مع تطور التكنولوجيا وانخفاض التكاليف، انتشر استخدام أنظمة تتبع الشمس على نطاق واسع في محطات الطاقة الكهروضوئية المختلفة. ويُعدّ نظام التتبع الشمسي ثنائي المحور الأوتوماتيكي بالكامل أبرزها من بين جميع أنواع أنظمة التتبع لتحسين توليد الطاقة. إلا أن هناك نقصًا في البيانات الفعلية الكافية والعلمية في هذا المجال فيما يتعلق بتأثير نظام التتبع الشمسي ثنائي المحور على تحسين توليد الطاقة تحديدًا. فيما يلي تحليل مبسط لتأثير نظام التتبع ثنائي المحور على تحسين توليد الطاقة، استنادًا إلى بيانات توليد الطاقة الفعلية لعام 2021 لمحطة طاقة شمسية مزودة بنظام تتبع ثنائي المحور في مدينة ويفانغ، مقاطعة شاندونغ، الصين.
(لا يوجد ظل ثابت أسفل جهاز التتبع الشمسي ثنائي المحور، تنمو النباتات الأرضية بشكل جيد)
مقدمة موجزة عنالشمسمحطة توليد الطاقة
موقع التركيب:شركة شاندونغ تشاوري لتكنولوجيا الطاقة الجديدة المحدودة
خطوط الطول والعرض:118.98° شرقاً، 36.73° شمالاً
وقت التركيب:نوفمبر 2020
نطاق المشروع: 158 كيلوواط
الطاقة الشمسيةاللوحات:400 قطعة من ألواح شمسية ثنائية الوجه من جينكو بقدرة 395 واط (2031*1008*40 مم)
محولات التيار:3 مجموعات من محولات الطاقة Solis بقدرة 36 كيلوواط ومجموعة واحدة من محولات الطاقة Solis بقدرة 50 كيلوواط
عدد أنظمة تتبع الطاقة الشمسية المثبتة:
36 مجموعة من نظام تتبع الشمس ثنائي المحور ZRD-10، كل منها مزود بـ 10 قطع من الألواح الشمسية، وهو ما يمثل 90٪ من إجمالي القدرة المركبة.
مجموعة واحدة من جهاز تتبع شمسي أحادي المحور مائل من طراز ZRT-14 بزاوية ميل 15 درجة، مع تركيب 14 قطعة من الألواح الشمسية.
مجموعة واحدة من دعامة الطاقة الشمسية الثابتة القابلة للتعديل ZRA-26، مع 26 لوحة شمسية مثبتة.
ظروف الأرض:الأراضي العشبية (الزيادة في الجانب الخلفي 5٪)
أوقات تنظيف الألواح الشمسية2021:.ثلاث مرات
Sالنظاممسافة:
9.5 متر في اتجاه الشرق والغرب / 10 أمتار 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 توليد الطاقة في عام 2021، والتي حصلت عليها منصة Solis Cloud. بلغ إجمالي الطاقة المولدة من محطة توليد الطاقة بقدرة 158 كيلوواط في عام 2021، 285,396 كيلوواط ساعة، وبلغت ساعات التوليد السنوية الكاملة 1,806.3 ساعة، أي ما يعادل 1,806,304 كيلوواط ساعة عند تحويلها إلى ميغاواط واحد. يبلغ متوسط ساعات الاستخدام الفعال السنوية في مدينة ويفانغ حوالي 1300 ساعة، ووفقًا لحسابات الكسب العكسي بنسبة 5% للألواح الشمسية ثنائية الوجه على العشب، فإن إنتاج الطاقة السنوي لمحطة الطاقة الكهروضوئية بقدرة 1 ميغاواط المثبتة بزاوية ميل مثالية ثابتة في ويفانغ يجب أن يكون حوالي 1,365,000 كيلوواط ساعة، وبالتالي فإن الزيادة السنوية في إنتاج الطاقة لهذه المحطة الشمسية المتتبعة مقارنة بمحطة الطاقة ذات زاوية الميل المثالية الثابتة تُحسب لتكون 1,806,304/1,365,000 = 32.3%، وهو ما يتجاوز توقعاتنا السابقة البالغة 30% لزيادة إنتاج الطاقة لمحطة الطاقة ذات نظام التتبع الشمسي ثنائي المحور.
عوامل التداخل لتوليد الطاقة في محطة الطاقة ثنائية المحور هذه في عام 2021:
1. عدد مرات التنظيف في الألواح الشمسية أقل
2.2021 هو عام يشهد هطول أمطار أكثر
3. تتأثر المسافة بين الأنظمة في الاتجاه الشمالي الجنوبي بمساحة الموقع، وهي مسافة صغيرة.
4. تخضع أنظمة تتبع الطاقة الشمسية ثنائية المحور الثلاثة لاختبارات تقادم مستمرة (تدور ذهابًا وإيابًا في اتجاهي الشرق والغرب والشمال والجنوب على مدار 24 ساعة في اليوم)، مما يؤثر سلبًا على إجمالي توليد الطاقة.
يتم تركيب 5.10% من الألواح الشمسية على دعامة شمسية ثابتة قابلة للتعديل (تحسين توليد الطاقة بنسبة 5% تقريبًا) ودعامة تتبع شمسي أحادية المحور مائلة (تحسين توليد الطاقة بنسبة 20% تقريبًا)، مما يقلل من تأثير تحسين توليد الطاقة لأجهزة التتبع الشمسي ثنائية المحور.
6. توجد ورش عمل في غرب محطة الطاقة تجلب المزيد من الظل، وكمية قليلة من الظل في جنوب أحجار المناظر الطبيعية في تايشان (بعد تركيب 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:
سيؤثر تراكم عوامل التداخل المذكورة أعلاه بشكلٍ واضح على إنتاج الطاقة السنوي لمحطة توليد الطاقة بنظام التتبع الشمسي ثنائي المحور. ونظرًا لأن مدينة ويفانغ بمقاطعة شاندونغ تُصنّف ضمن الفئة الثالثة من موارد الإضاءة (حيث تُقسّم موارد الطاقة الشمسية في الصين إلى ثلاث فئات، وتُمثّل الفئة الثالثة أدنى فئة)، يُمكن استنتاج أن إنتاج الطاقة المُقاس لنظام التتبع الشمسي ثنائي المحور يُمكن زيادته بأكثر من 35% في غياب عوامل التداخل. وهذا يتجاوز بشكلٍ ملحوظ الزيادة في إنتاج الطاقة المحسوبة بواسطة برنامج PVsyst (حوالي 25% فقط) وبرامج المحاكاة الأخرى.
إيرادات توليد الطاقة في عام 2021:
يُستخدم حوالي 82.5% من الطاقة المولدة من هذه المحطة في عمليات الإنتاج والتشغيل بالمصنع، بينما يُضخّ المتبقي، وهو 17.5%، إلى شبكة الكهرباء الحكومية. وبناءً على متوسط تكلفة الكهرباء للشركة، والبالغة 0.113 دولار/كيلوواط ساعة، ودعم سعر الكهرباء عبر الشبكة، والبالغ 0.062 دولار/كيلوواط ساعة، بلغ دخل توليد الطاقة في عام 2021 حوالي 29,500 دولار. ونظرًا لتكلفة الإنشاء البالغة حوالي 0.565 دولار/واط وقت الإنشاء، فإن استرداد التكلفة لا يستغرق سوى ثلاث سنوات تقريبًا، ما يجعل العائد مجزيًا للغاية.
تحليل محطة توليد الطاقة بنظام تتبع شمسي ثنائي المحور يتجاوز التوقعات النظرية:
في التطبيق العملي لنظام تتبع الشمس ثنائي المحور، هناك العديد من العوامل المواتية التي لا يمكن أخذها في الاعتبار في محاكاة البرامج، مثل:
محطة الطاقة ذات نظام التتبع الشمسي ثنائي المحور غالباً ما تكون في حالة حركة، وزاوية الميل أكبر، مما لا يساعد على تراكم الغبار.
عند هطول الأمطار، يمكن تعديل نظام التتبع الشمسي ثنائي المحور إلى زاوية مائلة تساعد على غسل الألواح الشمسية بالمطر.
عند تساقط الثلوج، يمكن ضبط محطة الطاقة الشمسية ذات نظام التتبع ثنائي المحور بزاوية ميل أكبر، مما يُسهّل انزلاق الثلج. ويُعدّ هذا الوضع مثاليًا لتوليد الطاقة، خاصةً في الأيام المشمسة التي تلي موجة البرد وتساقط الثلوج الكثيف. أما بالنسبة لبعض الدعامات الثابتة، فإذا لم يكن هناك من يُزيل الثلج، فقد لا تتمكن الألواح الشمسية من توليد الكهرباء بشكل طبيعي لعدة ساعات أو حتى أيام بسبب تراكم الثلج عليها، مما يؤدي إلى خسائر كبيرة في الطاقة.
تتميز دعامة التتبع الشمسي، وخاصة نظام التتبع الشمسي ثنائي المحور، بجسم دعامة أعلى، وقاعدة أكثر انفتاحًا وإشراقًا، وتأثير تهوية أفضل، مما يساعد على الاستفادة الكاملة من كفاءة توليد الطاقة للألواح الشمسية ثنائية الوجه.
فيما يلي تحليل مثير للاهتمام لبيانات توليد الطاقة في بعض الأوقات:
يُظهر الرسم البياني بوضوح أن شهر مايو هو ذروة إنتاج الطاقة على مدار العام. ففي مايو، تطول فترة سطوع الشمس، وتكثر الأيام المشمسة، وينخفض متوسط درجة الحرارة مقارنةً بشهري يونيو ويوليو، وهو عامل أساسي لتحقيق كفاءة عالية في توليد الطاقة. إضافةً إلى ذلك، ورغم أن فترة سطوع الشمس في مايو ليست الأطول في السنة، إلا أنها من بين أعلى فترات سطوع الشمس. لذا، من المنطقي أن يكون إنتاج الطاقة مرتفعًا في مايو.
وفي 28 مايو، حققت المحطة أيضاً أعلى إنتاجية للطاقة في يوم واحد في عام 2021، حيث تجاوزت مدة إنتاج الطاقة الكاملة 9.5 ساعات.
يُعد شهر أكتوبر أدنى شهر من حيث توليد الطاقة في عام 2021، حيث بلغ 62% فقط من توليد الطاقة في شهر مايو، ويرتبط هذا بندرة الأمطار في شهر أكتوبر من عام 2021.
بالإضافة إلى ذلك، سُجِّل أعلى مستوى لتوليد الطاقة في يوم واحد في 30 ديسمبر 2020، أي قبل بداية عام 2021. في ذلك اليوم، تجاوز توليد الطاقة من الألواح الشمسية القدرة المقدرة وفقًا لظروف الاختبار القياسية (STC) لمدة ثلاث ساعات تقريبًا، وبلغت أعلى قدرة 108% من القدرة المقدرة. والسبب الرئيسي هو أنه بعد موجة البرد، كان الطقس مشمسًا ونقيًا، وكانت درجة الحرارة منخفضة، حيث لم تتجاوز أعلى درجة حرارة -10 درجات مئوية في ذلك اليوم.
يوضح الشكل التالي منحنى توليد الطاقة النموذجي ليوم واحد لنظام تتبع شمسي ثنائي المحور. بالمقارنة مع منحنى توليد الطاقة لنظام ذي دعامة ثابتة، يتميز منحنى هذا النظام بسلاسة أكبر، كما أن كفاءة توليد الطاقة عند الظهيرة لا تختلف كثيرًا عن كفاءة النظام ذي الدعامة الثابتة. ويكمن التحسن الرئيسي في توليد الطاقة قبل الساعة 11:00 صباحًا وبعد الساعة 1:00 ظهرًا. عند الأخذ في الاعتبار فترات ذروة وانخفاض أسعار الكهرباء، نجد أن الفترة التي يكون فيها توليد الطاقة جيدًا لنظام التتبع الشمسي ثنائي المحور تتوافق في الغالب مع فترة ذروة أسعار الكهرباء، مما يجعل مكاسبه من عائدات أسعار الكهرباء أكبر من مكاسب النظام ذي الدعامة الثابتة.
تاريخ النشر: 24 مارس 2022