يواجه قطاع الطاقة الشمسية تحدياتٍ عديدة، تشمل الحروب التجارية، والسياسات الوطنية، وظروف ربط الشبكة، وغيرها. ويشعر مُركّبو محطات الطاقة الشمسية وأصحابها بالقلق حيال ربحية هذه المحطات، بينما يُبدي مُصنّعو منتجات الطاقة الشمسية قلقهم إزاء غياب السياسات الداعمة، ويخشى مُصنّعو مرافق الشبكة من استيفاء المعايير الفنية. وفي نهاية المطاف، يكمن السؤال الأساسي في ما إذا كان إنتاج الطاقة من محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية يُلبي متطلبات التشغيل والربحية، وكيفية توليد المزيد من الكهرباء.
يشير خبراء الصناعة إلى أن توليد الطاقة الشمسية الحالي يتطلب معالجة قضايا متعددة، مثل مراقبة الطقس في الوقت الفعلي، والكشف عن الأحمال لتوليد الطاقة الموزعة والمركزية، وتخزين الطاقة، وتطوير الجيل التالي من العواكس الذكية، والمراقبة الشاملة لجودة الطاقة والتحكم فيها، فضلاً عن الإدارة في الهندسة والتصميم والتشغيل والصيانة.
تحلل هذه المقالة بإيجاز العوامل المؤثرة على توليد الطاقة الكهروضوئية من منظور جودة البناء، والتصميم الأمثل (مثل زوايا الميل المثالية)، والمعدات مثل الوحدات وصناديق التجميع.
1. جودة البناء
يقوم بعض الفنيين، بدافع الربح، بتقليل تكاليف البناء بشكل أعمى، مما يؤدي إلى مشاكل في الجودة قد تتسبب في خسارة تتراوح بين 3 و6% في توليد الطاقة.
أكد تشين لي، مدير قسم توليد الطاقة الجديدة في معهد أبحاث الشبكة الذكية، في منتدى، على ضرورة أن تتبنى الشركات ممارسات إدارية محسنة لمنع تأخير المشاريع، واختيار المواد المناسبة والمؤهلة لضمان الجودة، وإجراء الصيانة والإشراف المنتظمين لضمان الأداء السليم لمحطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية.
لتركيب أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المدمجة في المباني، يجب إعداد خطة تنظيمية للبناء وإجراءات لمراقبة الجودة. كما يجب وضع مخططات بناء وتدابير سلامة مناسبة، مع إجراء دراسات جدوى عند الضرورة.
2. تصميم التحسين
يهدف تحسين النظام إلى زيادة إنتاج الطاقة إلى أقصى حد من خلال تقييم عوامل مثل الإشعاع الشمسي، وانعكاس الضوء، ودرجة الحرارة المحيطة، وظروف الرياح، وأداء وتفاعل مكونات النظام المختلفة. ويؤدي غياب التصميم الأمثل في بعض محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى انخفاض إنتاج الطاقة.
تشمل الاعتبارات التصميمية الرئيسية ما يلي:
التظليل: يؤثر التظليل بشكل كبير على كفاءة النظام، ويسبب إجهادًا حراريًا، ويقلل من عمر الوحدات. تشمل أنواع التظليل المباني المحيطة، والأشجار، والتظليل الذاتي من نظام الخلايا الكهروضوئية نفسه، والتظليل المؤقت الناتج عن الغبار.
التوجيه وزاوية الميل: يُعدّ حساب زاوية الميل المثلى أمرًا بالغ الأهمية، إذ تتطلب الأنظمة المتصلة بالشبكة أو المنفصلة عنها تصاميم مختلفة. ففي الأنظمة المتصلة بالشبكة، ينبغي أن تُحقق زاوية الميل أقصى إنتاجية سنوية متوسطة للطاقة اليومية، بينما قد تُعطي الأنظمة المنفصلة عن الشبكة الأولوية لأحمال الصيف أو الشتاء.
على سبيل المثال، في نانجينغ:
تحقق الأنظمة المتصلة بالشبكة أقصى إنتاج سنوي للطاقة عند زاوية ميل تبلغ 25 درجة، أي أقل بحوالي 7 درجات من خط العرض المحلي.
تختلف الأنظمة خارج الشبكة: بالنسبة للأحمال الصيفية، تكون زاوية الميل المثلى 7 درجات، وهي أقل بكثير من خط العرض المحلي؛ أما بالنسبة للأحمال الشتوية، فهي 46 درجة، وهي أعلى بكثير من خط العرض المحلي؛ وبالنسبة للأحمال المتوازنة، يوصى بزاوية ميل تبلغ 42 درجة.
3. المعدات
تشمل المعدات الرئيسية التي تؤثر على توليد الطاقة في محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية وحدات الطاقة الشمسية، وصناديق التجميع، والمحولات، والبنية التحتية للشبكة.
الألواح الشمسية
أثناء اختيار الوحدات الشمسية وبناء النظام، يمكن تحسين الكفاءة من خلال تحسين التوافق واستخدام مزيج من الخلايا الشمسية من الفئتين A وB. يجب ضمان جودة الوحدات، مع مراعاة عوامل مثل خط العرض، والطيف، ودرجة الحرارة، والتظليل، والموقع، وظروف التوصيل، وكلها تؤثر على أداء الوحدات.
محولات التيار
تُعدّ العواكس المعدات الوحيدة، إلى جانب الوحدات، التي يمكنها تحسين كفاءة توليد الطاقة بشكل مباشر، بنسبة تصل إلى 10%. قبل التركيب، توصي شركة ستيت جريد بإجراء تجارب محاكاة والتركيز على خفض التكاليف من خلال الإنتاج على دفعات بدلاً من السعي فقط وراء التصنيع منخفض التكلفة.
ربط الشبكة
لا يزال ربط أنظمة الطاقة الشمسية في الصين بشبكة الكهرباء يمثل تحديًا كبيرًا، نظرًا لأنها لا تزال في مراحلها الأولى من التطوير. وتُعيق عدم التوافق بين تصميمات الأنظمة وشبكة الكهرباء، فضلًا عن مشكلة استيعاب الشبكة بالكامل، كفاءة هذه الأنظمة. ويقترح الخبراء إعطاء الأولوية لاستهلاك الطاقة المحلي لتقليل الحمل على الشبكة، وبناء بنية تحتية مثل محطات شحن السيارات الكهربائية لخفض تكاليف النقل.
من خلال الإدارة الشاملة لجودة البناء، وتحسين النظام، واختيار المعدات، يمكن لصناعة الطاقة الكهروضوئية تعزيز كفاءة توليد الطاقة وتلبية متطلبات التشغيل والربحية بشكل أفضل.
