أداء النظام الكهروضوئي

يعتمد أداء نظام الخلايا الكهروضوئية على الظروف المناخية والمعدات المستخدمة وتكوين النظام. ويمكن قياس أداء هذا النظام كنسبة بين إنتاجه الفعلي والقيم المتوقعة، ويُعد هذا القياس أساسيًا لتشغيل وصيانة محطة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بشكل سليم. ويتمثل مصدر الطاقة الرئيسي في الإشعاع الشمسي الكلي الساقط على مستوى الألواح الشمسية، وهو بدوره مزيج من الإشعاع المباشر والإشعاع المنتشر. ^{[ 1 ]}

يُقاس أداء أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بواسطة أنظمة مراقبة، تتضمن جهاز تسجيل بيانات، وغالبًا ما تتضمن أيضًا جهاز قياس للأحوال الجوية (جهاز مثبت في الموقع أو مصدر بيانات جوية مستقل). تخدم أنظمة مراقبة أداء الطاقة الشمسية الكهروضوئية أغراضًا متعددة، فهي تُستخدم لتتبع اتجاهات أداء نظام كهروضوئي واحد ، وتحديد الأعطال أو الأضرار التي تلحق بالألواح الشمسية والعواكس، ومقارنة أداء النظام بمواصفات التصميم، أو لمقارنة أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية في مواقع مختلفة. يتطلب هذا النطاق الواسع من التطبيقات أجهزة استشعار وأنظمة مراقبة متنوعة، مُكيّفة مع الغرض المقصود. على وجه التحديد، ثمة حاجة إلى كل من أجهزة استشعار المراقبة الإلكترونية والاستشعار المستقل للأحوال الجوية (الإشعاع الشمسي، ودرجة الحرارة، وغيرها) لتوحيد توقعات إنتاج محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية. يُعد استشعار الإشعاع الشمسي بالغ الأهمية لصناعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، ويمكن تصنيفه إلى فئتين رئيسيتين: أجهزة قياس الإشعاع الشمسي المثبتة في الموقع، والاستشعار عن بُعد عبر الأقمار الصناعية. عندما لا تتوفر أجهزة قياس الإشعاع الشمسي المثبتة في الموقع، تُستخدم أحيانًا محطات الأرصاد الجوية الإقليمية، ولكن بجودة بيانات أقل. وقد تطور مؤخرًا نهج القياس بدون أجهزة استشعار المدعوم بتقنية إنترنت الأشياء الصناعية (Industrial IoT) كخيار ثالث.

تُوحّد معايير أجهزة الاستشعار وأنظمة مراقبة الخلايا الكهروضوئية في معيار IEC 61724-1 ^{[ 2 ]} ، وتُصنّف إلى ثلاثة مستويات من الدقة، يُشار إليها بالأحرف "A" أو "B" أو "C"، أو بالرموز "دقة عالية" و"دقة متوسطة" و"دقة أساسية". وقد طُوّر مُعامل يُسمى "نسبة الأداء" ^{[ 3 ]} لتقييم القيمة الإجمالية لفقدان نظام الخلايا الكهروضوئية.

مبادئ

يعتمد أداء نظام الخلايا الكهروضوئية عمومًا على شدة الإشعاع الشمسي الساقط على مستوى الألواح الشمسية ، ودرجة حرارة الخلايا الشمسية ، وطيف الضوء الساقط . كما يعتمد أيضًا على العاكس ، الذي يحدد عادةً جهد التشغيل للنظام. يتغير جهد وتيار خرج النظام بتغير ظروف الإضاءة ودرجة الحرارة والحمل، لذا لا يوجد جهد أو تيار أو قدرة محددة يعمل النظام عندها دائمًا. وبالتالي، يختلف أداء النظام تبعًا لبنيته (اتجاه وميل الوحدات)، وموقعه الجغرافي، ووقت اليوم، والظروف الجوية (كمية الإشعاع الشمسي ، والغطاء السحابي، ودرجة الحرارة)، والاضطرابات المحلية مثل التظليل، والأوساخ ، وحالة الشحن، وتوافر مكونات النظام.

الأداء حسب نوع النظام

محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية

قد تصل محطات الطاقة الشمسية الصناعية والتجارية إلى مستويات أداء عالية. في محطات الطاقة الشمسية الحديثة، ينبغي أن تتجاوز نسبة الأداء عادةً 80%. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]} تستخدم العديد من محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية حلولاً متطورة لمراقبة الأداء، والتي توفرها مجموعة متنوعة من مزودي التكنولوجيا.

الطاقة الشمسية الكهروضوئية الموزعة

في أنظمة الطاقة الشمسية المثبتة على أسطح المنازل، يستغرق تحديد الأعطال وإرسال فني وقتًا أطول عادةً، نظرًا لقلة توفر أدوات مراقبة أداء أنظمة الخلايا الكهروضوئية وارتفاع تكاليف العمالة. ونتيجةً لذلك، تعاني أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المثبتة على أسطح المنازل عادةً من انخفاض جودة التشغيل والصيانة، وانخفاض مستويات جاهزية النظام وإنتاج الطاقة.

الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة

تفتقر معظم محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة إلى أي أدوات لمراقبة الأداء، وذلك لعدد من الأسباب - بما في ذلك تكاليف معدات المراقبة، وتوافر الاتصال السحابي، وتوافر خدمات التشغيل والصيانة.

قياس الأداء ومراقبته

يوجد عدد من الحلول التقنية لتوفير قياس الأداء ومراقبة تركيبات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، وتختلف هذه الحلول وفقًا لجودة البيانات، والتوافق مع أجهزة استشعار الإشعاع الشمسي، بالإضافة إلى الأسعار.

جمع بيانات الطقس

يعتمد الحصول على بيانات الطقس بشكل عام على أجهزة استشعار الطقس المادية والاستشعار عن بعد باستخدام الأقمار الصناعية.

توافر وجودة بيانات توليد الطاقة

يُعدّ توفر بيانات توليد الطاقة وجودتها جزءًا أساسيًا من تقييم أداء أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية. وقد أتاح الوصول إلى الإنترنت مزيدًا من التحسين في مراقبة الطاقة والتواصل بشأنها.

عادةً، تُنقل بيانات محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية عبر مسجل بيانات إلى بوابة مراقبة مركزية. ويعتمد نقل البيانات على الاتصال السحابي المحلي، ما يجعله متاحًا على نطاق واسع في دول منظمة التعاون الاقتصادي والتنمية، ولكنه محدود في الدول المتقدمة. ووفقًا لسامويل تشانغ، نائب رئيس قسم الطاقة الشمسية الكهروضوئية الذكية في هواوي، سيتم رقمنة أكثر من 90% من محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية العالمية بالكامل بحلول عام 2025. ^{[ 6 ]}

مراقبة الأداء

بشكل عام، يمكن تصنيف حلول المراقبة إلى حلول برامج التسجيل والمراقبة التي توفرها الشركة المصنعة للعواكس، وحلول تسجيل البيانات المستقلة مع برامج مخصصة، وأخيراً حلول برامج المراقبة المحايدة فقط والمتوافقة مع العواكس ومسجلات البيانات المختلفة.

حلول المراقبة من مصنعي العاكسات

تتوفر أنظمة مراقبة أداء متخصصة من عدد من الموردين. بالنسبة لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية التي تستخدم محولات دقيقة (تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد على مستوى اللوحة)، يتم توفير بيانات طاقة الوحدات تلقائيًا. تتيح بعض الأنظمة إمكانية ضبط تنبيهات الأداء التي تُرسل تنبيهات عبر الهاتف/البريد الإلكتروني/الرسائل النصية عند الوصول إلى الحدود القصوى. توفر هذه الحلول بيانات لمالك النظام و/أو المُثبِّت. يستطيع المُثبِّتون مراقبة عدة أنظمة عن بُعد، والاطلاع على حالة جميع الأنظمة المُثبَّتة لديهم بنظرة سريعة. توفر جميع الشركات المصنعة الرئيسية للمحولات وحدة لجمع البيانات، سواءً كانت مسجل بيانات أو وسيلة اتصال مباشرة بالبوابة الإلكترونية.

تتميز هذه الحلول بميزة توفير أقصى قدر من المعلومات من العاكس وعرضها على شاشة محلية أو نقلها عبر الإنترنت، وخاصة التنبيهات من العاكس نفسه (زيادة درجة الحرارة، وفقدان الاتصال بالشبكة، وما إلى ذلك).

بعض حلول المراقبة هذه هي:

يمكن الوصول إلى Fronius عبر بوابة Solar.web ؛
مسجلات SMA's Webbox/Inverter Manager/Cluster-Controller التي يمكن الوصول إليها عبر بوابات Sunnyportal و EnnexOS ؛
يمكن الوصول إلى SolarEdge عبر بوابات SolarEdge Monitoring و MySolarEdge (التطبيق فقط)؛
يمكن الوصول إلى Sungrow عبر بوابة iSolarCloud ؛

حلول مستقلة لتسجيل البيانات متصلة بالعواكس

تتيح حلول تسجيل البيانات العامة المتصلة بالعواكس التغلب على العيب الرئيسي لحلول الشركات المصنعة للعواكس، ألا وهو التوافق مع العديد من الشركات المصنعة المختلفة. تتصل وحدات جمع البيانات هذه بالوصلات التسلسلية للعواكس، متوافقةً مع بروتوكول كل شركة مصنعة. وتُعد حلول تسجيل البيانات العامة عمومًا أقل تكلفة من حلول الشركات المصنعة للعواكس، كما أنها تسمح بتجميع أساطيل أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية من مختلف الشركات المصنعة للعواكس.

بعض حلول المراقبة هذه هي:

كما يمكن الوصول إلى مسجلات الطاقة عبر بوابة PowerTrack ؛
مسجلات Solar-Log التي يمكن الوصول إليها عبر بوابة WEB Enerest 4 ؛
مسجلات التحكم في الأرصاد الجوية التي يمكن الوصول إليها عبر بوابة VCOM السحابية ؛
يمكن الوصول إلى "مسجل الطاقة الشمسية الذكي" من Solar Analytics عبر بوابة Solar Analytics ؛

حلول مراقبة مستقلة

تُعدّ الفئة الأخيرة أحدث قطاع في مجال مراقبة أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية. وهي عبارة عن بوابات تجميع بيانات برمجية، قادرة على تجميع المعلومات من بوابات خاصة بالعواكس ومسجلات البيانات، بالإضافة إلى مسجلات البيانات المستقلة. وتنتشر هذه الحلول على نطاق أوسع مع تزايد اعتماد الاتصال المباشر بين العواكس والسحابة دون الحاجة إلى مسجلات البيانات، بل عبر اتصالات بيانات مباشرة.

شريك التأمين على أداء الطاقة الشمسية السكنية في أومنيديان ؛ أومنيديان ؛
نظام مراقبة الطاقة الشمسية العام من Solytic، بوابة Solytic ؛
منصة Sunreport لمراقبة الطاقة الشمسية السحابية، وهي منصة مستقلة عن الأجهزة ؛

مصدر بيانات الطقس

أجهزة استشعار الإشعاع في الموقع

تُعدّ قياسات الإشعاع الشمسي في الموقع جزءًا أساسيًا من أنظمة مراقبة أداء الخلايا الكهروضوئية. يمكن قياس الإشعاع الشمسي في نفس اتجاه الألواح الكهروضوئية، فيما يُعرف بقياسات مستوى المصفوفة (POA)، أو أفقيًا، فيما يُعرف بقياسات الإشعاع الشمسي الأفقي الكلي (GHI). تشمل أجهزة الاستشعار الشائعة المستخدمة في هذه القياسات: مقاييس الإشعاع الحراري ، وأجهزة مرجعية للخلايا الكهروضوئية، وأجهزة استشعار ضوئية ثنائية . وللتوافق مع فئة دقة محددة، يجب أن يستوفي كل نوع من أنواع أجهزة الاستشعار مجموعة معينة من المواصفات، والموضحة في الجدول أدناه.

الجدول 5 - خيارات ومتطلبات أجهزة الاستشعار للإشعاع المستوي والإشعاع العالمي المذكور من IEC 61724-1 ^{[ 2 ]}
نوع المستشعر	الفئة أ دقة عالية	الفئة ب دقة متوسطة	الفئة ج الدقة الأساسية
مقياس الإشعاع الحراري	معيار ثانوي وفقًا لمعيار ISO 9060 أو جودة عالية وفقًا لدليل المنظمة العالمية للأرصاد الجوية (نسبة عدم اليقين ≤ 3% للمجاميع الساعية)	الدرجة الأولى وفقًا لمعيار ISO 9060 أو جودة جيدة وفقًا لدليل المنظمة العالمية للأرصاد الجوية (نسبة عدم اليقين ≤ 8% للمجاميع الساعية)	أي
جهاز مرجعي للخلايا الكهروضوئية	عدم اليقين ≤ 3% من 100 واط/م² ^إلى 1500 واط/ ^م²	نسبة عدم اليقين ≤ 8% من 100 واط/م² ^إلى 1500 واط/ ^م²	أي
مستشعرات الثنائيات الضوئية	غير قابل للتطبيق	غير قابل للتطبيق	أي

إذا وُضع مستشعر الإشعاع الشمسي في نقطة التلامس الرئيسية، فيجب وضعه بنفس زاوية ميل وحدة الخلايا الكهروضوئية، إما بتثبيته على الوحدة نفسها أو باستخدام منصة أو ذراع إضافية بنفس مستوى الميل. ويمكن التحقق من محاذاة المستشعر بشكل صحيح باستخدام مستشعرات ميل محمولة أو مستشعر ميل مدمج. ^{[ 7 ]}

صيانة الحساسات

يحدد المعيار أيضًا جدول صيانة إلزامي لكل فئة دقة. تتطلب مستشعرات الفئة C صيانة وفقًا لمتطلبات الشركة المصنعة. أما مستشعرات الفئة B، فتحتاج إلى إعادة معايرة كل سنتين، وتتطلب سخانًا لمنع هطول الأمطار أو التكثيف. بينما تحتاج مستشعرات الفئة A إلى إعادة معايرة مرة واحدة سنويًا، وتنظيف مرة واحدة أسبوعيًا، وسخانًا، وتهوية (بالنسبة لمقاييس الإشعاع الشمسي الحرارية).

الاستشعار عن بعد بالإشعاع الشمسي عبر الأقمار الصناعية

يمكن أيضًا تقدير أداء الخلايا الكهروضوئية باستخدام الاستشعار عن بُعد بالأقمار الصناعية . تُعدّ هذه القياسات غير مباشرة لأن الأقمار الصناعية تقيس الإشعاع الشمسي المنعكس عن سطح الأرض. إضافةً إلى ذلك، يُصفّى الإشعاع بواسطة الامتصاص الطيفي للغلاف الجوي للأرض . تُستخدم هذه الطريقة عادةً في أنظمة المراقبة غير المُجهزة بأجهزة قياس من الفئتين B وC لتجنب تكاليف وصيانة أجهزة الاستشعار في الموقع. إذا لم تُصحّح البيانات المُستمدة من الأقمار الصناعية وفقًا للظروف المحلية، فقد يصل الخطأ في قياس الإشعاع إلى 10%. ^{[ 2 ]}

معايير المعدات والأداء

يتم توحيد أجهزة الاستشعار وأنظمة المراقبة في IEC 61724-1 ^{[ 2 ]} وتصنيفها إلى ثلاثة مستويات من الدقة، ويشار إليها بالأحرف "A" أو "B" أو "C"، أو بالعلامات "دقة عالية" و"دقة متوسطة" و"دقة أساسية".

في كاليفورنيا، تخضع مراقبة أداء أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية لتنظيم حكومة الولاية. اعتبارًا من عام 2017، منحت وكالة مبادرة كاليفورنيا للطاقة الشمسية (CSI) شهادة خدمة مراقبة الأداء وإعداد التقارير للشركات المؤهلة العاملة في قطاع الطاقة الشمسية والتي تعمل وفقًا لمتطلبات CSI. ^{[ 8 ]}

تم تطوير معيار يُسمى "نسبة الأداء" ^{[ 3 ]} لتقييم القيمة الإجمالية لفقد الطاقة في نظام الخلايا الكهروضوئية. تُعطي نسبة الأداء مقياسًا لطاقة التيار المتردد المُخرجة كنسبة من إجمالي طاقة التيار المستمر التي ينبغي أن تكون الوحدات الشمسية قادرة على توفيرها في ظل الظروف المناخية المحيطة.

انظر أيضاً

مراجع

↑ مايرز، د. ر. (سبتمبر 2003). "نمذجة وقياسات الإشعاع الشمسي لتطبيقات الطاقة المتجددة: جودة البيانات والنموذج" (ملف PDF) . وقائع المؤتمر الدولي للخبراء حول النمذجة الرياضية للإشعاع الشمسي وضوء النهار . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 ديسمبر 2012 .
1 2 3 4 IEC 61724-1:2017 – أداء النظام الكهروضوئي – الجزء 1: المراقبة ( الإصدار 1.0). اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC). 2017 [1998-01-01]. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2017-08-25 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2018-05-16 .
1 2 ماريون، ب ()؛ وآخرون . "معايير الأداء لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتصلة بالشبكة" (ملف PDF) . NREL . تم الاطلاع عليه في 30 أغسطس 2012 .
↑ "قوة الطاقة الشمسية الكهروضوئية - دراسات حالة عن محطات الطاقة الشمسية في الشرق" (ملف PDF) . وقائع معرض رينكسبو . جامعة ولاية كاليفورنيا. مؤرشف من الأصل في 8 أبريل 2022. تم الاطلاع عليه في 5 مارس 2013 .
↑ "أفينال في صعود: نظرة فاحصة على أكبر محطة طاقة كهروضوئية من السيليكون الرقيق في العالم" . PV-Tech. مؤرشف من الأصل في 22 فبراير 2015. تم الاطلاع عليه في 22 أبريل 2013 .
↑ التنبؤ بمستقبل الطاقة الشمسية الكهروضوئية الذكية. مجلة الطاقة الشمسية الكهروضوئية. 25 يونيو 2020.
↑ "مقياس الإشعاع الشمسي SR30 | متوافق مع متطلبات الفئة أ من معيار IEC 61724-1" . www.hukseflux.com . تاريخ الوصول: 16 مايو 2018 .
↑ "شهادة مزود خدمة مراقبة الأداء وإعداد التقارير" (ملف PDF) . مبادرة كاليفورنيا للطاقة الشمسية . 10 أغسطس 2017. تم الاطلاع عليه في 3 سبتمبر 2024 .

روابط خارجية

[1] مايرز، د. ر. (سبتمبر 2003). "نمذجة وقياسات الإشعاع الشمسي لتطبيقات الطاقة المتجددة: جودة البيانات والنموذج" (ملف PDF) . وقائع المؤتمر الدولي للخبراء حول النمذجة الرياضية للإشعاع الشمسي وضوء النهار . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 ديسمبر 2012 .

[IEC_61724_1_2017-2] 1 2 3 4 IEC 61724-1:2017 – أداء النظام الكهروضوئي – الجزء 1: المراقبة ( الإصدار 1.0). اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC). 2017 [1998-01-01]. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2017-08-25 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2018-05-16 .

[PerfRatio-3] 1 2 ماريون، ب ()؛ وآخرون . "معايير الأداء لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتصلة بالشبكة" (ملف PDF) . NREL . تم الاطلاع عليه في 30 أغسطس 2012 .

[4] "قوة الطاقة الشمسية الكهروضوئية - دراسات حالة عن محطات الطاقة الشمسية في الشرق" (ملف PDF) . وقائع معرض رينكسبو . جامعة ولاية كاليفورنيا. مؤرشف من الأصل في 8 أبريل 2022. تم الاطلاع عليه في 5 مارس 2013 .

[5] "أفينال في صعود: نظرة فاحصة على أكبر محطة طاقة كهروضوئية من السيليكون الرقيق في العالم" . PV-Tech. مؤرشف من الأصل في 22 فبراير 2015. تم الاطلاع عليه في 22 أبريل 2013 .

[6] التنبؤ بمستقبل الطاقة الشمسية الكهروضوئية الذكية. مجلة الطاقة الشمسية الكهروضوئية. 25 يونيو 2020.

[7] "مقياس الإشعاع الشمسي SR30 | متوافق مع متطلبات الفئة أ من معيار IEC 61724-1" . www.hukseflux.com . تاريخ الوصول: 16 مايو 2018 .

[8] "شهادة مزود خدمة مراقبة الأداء وإعداد التقارير" (ملف PDF) . مبادرة كاليفورنيا للطاقة الشمسية . 10 أغسطس 2017. تم الاطلاع عليه في 3 سبتمبر 2024 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]