراد الصيانة.

باختصار، يلعب محسنات الأنظمة الشمسية دورًا مهمًا في زيادة إنتاج الطاقة للأنظمة الشمسية، وضمان السلامة وسهولة الصيانة. سواء كان مشروع طاقة شمسية قيد التشغيل أو غير مثبت بعد، فإن تركيب المحسنات في السيناريوهات المحددة هو خيار حكيم.

مصدر  ① أداء PV من NREL  ：https://www.nrel.gov/docs/fy19osti/72399.pdf
مصدر  ② برنامج أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية لدى الوكالة الدولية للطاقة  ： https://iea-pvps.org/