ماهي الفوائد الاقتصادية والتقنية من تثبيت الألواح الشمسية الكهروضوئية عموديا؟

أجرى باحثون من جامعة Leipzig الألمانية بحثاً حول تأثير الاستخدام الواسع لنظم الطاقة الشمسية العمودية والموجّهة باتجاه شرق-غرب و دمجها بالشكبة الكهربائية  لألمانيا, وتوصلّوا إلى أنّ الإقدام على تطبيق هذه التقنية سيساهم في زيادة استقرار الشبكة الكهربائية  ككل, علماً أنّها ستعمل على توفير تكامل أفضل مع قطاع الزراعة و الأنشطة الزراعية بمختلف مستوياتها  على عكس تقنيات النظم الكهروضوئية التقليدية المثبّتة على الأرض والتي تسمح بتكامل أقل مع الأنشطة الزراعية في المناطق الزراعية.

وقد اعتمد الباحثون في إجراء بحثهم هذا على نموذج Enargy Plan (الذي طوّرته جامعة Aalborg الدنماركية ), حيث يستخدم هذا النموذج عادةً في محاكاة عمل نظم الطاقة الوطنية على مدار الساعة و يشمل الطاقة المستخدمة في قطاعات الكهرباء والتسخين والتبريد والصناعة والنقل,  حيث ساعد في التنبؤ بالوضع الذي سيؤول إليه منظومة الطاقة الكهربائية في ألمانيا بحلول عام 2030 بعد إضافة المزيد من نظم الطاقة الكهروضوئية العمودية إليه.

وقد وجد الباحثون أنّ متوسط زاوية الميل للنظم الشمسية التقليدية المثبّتة على الأرض هي 20 درجة, بينما يبلغ متوسط كمية الطاقة الكهربائية المتوقّع انتاجها  سنويا 1020Wh/Wp, وفي المقابل توقّعوا أن تصل كمية الطاقة الناتجة عن نظم الطاقة الكهروضوئية العمودية إلى 999Wh/W بالنسبة للنظم ذات الألواح الموجّهة باتجاه شرق-غرب و 926Wh/W بالنسبة للنظم ذات الألواح الموجّهة شمال-جنوب. بينما توقّعوا أن يصل الطلب على الكهرباء إلى 1,214 TWh بحلول العام 2030.

وأخذوا بالحسبان الكلفة العالية للألواح ثنائية الوجه المستخدمة في هذه التقنية وبأنّ كمية الطاقة الناتجة عنها أقل بالنسبة لنفس المساحة من الأرض, حيث يجب أن تكون المسافة بين المصفوفات من 8 لـ 12 متر لتجنب التظليل فيما بينها, وهذا بدوره يؤدي إلى تكاليف إضافية.

إضافةً لكل ذلك يجب أن لا يتم تجاهل كلفة الأرض نفسها, والتأكد من أنّه سيتم المحافظة على الزراعة فيها كما هي أو أنّه سيكون هناك مردود إضافي نتيجةً للتنوّع البيولوجي الذي قد توّفره هذه التقنية.

سيساهم تطبيق هذه التقنية, بحسب الباحثين, في رفع ساعات التغذية بالكهرباء الناتجة من المحطات الشمسية الكهروضوئية العمودية وخاصةً عند تزايد الطلب على الطاقة في فترات الذروة, كما أنّها ستكون قادرة على انتاج كميات أكبر من الطاقة في فصل الشتاء, وأشاروا إلى متغيرين أساسين يجب أخذهما بعين الاعتبار هما نسبة الطاقة الكهربائية الناتجة عن نظم الطاقة الكهروضوئية والمسموح إضافتها للشبكة الكهربائية  العام, إضافةً لمدى إمكانية تخزين الطاقة التي ستقوم هذه الأنظمة بتوفيرها.

ونوّه الباحثون إل أنّه سيكون لإضافة نظام تخزين طاقة بسعة 1TW إلى النظام الكهربائي أثر بيئي واضح, من خلال التوفير في انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون بما يصل إلى 2.1 مليون طن في السنة في حال تمّ دمج نظم طاقة كهروضوئية عمودية إلى النظام الكهربائي بنسبة 70٪ للنظم ذات الألواح العمودية الموجّهة باتجاه شرق-غرب, و30٪ للنظم ذات الألواح الموجّهة باتجاه شمال –جنوب.

Image Source: SophiaReker

الصور توضح ملخص الدراسة ومقدار الاستفادة عند تثبيت الألواح الشمسية بشكل عمودي

ونوه الباحثون إلى أنه في حال تم دمج أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المثبتة بشكل عمودي مع نظام تخزين للطاقة المنتجة بسعة 1 تيرا وات مع الشبكة الكهربائية على أن تكون نسبة الألواح الشمسية العمودية الموجهة باتجاه شرق-غرب 70% في حين أن الألواح الموجهة شمال-جنوب تكون بنسبة 30% فإنه حينها سيساهم هذا النظام بالحد من 2.1 مليون طن من انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون سنويا.

قام الباحثون بنشر نتائجهم في مجلة Smart Energy تحت عنوان:

Integration of vertical solar power plants into a future German energy system

وقد أكّد الباحثون على أنّ هدف هذه الدراسة ليس التشجيع على تحويل جميع نظم الطاقة الكهروضوئية إلى نظم عمودية, وإنما هو لتسليط الضوء على دور هذه النظم في دعم نظام الطاقة الكهربائية في المانيا بشكل كلي.

🎯 لأول مرة على مستوى الوطن العربي – فرصة تدريبية في مجال البحث والتطوير لتقنيات الطاقة المتجددة