إتاوة المفاقيد
الاثنين - 14 أغسطس 2023
Mon - 14 Aug 2023
مع زيادة انتشار قدرة الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV)، من المهم عند التصميم خفض خسائر ومفاقيد النظام ورفع إنتاج الطاقة النظيفة والمتجددة بقدر المستطاع.
تعتبر هذه المعضلة واحدة من أشرس العقبات لما فيها من ضبابية وهشاشة دقة المعلومات المتوفرة وخصوصا البيئية والفنية.
عادة ما يتم احتساب تلك المفاقيد على شكل نسبة مئوية من إجمالي إنتاج الطاقة في الحالات المثالية.
من الطبيعي أن تكون لمفاقيد النظام الكهروضوئية تأثير كبير على ناتج الطاقة المحقق للمحطة والكفاءة الإجمالية، وهذا ما يجعل هناك فرقا بين التصميم الفعال للمشروع عن غيره.
أنواع المفاقيد في الأنظمة الكهروضوئية:
هناك عدة أنواع مختلفة من مفاقيد النظام، مثل البيئة والطقس والحمل الكهربائي، معظمها قضايا تحتاج إلى المعالجة في مرحلة التصميم، بينما يمكن للصيانة أن تقطع شوطا ما للحد من تلك المفاقيد.
1 - مفاقيد التظليل: يمكن أن يؤدي وقوع الظل على أسطح الألواح الشمسية فقدان النظام بنسبة تصل إلى 7% تقريبا. المؤسف في الموضوع هو أن الخلايا الشمسية مرتبطة في مجموعات مما يعني أن تظليل خلية واحدة سيؤثر على باقي إنتاج اللوحة الشمسية بالكامل.
طبعا في هذا النوع من الفقد هنالك مشكلة كبيرة أخرى وهي أنه يمكن أن يتسبب هذا التظليل في ظهور نقاط ساخنة، والتي يمكن أن تلحق الضرر باللوحة.
2 - مفاقيد الغبار وتراكمات الأتربة: يمكن أن يبلغ متوسط مفاقيد النظام من الغبار والأوساخ حوالي 2% في المواقع التي تهطل فيها الأمطار على مدار العام، لكن في المواقع القريبة من المراكز الصناعية وفي المناطق المتربة ذات الأمطار المحدودة، يمكن أن تصل المفاقيد إلى 6-7%.
تؤثر الزاوية التي تميل فيها الألواح على تراكم الغبار، بينما يمكن أن تتراكم العوائق الأخرى مثل فضلات الطيور بمرور الوقت ويصعب إزالتها.
أثناء مرحلة التصميم واختيار زاوية ميلان الألواح، يمكن تعديلها لتقليل تراكم الغبار والأوساخ مع مراعاة عوامل أخرى، مثل الزاوية المثلى لامتصاص ضوء الشمس والتظليل من الصفوف المجاورة.
3 - مفاقيد انعكاس ضوء الشمس: هناك بعض المفاقيد في الناتج حوالي 2.5% عندما ينعكس ضوء الشمس عن أسطح الألواح بدلا من امتصاصه لتوليد التيار الكهربائي.
4 - مفاقيد طيفية الضوء: لا تقوم الخلايا الشمسية بتحويل جميع الأطوال الموجية للضوء التي ترسلها الشمس، لكنها مُحسَّنة لتحويل معظم الضوء المرئي على نطاق واسع ونصف ضوء الأشعة تحت الحمراء الذي يصل للألواح الشمسية، مما يزيد من الناتج الكهربائي.
يؤثر التحلل الناجم عن الضوء (LID) على حجم كبير من خلايا السيليكون البلورية في الأيام القليلة الأولى بعد تثبيتها بسبب التعرض لأشعة الشمس. يمكن أن يتسبب هذا في مفاقيد بنسبة 0.5-1.5% ولكنه يؤثر فقط على أنواع معينة من الوحدات، مما يجعل اختيار الوحدة عاملا مهما في الحد من المفاقيد.
5 - المفاقيد الحرارية: أحد أكبر مفاقيد النظام ناتج عن ارتفاع درجات الحرارة؛ فلكل درجة مئوية تزيد عن 25 درجة مئوية، ينخفض الناتج من الخلية الشمسية بنسبة 0.5%. يواصل الباحثون النظر في طرق لتقليل الفاقد الحراري، مثل زيادة دوران الهواء.
6 - مفاقيد عدم تطابق المصفوفة: يحدث عدم التطابق عندما تنتج لوحتان أو أكثر مستويات مختلفة من الطاقة، إما بسبب التظليل الجزئي أو اختلاف الأبعاد أو الاختلافات الطفيفة في الخصائص الكهربائية للخلايا. يمكن أن يكون هناك عدم تطابق في السلاسل بأكملها بسبب سوء التوجيه أو مواجهة اللوحات في اتجاهات مختلفة.
إلى جانب ذلك، تؤدي عملية التصنيع بشكل طبيعي إلى اختلافات طفيفة حيث لا توجد وحدتان متطابقتان تماما. يتم تصنيع الخلايا بتفاوت بين +/- 1.5% و +/- 5%، لذلك في ظروف العالم الحقيقي لن تنتج كميات متطابقة من الطاقة.
7 - مفاقيد الكابل: لا يمكن القضاء على المفاقيد من التيار المتدفق عبر كابلات التيار المستمر والمتردد ولكن يمكن التقليل منها. تسبب المقاومة الكهربائية انخفاض الجهد في الكابلات عندما يتدفق التيار، وتضيع الطاقة من خلال التسخين. كلما زاد التيار زاد تأثير التسخين وأصبح عاملا أكثر عبر الوصلات.
8 - مفاقيد العاكس: بالنسبة لمشاريع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق، توجد عواكس مركزية وسلسلة. عادة ما يكون معدل الكفاءة لديهم حوالي 95-98%، ولكن يمكن أن يتغير اعتمادا على جوانب أخرى. عاملان من أهم العوامل التي تؤثر على كفاءة العاكس هما درجة الحرارة والحمل الكهربائي.
هنا أجد أن التعامل مع هذه المفاقيد سيكون عبئا ما لم نأت بحلول جذرية لهذه المعضلات. الكثير من تلك المفاقيد مرتبطة بشكل ما سلبا مع ارتفاع درجة الحرارة، مما يعني أننا إما أن نختار هذا النظام في أماكن تكون درجات الحرارة فيها مقبولة، أو أن نستفيد من تلك الحرارة بشكل ذكي يرفع من كفاءة وإنتاجية النظام.
@HUSSAINBASSI
تعتبر هذه المعضلة واحدة من أشرس العقبات لما فيها من ضبابية وهشاشة دقة المعلومات المتوفرة وخصوصا البيئية والفنية.
عادة ما يتم احتساب تلك المفاقيد على شكل نسبة مئوية من إجمالي إنتاج الطاقة في الحالات المثالية.
من الطبيعي أن تكون لمفاقيد النظام الكهروضوئية تأثير كبير على ناتج الطاقة المحقق للمحطة والكفاءة الإجمالية، وهذا ما يجعل هناك فرقا بين التصميم الفعال للمشروع عن غيره.
أنواع المفاقيد في الأنظمة الكهروضوئية:
هناك عدة أنواع مختلفة من مفاقيد النظام، مثل البيئة والطقس والحمل الكهربائي، معظمها قضايا تحتاج إلى المعالجة في مرحلة التصميم، بينما يمكن للصيانة أن تقطع شوطا ما للحد من تلك المفاقيد.
1 - مفاقيد التظليل: يمكن أن يؤدي وقوع الظل على أسطح الألواح الشمسية فقدان النظام بنسبة تصل إلى 7% تقريبا. المؤسف في الموضوع هو أن الخلايا الشمسية مرتبطة في مجموعات مما يعني أن تظليل خلية واحدة سيؤثر على باقي إنتاج اللوحة الشمسية بالكامل.
طبعا في هذا النوع من الفقد هنالك مشكلة كبيرة أخرى وهي أنه يمكن أن يتسبب هذا التظليل في ظهور نقاط ساخنة، والتي يمكن أن تلحق الضرر باللوحة.
2 - مفاقيد الغبار وتراكمات الأتربة: يمكن أن يبلغ متوسط مفاقيد النظام من الغبار والأوساخ حوالي 2% في المواقع التي تهطل فيها الأمطار على مدار العام، لكن في المواقع القريبة من المراكز الصناعية وفي المناطق المتربة ذات الأمطار المحدودة، يمكن أن تصل المفاقيد إلى 6-7%.
تؤثر الزاوية التي تميل فيها الألواح على تراكم الغبار، بينما يمكن أن تتراكم العوائق الأخرى مثل فضلات الطيور بمرور الوقت ويصعب إزالتها.
أثناء مرحلة التصميم واختيار زاوية ميلان الألواح، يمكن تعديلها لتقليل تراكم الغبار والأوساخ مع مراعاة عوامل أخرى، مثل الزاوية المثلى لامتصاص ضوء الشمس والتظليل من الصفوف المجاورة.
3 - مفاقيد انعكاس ضوء الشمس: هناك بعض المفاقيد في الناتج حوالي 2.5% عندما ينعكس ضوء الشمس عن أسطح الألواح بدلا من امتصاصه لتوليد التيار الكهربائي.
4 - مفاقيد طيفية الضوء: لا تقوم الخلايا الشمسية بتحويل جميع الأطوال الموجية للضوء التي ترسلها الشمس، لكنها مُحسَّنة لتحويل معظم الضوء المرئي على نطاق واسع ونصف ضوء الأشعة تحت الحمراء الذي يصل للألواح الشمسية، مما يزيد من الناتج الكهربائي.
يؤثر التحلل الناجم عن الضوء (LID) على حجم كبير من خلايا السيليكون البلورية في الأيام القليلة الأولى بعد تثبيتها بسبب التعرض لأشعة الشمس. يمكن أن يتسبب هذا في مفاقيد بنسبة 0.5-1.5% ولكنه يؤثر فقط على أنواع معينة من الوحدات، مما يجعل اختيار الوحدة عاملا مهما في الحد من المفاقيد.
5 - المفاقيد الحرارية: أحد أكبر مفاقيد النظام ناتج عن ارتفاع درجات الحرارة؛ فلكل درجة مئوية تزيد عن 25 درجة مئوية، ينخفض الناتج من الخلية الشمسية بنسبة 0.5%. يواصل الباحثون النظر في طرق لتقليل الفاقد الحراري، مثل زيادة دوران الهواء.
6 - مفاقيد عدم تطابق المصفوفة: يحدث عدم التطابق عندما تنتج لوحتان أو أكثر مستويات مختلفة من الطاقة، إما بسبب التظليل الجزئي أو اختلاف الأبعاد أو الاختلافات الطفيفة في الخصائص الكهربائية للخلايا. يمكن أن يكون هناك عدم تطابق في السلاسل بأكملها بسبب سوء التوجيه أو مواجهة اللوحات في اتجاهات مختلفة.
إلى جانب ذلك، تؤدي عملية التصنيع بشكل طبيعي إلى اختلافات طفيفة حيث لا توجد وحدتان متطابقتان تماما. يتم تصنيع الخلايا بتفاوت بين +/- 1.5% و +/- 5%، لذلك في ظروف العالم الحقيقي لن تنتج كميات متطابقة من الطاقة.
7 - مفاقيد الكابل: لا يمكن القضاء على المفاقيد من التيار المتدفق عبر كابلات التيار المستمر والمتردد ولكن يمكن التقليل منها. تسبب المقاومة الكهربائية انخفاض الجهد في الكابلات عندما يتدفق التيار، وتضيع الطاقة من خلال التسخين. كلما زاد التيار زاد تأثير التسخين وأصبح عاملا أكثر عبر الوصلات.
8 - مفاقيد العاكس: بالنسبة لمشاريع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق، توجد عواكس مركزية وسلسلة. عادة ما يكون معدل الكفاءة لديهم حوالي 95-98%، ولكن يمكن أن يتغير اعتمادا على جوانب أخرى. عاملان من أهم العوامل التي تؤثر على كفاءة العاكس هما درجة الحرارة والحمل الكهربائي.
هنا أجد أن التعامل مع هذه المفاقيد سيكون عبئا ما لم نأت بحلول جذرية لهذه المعضلات. الكثير من تلك المفاقيد مرتبطة بشكل ما سلبا مع ارتفاع درجة الحرارة، مما يعني أننا إما أن نختار هذا النظام في أماكن تكون درجات الحرارة فيها مقبولة، أو أن نستفيد من تلك الحرارة بشكل ذكي يرفع من كفاءة وإنتاجية النظام.
@HUSSAINBASSI
