القدرة الاسمية (الخلايا الكهروضوئية)

القدرة الاسمية (أو القدرة القصوى ) هي السعة المُعلنة على لوحة بيانات الأجهزة الكهروضوئية، مثل الخلايا الشمسية والوحدات والأنظمة. ويتم تحديدها بقياس التيار الكهربائي والجهد في دائرة كهربائية ، مع تغيير المقاومة في ظل ظروف محددة بدقة . تُعدّ القدرة الاسمية مهمة لتصميم أي نظام كهروضوئي لتحديد أبعاد ^{الكابلات} والمحولات بشكل صحيح . [ ^{1 ]}

تُسمى القدرة الاسمية أيضًا بالقدرة القصوى لأن ظروف الاختبار التي تُحدد عندها تُشابه أقصى إشعاع شمسي. وبالتالي، تُقارب هذه الكمية الحد الأقصى النظري لإنتاج اللوحة في يوم مشمس صافٍ مع توجيه اللوحة عموديًا على الشمس. لا يتم الوصول إلى القدرة الاسمية عادةً في ظل ظروف الإشعاع الفعلية. عمليًا، تسمح الظروف الفعلية بانخفاض الإنتاج بنسبة تتراوح بين 15 و20% تقريبًا بسبب التسخين الكبير للخلايا الشمسية. ^{[ 2 ]}

علاوة على ذلك، في المنشآت التي يتم فيها تحويل الكهرباء إلى تيار متردد ، مثل محطات الطاقة الشمسية، تكون سعة توليد الكهرباء الإجمالية الفعلية محدودةً بواسطة العاكس ، الذي يُصمم عادةً بسعة ذروة أقل من سعة النظام الشمسي لأسباب اقتصادية. وبما أن ذروة طاقة التيار المستمر لا تُبلغ إلا لبضع ساعات كل عام، فإن استخدام عاكس أصغر حجماً يُتيح توفيراً مالياً في تكلفة العاكس مع هدر جزء ضئيل جداً من إجمالي إنتاج الطاقة. وعادةً ما تُقاس سعة محطة الطاقة بعد تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد بوحدة واط تيار متردد (W AC) _بدلاً من واط تيار مستمر (W _DC) أو واط ذروة (W _p ).

تُقاس القدرة الاسمية للأجهزة الكهروضوئية في ظل ظروف اختبار قياسية (STC)، مُحددة في معايير مثل IEC 61215 وIEC 61646 وUL 1703. تحديدًا، تبلغ شدة الإضاءة 1000  واط/م² ^، مع طيف مشابه لضوء الشمس الساقط على سطح الأرض عند خط عرض 35° شمالًا في فصل الصيف ( كتلة هوائية  1.5)، ودرجة حرارة الخلايا 25  درجة مئوية. تُقاس القدرة بتغيير المقاومة الكهربائية للوحدة بين دائرة مفتوحة ودائرة مغلقة (بين أقصى مقاومة وأدنى مقاومة). أعلى قدرة مُقاسة هي القدرة الاسمية للوحدة بالواط . تُحدد كفاءة الجهاز، وهي نسبة الطاقة الكهربائية الناتجة إلى الطاقة الساقطة، بقسمة هذه القدرة الاسمية على القدرة الضوئية الساقطة على مساحة معينة من الجهاز الكهروضوئي (المساحة × 1000  واط/ ^م² ) .

في سياق تركيبات الطاقة الشمسية الكهروضوئية المنزلية، يُعدّ الكيلوواط (رمزه kW) الوحدة الأكثر شيوعًا لقياس القدرة الاسمية، على سبيل المثال، P _peak = 1  kW. في اللغة الإنجليزية الدارجة، يُخلط أحيانًا بين كمية القدرة ووحدتها باستخدام مصطلح غير قياسي هو واط الذروة (رمزه W _p )، وقد يُسبق ببادئة مثل كيلوواط الذروة (kW _p )، ميغاواط الذروة (MW _p )، إلخ. على سبيل المثال، قد يُوصف تركيب كهروضوئي بأنه يمتلك "كيلوواط ذروة واحد من القدرة" ("P = 1  kW _p "). ^{[ 2 ]} مع ذلك، في النظام الدولي للوحدات (SI)، لا ينبغي استخدام الوحدة الفيزيائية (ورمزها) لتقديم معلومات محددة حول الظروف المفترضة لقياس كمية فيزيائية معينة . ^{[ 3 ]}

يجب تحويل الطاقة الشمسية من تيار مستمر (DC، كما هو مُولّد من الألواح) إلى تيار متردد (AC) لضخها في شبكة الكهرباء. ولأن الألواح الشمسية تُولّد ذروة الطاقة لبضع ساعات فقط يوميًا، ولأن محولات التيار المستمر إلى التيار المتردد باهظة الثمن، عادةً ما تُصمّم هذه المحولات بحجم أصغر من ذروة طاقة التيار المستمر للألواح. هذا يعني أنه خلال ساعات معينة يوميًا، يتم " تقليص " ذروة الطاقة، وتُفقد الطاقة الزائدة. لا يؤثر هذا إلا تأثيرًا طفيفًا على إجمالي الطاقة المُولّدة على مدار العام، ولكنه يُوفّر قدرًا كبيرًا من تكاليف مكونات النظام . نتيجةً لصغر حجم المحولات، تكون قدرة التيار المتردد لمحطات الطاقة الشمسية أقل بكثير من قدرة التيار المستمر، بنسبة تصل إلى 30%. وهذا بدوره يزيد من معامل القدرة السنوي المُحسَب للمحطة. يختلف انخفاض قدرة ذروة الطاقة وما يرتبط به من تقليص عن الخسائر المُتكبّدة في عملية التحويل من التيار المستمر إلى التيار المتردد، والتي تحدث عند أي مستوى طاقة، وعادةً ما تكون صغيرة نسبيًا.

تُشير معظم الدول إلى السعة الاسمية المركبة لأنظمة وألواح الطاقة الشمسية الكهروضوئية بحساب طاقة التيار المستمر بوحدة واط ذروة، ويُرمز لها بـ W _p ، ^{[ 4 ]} أو أحيانًا W _DC ، كما هو الحال لدى معظم الشركات المصنعة والمنظمات العاملة في صناعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، مثل جمعية صناعات الطاقة الشمسية (SEIA)، والجمعية الأوروبية لصناعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية (EPIA)، والوكالة الدولية للطاقة ( IEA-PVPS ). قد تُقيّد بعض لوائح الشبكة الكهربائية إنتاج التيار المتردد لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى 70% فقط من طاقة ذروة التيار المستمر الاسمية (ألمانيا). ونظرًا لهذين المقياسين المختلفين، تحتاج المنظمات الدولية إلى إعادة تحويل الأرقام المحلية الرسمية من الدول المذكورة أعلاه إلى إنتاج التيار المستمر الخام، وذلك لتقديم تقارير متسقة حول نشر الطاقة الشمسية الكهروضوئية عالميًا بوحدة واط ذروة. ^{[ 5 ]}

لتوضيح ما إذا كانت القدرة الاسمية الناتجة (واط ذروة، W _p ) تيارًا مستمرًا أم أنها مُحوّلة إلى تيار متردد، يُشار إليها أحيانًا صراحةً بـ MW _DC و MW _AC أو kW _DC و kW _AC . كما يُكتب W _AC المُحوّل غالبًا بـ "MW (AC)" أو "MWac" أو "MWAC". وكما هو الحال مع W _p ، فإن هذه الوحدات غير متوافقة مع النظام الدولي للوحدات (SI) ولكنها شائعة الاستخدام. ففي كاليفورنيا، على سبيل المثال، حيث تُعطى السعة المقدرة بوحدة MW _AC ، ​​يُفترض انخفاض في القدرة بنسبة 15% عند التحويل من التيار المستمر إلى التيار المتردد. ^{[ 6 ]}

يتفاوت إنتاج أنظمة الخلايا الكهروضوئية تبعًا لشدة أشعة الشمس وغيرها من الظروف. فكلما زادت شدة الشمس، زادت الطاقة التي تولدها وحدة الخلايا الكهروضوئية . وتحدث خسائر، مقارنةً بالأداء في الظروف المثلى، نتيجةً لعدم محاذاة الوحدة بشكل مثالي من حيث الميل و/أو السمت، وارتفاع درجة الحرارة، وعدم تطابق قدرة الوحدات (نظرًا لأن الألواح في النظام موصولة على التوالي، فإن الوحدة الأقل أداءً تحدد أداء السلسلة التي تنتمي إليها)، وعامل التقادم، والأوساخ، وتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد. ويمكن أن تتجاوز الطاقة التي تولدها الوحدة في الظروف الفعلية الطاقة الاسمية عندما تتجاوز شدة أشعة الشمس 1000  واط/م² ⁽ وهو ما يعادل تقريبًا منتصف النهار في فصل الصيف، على سبيل المثال، في ألمانيا)، أو عندما يكون الإشعاع الشمسي قريبًا من 1000  واط/م² ^عند درجات حرارة منخفضة.