العوامل المؤثرة على توليد الطاقة من محطات الطاقة الكهروضوئية - الأخبار

باعتبارها عنصرا أساسيا في إنتاج الطاقة المتجددة، توفر محطات الطاقة الكهروضوئية (PVPPs) بديلا قويا لاستخدام الوقود الأحفوري. تتأثر كفاءة وقدرة إنتاج PVPPs بالعديد من العوامل البيئية والتقنية والتشغيلية. يعد تحديد هذه المتغيرات أمرًا بالغ الأهمية لتحسين كفاءة المصنع وإنتاج الطاقة. الغرض من هذه المقالة هو شرح بالتفصيل ماهية هذه المساهمات الرئيسية في توليد الطاقة الكهروضوئية بناءً على الأدلة العلمية المتاحة، بالإضافة إلى البيانات المأخوذة من الميدان.

1. الإشعاع الشمسي والموقع الجغرافي

المحرك الأساسي لإنتاج الطاقة الكهروضوئية هو الإشعاع الشمسي أو ضوء الشمس الذي يصل إلى PVPP. يحدد موقع PVPP طول وكثافة كمية الإشعاع الشمسي الذي يتلقاه. تتمتع المناطق المشابهة للصحراء- أيضًا بأكبر إمكانات شمسية لأنها تحتوي على غطاء سحابي منخفض وتتمتع بفترات أطول من ضوء الشمس وبدون انقطاع (مثل الصحراء الكبرى). ومن الأمثلة على ذلك هضبة تشينغهاي-التبت. تبلغ طاقة الإشعاع الشمسي حوالي 30 ميجا جول / م 2. إلا أنها تتمتع بدرجات حرارة منخفضة جدًا ومرتفعة جدًا مما يؤثر على كفاءة الألواح الشمسية. تؤدي المواسم المختلفة أيضًا إلى نتائج شمسية مختلفة. هناك ذروة للإشعاع الشمسي في أشهر الصيف.

ومع ذلك، في فصل الشتاء، ينخفض بسبب قلة ضوء الشمس ولأن أشعة الشمس تكون بزاوية أقل. وقد تباينت الموارد حسب المنطقة. هناك كمية متزايدة من موارد الطاقة الشمسية بمرور الوقت في المنطقة الساحلية ونهر اليانغتسي. الهضبة لديها موارد شمسية متناقصة. هذا هو أحدث مورد للطاقة الشمسية تمتلكه الصين، ويشير إلى تباين موارد الطاقة الشمسية حسب المنطقة.

2. كفاءة الوحدة الكهروضوئية

تؤثر كفاءة الخلايا الشمسية بشكل مباشر على تحويل الطاقة. وتستخدم ألواح السيليكون الأحادية البلورة، التي تتجاوز كفاءتها 22%، على نطاق واسع، ولكن التكنولوجيات الناشئة مثل البيروفسكايت والخلايا ثنائية الجانب تعد بمخرجات أعلى. على سبيل المثال، تحقق وحدات ABC من النوع N- من Jinko Solar كفاءة بنسبة 25.3%، متفوقة على ألواح PERC التقليدية بنسبة 1.15-3.96% في ظروف متنوعة.

درجة الحرارة هي خصم حاسم. تفقد خلايا السيليكون كفاءتها مع ارتفاع درجات الحرارة-فكل زيادة بمقدار درجة واحدة فوق 25 درجة تقلل من الناتج بنسبة 0.04%. يمكن للتهوية الطبيعية، وأنظمة التركيب بقنوات التبريد، أو حتى الألواح المبردة بالماء- أن تخفف من هذا التأثير.

3. التحديات البيئية والتشغيلية

الغبار والتلوث:

تقوم الأشجار والمباني والأشكال الأخرى من العوائق بتظليل الألواح الشمسية جزئيًا وتؤثر على تدفق التيار في الألواح المتصلة المتسلسلة، مما يؤدي إلى خسائر كبيرة في الإنتاجية. يمكن للألواح ثنائية الوجه وأنظمة التتبع الذكية تعويض ذلك جزئيًا عن طريق التقاط الضوء المنعكس.

الطقس المتطرف:

يؤدي البرد والثلوج والرياح العاتية إلى إتلاف الألواح، بينما يؤدي الإشعاع الزائد إلى ارتفاع درجة الحرارة. تعمل المواد المتقدمة مثل-الإطارات الفولاذية المضادة للتآكل وطبقات التنظيف الذاتي-على تعزيز المتانة.

4. العوامل الفنية وعوامل تصميم النظام

Inverter Efficiency: Inverters convert DC electricity to AC electricity. The inverter's efficiency typically ranges from 95% to 98%, based on the MPPT algorithm. Fluctuating conditions of the MPPT calibration add up to a 2% to 5% reduction in inverter output. DC/AC Ratio: A (higher) DC/AC ratio (>1.2) يسمح بتخزين أو تقليص فائض طاقة التيار المستمر، مما يتيح الحفاظ على استقرار الشبكة. أولئك الذين يختارون زيادة حجم محولاتهم يتحملون تكلفة إضافية. الكابلات والخسائر: الخسائر المتكبدة على أسلاك التيار المستمر والتيار المتردد (3% و1-2%، على التوالي) تخلق الحاجة إلى الحجم الأمثل للكابلات مع تقليل المسافة لنقل الكهرباء. يتم استخدام الجهد العالي DC لتقليل خسائر المقاومة التي تحدث أثناء نقل الكهرباء.

5. تحسين محدد للموقع-

الميل والتوجيه: اتجاه الوحدات (الألواح) لمسار الشمس، أي في نصف الكرة الشمالي، يكون مواجهًا للجنوب-، بزاوية تتوافق مع خط العرض. يمكن لأجهزة التتبع القابلة للتعديل والتتبع في الاتجاه الصحيح زيادة إجمالي الطاقة المجمعة من المصفوفة بنسبة 20% إلى 30%. تتطلب أجهزة التتبع القابلة للتعديل هذه تعقيدًا ميكانيكيًا إضافيًا. استخدام الأراضي والتضاريس: سوف تتطلب التضاريس المنحدرة إما أنظمة المصاطب أو الصابورة للتخلص من تظليل الوحدات. تعتبر التركيبات المرتفعة مفيدة للمنشآت الصحراوية لتقليل احتمالية تغطية الوحدات بالرمال. تكامل الشبكة: كلما اقترب تركيب الطاقة الشمسية الكهروضوئية من محطة فرعية، كلما انخفضت خسائر النقل في نقل الكهرباء المولدة. يساعد استخدام تقنيات الشبكة الذكية المدفوعة بالذكاء الاصطناعي (AI) التي تتنبأ / توزع الطلب في تحسين إدارة الطاقة المولدة بالطاقة الكهروضوئية.

6. الابتكارات الناشئة

لوحات ثنائية الوجه: يمكن أن يؤدي استخدام الألواح ثنائية الجانب إلى زيادة بنسبة 10-20% في إنتاجية المصفوفات الشمسية بسبب الضوء المنعكس عن الأرض، وهذا صحيح بشكل خاص في البيئات الثلجية والرملية.

الذكاء الاصطناعي والتحليلات التنبؤية: يجمع الذكاء الاصطناعي والتحليلات التنبؤية بين التعلم الآلي وبيانات الوقت الفعلي- للتنبؤ بالإنتاج من بيانات الطقس والسماح لمديري الشبكة بتحسين الشبكة قبل حدوث المشاكل. على سبيل المثال، تستخدم محطات صحراء جوبي الصينية الذكاء الاصطناعي لضبط العمليات قبل العواصف الرملية.

الأنظمة الهجينة: يضمن إقران الطاقة الكهروضوئية مع توربينات الرياح أو البطاريات إمدادًا ثابتًا أثناء فترات انخفاض الشمس-.

الاستنتاج

لتحسين كمية الطاقة الكهروضوئية (PV) المولدة من أشعة الشمس، يعد تطوير الإستراتيجية الشاملة أمرًا ضروريًا لتوفير إستراتيجيات فعالة لتطوير تقنيات صيانة واستخدام الأنظمة الكهروضوئية (PV). على الرغم من أن الغبار الناتج عن البيئة يشكل تحديًا كبيرًا وأن درجات الحرارة القصوى لا تزال تؤثر سلبًا على كفاءة الطاقة الكهروضوئية، إلا أن المواد والهياكل المستخدمة في تصنيع الخلايا الكهروضوئية تتحسن بشكل كبير؛ وبالتالي، يمكن تحقيق كفاءات تزيد عن 30 بالمائة من خلال التصميم المناسب للمواد الجديدة والأنظمة الجديدة وزيادة الاستثمار في الأنظمة الذكية. سيكون التحسين الناجح لهذه الأنشطة أمرًا ضروريًا لإنشاء أنظمة الطاقة الشمسية بنجاح. في الوقت الحاضر، تتحرك العديد من الدول بسرعة للقضاء على انبعاثات الكربون لتصبح دولًا محايدة للكربون-.