اقترح باحثون في فرنسا إطار عمل رقمي لاتخاذ القرار يهدف إلى تحديد زاوية الميل المثلى للألواح الشمسية في الظروف المناخية القاسية التي تتسم برياح شديدة. ويؤكد الباحثون أن هذا الإطار يطرح بدائل جديدة للتصاميم الهندسية التقليدية ويقدم حلاً قابلاً للتطوير لتعزيز قدرة الأنظمة الشمسية على الصمود في وجه الظروف البيئية الصعبة.
أهداف البحث وخلفيته
أجرى الباحثون من مركز التدريب على المواد في جامعة PLS في مدينة صوفيا أنتيبوليس، فرنسا، دراسة بهدف حماية الألواح الشمسية من الأحوال الجوية القاسية. وتُفصِّل الورقة البحثية “دمج التعلم الآلي وديناميكيات السوائل الحسابية لتحسين زاوية ميل الألواح الشمسية في الرياح الشديدة”، والتي نُشرت في مجلة Physics of Fluids، كيفية تطبيق هذا الإطار الرقمي.
التحديات التقليدية والحلول الجديدة
تستخدم الطرق التقليدية لحماية الألواح الشمسية من الرياح الشديدة آلية تحريك الألواح إلى وضع أفقي موازٍ للأرض عند وصول سرعة الرياح إلى مستوى معين. ورغم أن هذه الطريقة تُقلل من احتمالية التلف في بعض الحالات، إلا أن الألواح تتوقف عن إنتاج الطاقة في هذا الوضع، كما أنها قد لا تكون فعالة في مواجهة الرياح العاتية.
إطار العمل المقترح
يعتمد الإطار الجديد على مزيج من المحاكاة المتقدمة للرياح وتقنيات التعلم الآلي لتحديد الزاوية المثلى لكل لوح شمسي على حدة عند تعرضه لرياح شديدة. وأوضح إيلي هاشم، مؤلف الدراسة: “من خلال دمج ديناميكيات السوائل المتقدمة مع الذكاء الاصطناعي، رأينا فرصة لمعالجة مخاطر أضرار الرياح بطريقة مبتكرة تساهم في تعزيز متانة أنظمة الطاقة المتجددة”.
ويختلف هذا الإطار عن الأساليب السابقة التي كانت تتعامل مع الألواح الشمسية ككتلة واحدة، حيث يعامل الإطار الجديد كل لوح شمسي ككيان مستقل، ويحدد استراتيجيات قائمة على البيانات لتقليل الضغط الواقع على الألواح وتحقيق أداء أفضل مقارنة بالطرق التقليدية.
وأضاف هاشم: “يمكننا وصف هذا الإطار بأنه بمثابة تعليم الألواح الشمسية كيفية “التناغم” مع الرياح، بحيث تقل الأضرار وتحافظ على إنتاج الطاقة حتى في الرياح القوية”.
التجارب والنتائج
أجرى فريق البحث سلسلة من التجارب لاختبار قدرة النظام على الصمود أمام عوامل التلف المختلفة، مثل التمزق، والاهتزاز، والإجهاد الناتج عن الرياح. وأظهرت النتائج أن الإطار المقترح يقلل بشكل كبير من الإجهاد الديناميكي الهوائي على مصفوفات الألواح الشمسية ذات الستة ألواح المثبتة على الأرض ثنائية وثلاثية الأبعاد عند سرعة رياح تبلغ 50 كم/ساعة.
وتبين أن النظام الجديد يتفوق على أساليب الحماية التقليدية بنسبة كبيرة، مما يعزز قدرته على إدارة الأصول الشمسية الكبيرة خلال أحداث الرياح القوية.
رؤى مستقبلية
أكد الباحثون أن هذا الإطار يمثل قفزة نوعية في مجال حماية الأنظمة الكهروضوئية، حيث يجمع بين التجربة والخطأ في بيئة المحاكاة باستخدام التعلم المعزز العميق للوصول إلى حلول مبتكرة وغير متوقعة لمشكلة اتخاذ القرار المعقدة.
وأشار الباحثون إلى أن هذا الإطار لا يقتصر على تحدي الأساليب الهندسية التقليدية، بل يوفر أيضًا حلاً مرنًا وقابلًا للتطبيق على نطاق واسع لزيادة قدرة الأنظمة الشمسية على الصمود في البيئات القاسية.
