كيف يمكن تقليل خسائر الطاقة في أنظمة الطاقة الشمسية باستخدام تقنية إعادة التهيئة الضبابية؟
في تطور علمي حديث، نجح فريق من العلماء في باكستان في تطوير طريقة جديدة تعتمد على المنطق الضبابي (Fuzzy Logic) لتقليل خسائر الطاقة في أنظمة الطاقة الشمسية الناتجة عن الظلال وعيوب النقاط الساخنة. يقال إن هذه التقنية يمكنها تقليل خسائر الطاقة بنسبة تصل إلى 23.5% مقارنةً بالطرق التقليدية. وهو ما يمثل خطوة هامة نحو تحسين كفاءة هذه الأنظمة التي تلعب دوراً مهماً في توفير الطاقة المتجددة.
منهج إعادة التهيئة الضبابية لتحسين كفاءة أنظمة الطاقة الشمسية
قام العلماء في “الجامعة الوطنية للعلوم والتكنولوجيا” في باكستان بتطوير تقنية جديدة تعتمد على المنطق الضبابي بهدف تقليل الخسائر الناتجة عن الظلال الجزئية وعيوب النقاط الساخنة في أنظمة الطاقة الشمسية. هذه التقنية الجديدة تعتبر مناسبة لأنظمة الألواح الشمسية التي تكون مربعة أو مستطيلة الشكل، وهي قابلة للتطبيق على الألواح الشمسية ذات الأحجام المختلفة.
سيناريوهات الظلال وعيوب النقاط الساخنة
استند البحث إلى تحديد ستة سيناريوهات مختلفة للظلال وعيوب النقاط الساخنة بهدف تلبية أكبر عدد ممكن من أنماط الظلال المتغيرة. كما قدم الفريق البحثي طريقة لإعادة تهيئة النظام في كل من هذه السيناريوهات المختلفة. وقد شملت هذه السيناريوهات: الظلال الجزئية بنمط موحد، الظلال الجزئية بنمط غير موحد، وظهور النقاط الساخنة.
تصنيف الأعطال وفئات خسائر الطاقة
لتوضيح أثر الأعطال على خسائر الطاقة، قام الفريق البحثي بتعريف ست فئات من الأعطال بناءً على شدة التأثير:
- عطل صغير جداً (VSF)
- عطل صغير (SF)
- عطل متوسط (MF)
- عطل كبير (LF)
- عطل كبير جداً (VLF)
- عطل النقطة الساخنة (HF)
وبناءً على هذه التصنيفات، تم تطوير مجموعة من البيانات لكل سيناريو معيب. وقد أُجريت تجارب عملية على نظام شمسي مكون من 12 لوحة شمسية (4 × 3)، مع قدرة إنتاجية تصل إلى 150 واط لكل لوحة.
كيفية تنفيذ النظام باستخدام المنطق الضبابي
تم تطبيق المنطق الضبابي باستخدام وحدة تحكم Arduino Uno ، وفي البداية، تم توصيل الألواح الشمسية معًا في تكوينات متسلسلة ومتوازية عبر مفاتيح. يسمح فتح وغلق هذه المفاتيح بإعادة تهيئة النظام الشمسي. كما تم استخدام ميل بزاوية 30 درجة وارتفاع قدم واحد للألواح لتقليد الظروف الواقعية للتركيب.
نتائج التجارب وتحقيق الكفاءة
أظهرت التجارب أن تقنية إعادة التهيئة الضبابية كانت قادرة على تقليل خسائر الطاقة بسبب الظلال وعيوب النقاط الساخنة بنسبة تصل إلى 23.5% مقارنة بالطرق التقليدية المستخدمة في إعادة تهيئة أنظمة الطاقة الشمسية. وأكد الباحثون أن هذه التقنية هي الأولى من نوعها التي تعالج بشكل فعال تقليل الخسائر الناتجة عن الظلال وعيوب النقاط الساخنة، سواء في التكوينات المتسلسلة أو المتوازية.
الآفاق المستقبلية لتقنيات المنطق الضبابي في صناعة الطاقة الشمسية
تعد هذه التقنية الجديدة إضافة كبيرة إلى مجال الطاقة الشمسية، حيث توفر الحلول التي يمكن أن تساعد في تحسين الأداء وتقليل الخسائر في محطات الطاقة الشمسية، مما يعزز من كفاءة الإنتاج. ووفقًا للمؤلفين، فإن هذه الدراسة توفر رؤى مهمة في تصميم وتطوير مصفوفات تبديل تعتمد على المنطق الضبابي لصناعة الطاقة الشمسية، بهدف تقليل الخسائر الناجمة عن الظلال وعيوب النقاط الساخنة.
تم نشر هذا البحث في مجلة “نتائج في الهندسة” تحت عنوان “منهج إعادة التهيئة الضبابية لتقليل خسائر الطاقة في أنظمة الطاقة الشمسية”. للاطلاع على تفاصيل الدراسة من هنا
خاتمة
إن ابتكار تقنيات متقدمة مثل إعادة التهيئة الضبابية يعد خطوة هامة نحو تحسين كفاءة الطاقة المتجددة. فهذه الحلول تساهم في ضمان استدامة النظام الشمسي وتقليل الفاقد الناتج عن ظروف بيئية غير متوقعة. هذا النوع من البحث هو ما يحتاجه القطاع لتحسين جودة الطاقة الشمسية في المستقبل، وهو ما يعزز من قدرة الدول على تحقيق أهدافها في مجال الطاقة المتجددة.
