مع تطور التكنولوجيا وانخفاض التكلفة، استُخدمت أنظمة تتبع الطاقة الشمسية على نطاق واسع في مختلف محطات الطاقة الكهروضوئية. يُعدّ جهاز تتبع الطاقة الشمسية ثنائي المحور الأوتوماتيكي بالكامل الخيار الأمثل بين جميع أنواع حوامل التتبع لتحسين توليد الطاقة. ومع ذلك، لا تتوفر بيانات علمية كافية في هذا المجال حول تأثير نظام تتبع الطاقة الشمسية ثنائي المحور على تحسين توليد الطاقة. فيما يلي تحليل بسيط لتأثير نظام تتبع الطاقة ثنائي المحور على تحسين توليد الطاقة، استنادًا إلى بيانات توليد الطاقة الفعلية لعام ٢٠٢١ لمحطة طاقة شمسية ثنائية المحور مُركّبة في مدينة ويفانغ، مقاطعة شاندونغ، الصين.
(لا يوجد ظل ثابت أسفل متتبع الطاقة الشمسية ثنائي المحور، تنمو النباتات الأرضية بشكل جيد)
مقدمة موجزة عنالطاقة الشمسيةمحطة توليد الطاقة
مكان التثبيت:شركة شاندونغ زهاوري لتكنولوجيا الطاقة الجديدة المحدودة
خط الطول والعرض:118.98 درجة شرقًا، 36.73 درجة شمالًا
وقت التثبيت:نوفمبر 2020
حجم المشروع: 158 كيلو واط
الطاقة الشمسيةالألواح:400 قطعة من ألواح شمسية ثنائية الوجه من جينكو 395 واط (2031*1008*40 مم)
العاكسات:3 مجموعات من محولات الطاقة Solis 36 كيلو وات ومجموعة واحدة من محولات الطاقة Solis 50 كيلو وات
عدد أنظمة التتبع الشمسي المثبتة:
36 مجموعة من نظام التتبع الشمسي ثنائي المحور ZRD-10، كل منها مثبت عليها 10 قطع من الألواح الشمسية، وهو ما يمثل 90% من إجمالي القدرة المركبة.
1 مجموعة من جهاز تعقب الطاقة الشمسية أحادي المحور ZRT-14 بزاوية ميل 15 درجة، مع 14 قطعة من الألواح الشمسية المثبتة.
مجموعة واحدة من حامل الطاقة الشمسية الثابت القابل للتعديل ZRA-26، مع 26 لوحة شمسية مثبتة.
حالة الأرض:المراعي (زيادة الجانب الخلفي 5%)
أوقات تنظيف الألواح الشمسية في2021:.ثلاث مرات
Sالنظاممسافة:
9.5 متر في اتجاه الشرق والغرب / 10 متر في اتجاه الشمال والجنوب (المسافة من المركز إلى المركز)
كما هو موضح في الرسم التخطيطي التالي
نظرة عامة على توليد الطاقة:
فيما يلي بيانات توليد الطاقة الفعلية لمحطة الطاقة في عام ٢٠٢١، والتي حصلت عليها سوليس كلاود. بلغ إجمالي توليد الطاقة لمحطة الطاقة التي تبلغ قدرتها ١٥٨ كيلوواط في عام ٢٠٢١، ٢٨٥,٣٩٦ كيلوواط/ساعة، وبلغت ساعات توليد الطاقة الكاملة السنوية ١٨٠٦.٣ ساعة، أي ما يعادل ١,٨٠٦,٣٠٤ كيلوواط/ساعة عند تحويلها إلى ١ ميجاواط. يبلغ متوسط ساعات الاستخدام السنوية الفعالة في مدينة ويفانغ حوالي 1300 ساعة، وفقًا لحساب 5٪ من المكسب الخلفي للألواح الشمسية ثنائية الوجه على العشب، يجب أن يكون التوليد السنوي للطاقة لمحطة الطاقة الكهروضوئية بقدرة 1 ميجاوات المثبتة بزاوية ميل مثالية ثابتة في ويفانغ حوالي 1،365،000 كيلووات ساعة، وبالتالي فإن المكسب السنوي لتوليد الطاقة لمحطة الطاقة التي تتبع الطاقة الشمسية هذه بالنسبة لمحطة الطاقة عند زاوية ميل مثالية ثابتة تم حسابه ليكون 1،806،304 / 1،365،000 = 32.3٪، وهو ما يتجاوز توقعاتنا السابقة لزيادة توليد الطاقة بنسبة 30٪ لمحطة الطاقة بنظام تتبع الطاقة الشمسية ثنائية المحور.
عوامل التداخل في توليد الطاقة لمحطة الطاقة ثنائية المحور في عام 2021:
1. هناك أوقات تنظيف أقل في الألواح الشمسية
2.2021 هو عام هطول أمطار أكثر
3. تتأثر مساحة الموقع بالمسافة بين الأنظمة في اتجاه الشمال والجنوب وهي صغيرة
4. تخضع أنظمة التتبع الشمسي ثنائية المحاور الثلاثة دائمًا لاختبارات الشيخوخة (الدوران ذهابًا وإيابًا في اتجاهي الشرق والغرب والشمال والجنوب على مدار 24 ساعة في اليوم)، مما يؤثر سلبًا على إجمالي توليد الطاقة
يتم تثبيت 5.10% من الألواح الشمسية على حامل شمسي ثابت قابل للتعديل (تحسين توليد الطاقة بنسبة 5% تقريبًا) وحامل تعقب شمسي أحادي المحور مائل (تحسين توليد الطاقة بنسبة 20% تقريبًا)، مما يقلل من تأثير تحسين توليد الطاقة لمتتبعات الطاقة الشمسية ثنائية المحور.
6. توجد ورش عمل في غرب محطة الطاقة تجلب المزيد من الظل، وكمية صغيرة من الظل في جنوب حجر المناظر الطبيعية في تايشان (بعد تثبيت مُحسِّن الطاقة الخاص بنا على الألواح الشمسية التي يسهل تظليلها في أكتوبر 2021، ساعد ذلك بشكل كبير في تقليل تأثير الظل على توليد الطاقة)، كما هو موضح في الشكل التالي:
سيكون لتراكب عوامل التداخل المذكورة أعلاه تأثير أوضح على توليد الطاقة السنوي لمحطة توليد الطاقة بنظام التتبع الشمسي ثنائي المحور. ونظرًا لأن مدينة ويفانغ، مقاطعة شاندونغ، تنتمي إلى الفئة الثالثة من مصادر الإضاءة (في الصين، تُقسّم موارد الطاقة الشمسية إلى ثلاثة مستويات، وتنتمي الفئة الثالثة إلى أدنى مستوى)، يمكن الاستدلال على إمكانية زيادة توليد الطاقة المُقاسة لنظام التتبع الشمسي ثنائي المحور بأكثر من 35% دون استخدام عوامل التداخل. ويتجاوز هذا بوضوح مكاسب توليد الطاقة المحسوبة بواسطة PVsyst (حوالي 25%) وبرامج المحاكاة الأخرى.
إيرادات توليد الطاقة في عام 2021:
يُستخدم حوالي 82.5% من الطاقة المُولّدة من هذه المحطة لإنتاج وتشغيل المصانع، بينما تُغذّى نسبة 17.5% المتبقية إلى شبكة الكهرباء الحكومية. ووفقًا لمتوسط تكلفة الكهرباء لهذه الشركة البالغ 0.113 دولار أمريكي/كيلوواط ساعة، ودعم أسعار الكهرباء على الشبكة البالغ 0.062 دولار أمريكي/كيلوواط ساعة، يبلغ دخل توليد الطاقة في عام 2021 حوالي 29,500 دولار أمريكي. ووفقًا لتكلفة البناء البالغة حوالي 0.565 دولار أمريكي/كيلوواط وقت الإنشاء، فإن استرداد التكلفة يستغرق حوالي 3 سنوات فقط، والفوائد كبيرة!
تحليل محطة الطاقة بنظام التتبع الشمسي ثنائي المحور يتجاوز التوقعات النظرية:
في التطبيق العملي لنظام التتبع الشمسي ثنائي المحور، هناك العديد من العوامل المواتية التي لا يمكن أخذها في الاعتبار في محاكاة البرمجيات، مثل:
غالبًا ما تكون محطة الطاقة ذات نظام التتبع الشمسي ثنائي المحور في حالة حركة، وتكون زاوية الميل أكبر، مما لا يساعد على تراكم الغبار.
عندما تمطر، يمكن تعديل نظام تتبع الطاقة الشمسية ثنائي المحور إلى زاوية مائلة موصلة لغسل الألواح الشمسية بالمطر.
عند تساقط الثلوج، يمكن ضبط محطة توليد الطاقة بنظام التتبع الشمسي ثنائي المحور بزاوية ميل أكبر، مما يُسهّل انزلاقها. يُعدّ هذا النظام مُناسبًا جدًا لتوليد الطاقة، خاصةً في الأيام المشمسة بعد موجة البرد والثلوج الكثيفة. في بعض الركائز الثابتة، قد لا تتمكن الألواح الشمسية من توليد الكهرباء بشكل طبيعي لعدة ساعات أو حتى أيام بسبب تراكم الثلوج عليها، مما يُؤدي إلى خسائر كبيرة في توليد الطاقة.
يحتوي حامل التتبع الشمسي، وخاصة نظام التتبع الشمسي ثنائي المحور، على جسم حامل أعلى، وقاع أكثر انفتاحًا وإشراقًا وتأثير تهوية أفضل، مما يساعد على إعطاء اللعب الكامل لكفاءة توليد الطاقة للألواح الشمسية ثنائية الوجه.
فيما يلي تحليل مثير للاهتمام لبيانات توليد الطاقة في بعض الأوقات:
من الرسم البياني، يُلاحظ أن شهر مايو هو بلا شك ذروة إنتاج الطاقة على مدار العام. يتميز شهر مايو بطول فترة الإشعاع الشمسي، وكثرة الأيام المشمسة، وانخفاض متوسط درجة الحرارة مقارنةً بشهري يونيو ويوليو، وهو عامل أساسي لتحقيق كفاءة إنتاج طاقة جيدة. بالإضافة إلى ذلك، على الرغم من أن شهر مايو ليس أطول شهر في السنة، إلا أن الإشعاع الشمسي يُعد من أعلى الشهور. لذلك، من المنطقي أن يكون إنتاج الطاقة مرتفعًا في مايو.
في 28 مايو، تم أيضًا إنشاء أعلى معدل توليد للطاقة في يوم واحد في عام 2021، حيث تجاوز توليد الطاقة الكامل 9.5 ساعة
شهر أكتوبر هو أقل شهر في توليد الطاقة في عام 2021، حيث لا يتجاوز 62% من توليد الطاقة في شهر مايو، وهذا مرتبط بالطقس الممطر النادر في شهر أكتوبر عام 2021.
بالإضافة إلى ذلك، سُجِّل أعلى مستوى لتوليد الطاقة في يوم واحد في 30 ديسمبر 2020 قبل عام 2021. في هذا اليوم، تجاوز توليد الطاقة في الألواح الشمسية القدرة المُصنَّفة من قِبل شركة STC لما يقرب من ثلاث ساعات، وقد تصل أعلى قدرة إلى 108% من القدرة المُصنَّفة. والسبب الرئيسي هو أن الطقس بعد موجة البرد كان مشمسًا، والهواء نقيًا، ودرجة الحرارة منخفضة. بلغت أعلى درجة حرارة في ذلك اليوم -10 درجات مئوية فقط.
يوضح الشكل التالي منحنى نموذجي لتوليد الطاقة ليوم واحد لنظام تتبع الطاقة الشمسية ثنائي المحور. بالمقارنة مع منحنى توليد الطاقة لنظام الأقواس الثابتة، يتميز هذا المنحنى بانسيابية أكبر، ولا تختلف كفاءة توليد الطاقة عند الظهيرة كثيرًا عن كفاءة توليد الطاقة في نظام الأقواس الثابتة. يتمثل التحسن الرئيسي في توليد الطاقة قبل الساعة 11:00 صباحًا وبعد الساعة 1:00 ظهرًا. عند النظر في أسعار الكهرباء في أوقات الذروة والانخفاض، فإن فترة إنتاج الطاقة الجيدة لنظام التتبع الشمسي ثنائي المحور تتوافق في الغالب مع فترة ذروة سعر الكهرباء، مما يجعل مكاسبه في دخل أسعار الكهرباء أعلى من مكاسب الأقواس الثابتة.
وقت النشر: ٢٤ مارس ٢٠٢٢