ماهي المعاملات الأساسية التي يجب أخذها بعين الاعتبار لتقليل نسبة الخطأ بالتنبؤ في إنتاجية منظومات الطاقة الشمسة الكهروضوئية أثناء مرحلة التصميم والتحجيم ؟
توصّل باحثون في المجر إلى أنّ زاوية الميل الكبيرة للألواح الكهروضوئية قد تزيد من الأخطاء في التنبؤ بكمية الطاقة الكهربائية الناتجة عن المحطات الشمسية الكهروضوئية بنسبة تصل إلى 49%, وأنّ تقليل معامل تحجيم العواكس يقلل هذه الأخطاء بنسبة 25%.
Image Source: concord
أجرى باحثون من جامعة بودابست للتكنولوجيا والاقتصاد بحثاً حول تأثير معاملات التصميم الأساسية لمنظومات الطاقة الشمسة الكهروضوئية مثل زاوية الإمالة, معامل تحجم العواكس و تباعد صفوف الألواح الشمسية الكهروضوئية على دقّة الإنتاجية المتوقّعة من هذه المنظومات.
حيث قام الباحثون بإجراء دراسة حول تأثير معاملات التصميم الرئيسية للمحطة الشمسية الكهروضوئية على الخطأ الإضافي لتحويل الإشعاع الشمسي إلى طاقة كهربائية وذلك بواسطة تطوير خوارزمية تحسين متعددة الأهداف Multi-Objective Optimization (MOO). و كشفت نتائجهم أن معاملات التصميم تؤثر بشكل كبير على نسبة الخطاء في التنبؤ بكمية الطاقة الكهربائية المتوقع انتاجها، وهو أمر هام يجب مراعاته في جميع الدراسات الأولية التي تتطلب عمل توقعات دققية عن كمية الطاقة الكهربائية التي سينتجها النظام طول العمر الافتراضي للمشروع. و يعد تضمين أخطاء التنبؤ المتوقعة كهدف أثناء عملية تحسين التصميم أمرًا مهمًا لتحقيق أقصى قدر من صافي الإيرادات من المحطات الكهروضوئية.
وقد أشار الباحثون إلى أنّ هذه الدراسة تعتبر الأولى من نوعها في مجال الربط بين التنبؤ بالطاقة الكهربائية المتوقّع انتاجها من المحطات الشمسية الكهروضوئية وتحسين معاملات تصميم هذه المحطات, وهي هامّة لكل من الباحثين في المجال التنبؤي, حيث تساعدهم على التنبؤ بدقة عالية اعتماداً على معاملات التصميم, و للعاملين في مجال تصميم وتحجم المحطات الشمسية الكهروضوئية حيث تتيح لهم إمكانية أخذ بالحسبان الكلف الناتجة عن عدم الدقّة في التنبؤ بإنتاجية النظام أثناء تصميم وتحسين المحطات الشمسية الكهروضوئية.
وللحصول على هذه النتائج فقد أجرى الباحثون تحليل لعشرة مواقع مختلفة, منها المحطات Surface Radiation budget (SURFRAD) السبعة والتي تمّ إنشاؤها في أمريكا و هي خاصة بالأقمار الصناعية, و ثلاثة محطات للأرصاد الجوية موجودة في المجر. و قد جاء هذا التنوع في اختيار المواقع ف بهدف تغطية خمس مناطق مناخية مختلفة كونه يتيح مجال واسع لتحليل أكبر قدر ممكن من الأخطاء أثناء مرحلة التنبؤ.
اعتمد الباحثون في تحليلهم على قياس الخطأ بعدّة طرق منها خطأ متوسّط التحيّز المعياري mean-normalized mean bias (nMBE), والخطأ المتوسط المطلق mean absolute (nMAE) وخطأ الجذر المتوسط التربيعي root mean square (nRMSE) واستخدمت كلها كتوابع لزاوية الميل, وعامل تحجيم المبدّلة ومسافة التباعد بين صفوف الألواح من أجل المواقع العشرة المختبرة.
أمّا بالنسبة لمعاملات التصميم المدروسة فقد كانت كالآتي: درجة الإمالة 25 درجة, وزاوية السمت 0 درجة, وعامل تحجيم العاكس 1, و مسافة التباعد بين صفوف الألواح فكانت 2.5, وبيّنت النتائج أنّ زيادة زاوية الميل يزيد من الخطأ في كل من الطريقتين nMAE و nRMSE, بينما زيادة معامل التحجيم يؤدي إلى نقصان الخطأ في كل من nMAE و nRMSE, أمّا بالنسبة لتأثير تباعد صفوف الألواح فقد كان واضحاً فقط بالنسبة للمسافات التي هي أقل من 2.1, وأكّد الباحثون على أنّ تأثير التباعد لا يزال غير واضح بشكل دقيق.
تظهر في الصورة منحنيات تأثير زاوية الميلان ، و معامل تحجيم العاكس ، و مقدار تباعد المصفوفات على إنتاجية منظومات الطاقة الشمسية الكهروضوئية . Image Source: Applied Energy, 2022
وفي نهاية البحث فقد أكّد الباحثون على أنّ الخطأ في التنبؤ بقيمة الطاقة الكهربائية الناتجة عن شدّة إشعاع شمسي معيّن تتعلّق بامعاملات التصميم الثلاثة السابقة, وأنّ دقّة التنبؤ تتأثّر عادةً بنمط الخطأ في التنبؤ بالإشعاع بدلاً من الأخطاء المتوسطة البسيطة, وأنّ بحثهم هذا هو الأول على مستوى العالم في الكشف عن أهمية وضرورة الأخذ بالحسبان أخطاء التنبؤ المتوقعة أثناء مرحلة تحسين وتصميم المحطات الكهروضوئية, ونوّهوا إلى أنّ نتائجهم هذه هي نتائج أولية فقط.
و تم ننشر نتائج الدراسة في مجلّة Applied Energy رابط الدارسة للمطالعة:
إذا كنت مهتم بتطوير مهاراتك ومعارفك في مجال تحجيم وتصميم منظومات الطاقة الشمسية الكهروضوئية يمكنك الانظمام والتسجيل في البرنامج التدريبي الذي سيبدأ الشهر القادم:
