ماهو تأثير الظلال الناتج عن روبوتات تنظيف الألواح الشمسية على أداء وإنتاجية محطات الطاقة الشمسية!

قام باحثون في معهد قطر لبحوث البيئة والطاقة (QEERI) ، وهو جزء من جامعة حمد بن خليفة (HBKU) ، بدراسة تأثير الظل الناتج عن تحريك روبوتات التنظيف على أداء وإنتاجية محطات الطاقة الشمسية المركزية الكهروضوئية. حيث قاموا بتحليل الدرجة التي يقلل بها ظل روبوتات التنظيف من إنتاجية المحطة و وجدوا أن توجيه الألواح يلعب دوراً هاماُ و له تأثير كبير على درجة تأثير الظل.

الجدير بالذكر أنه يتم الآن استخدام روبوتات التنظيف في جميع محطات الطاقة الشمسية الصحراوية تقريبًا ، وعادةً ما يتم تشغيلها خلال النهار ، مما يخلق ظلًا متحركًا على الألواح الشمسية. ولذلك كان هذا محل تساؤل لدى الكثير من المختصين مامدى هذا التأثير وهل قد يشكل نقاط ساخنة خاصة في بعض المناطق.

أجرى الباحثون سلسلة من الاختبارات في ظروف جوية مثالية كانت السماء صافية على تكوينات مختلفة لمصفوفات منظومات الطاقة الشمسية الموجودة في حقل الاختبارات التابع ل QEERI في الدوحة ، قطر ، والذي كان فيه زاوية ميل الألواح 22 درجة. ولقد أخذوا في الاعتبار ثلاثة عوامل رئيسية: تصميم الألواح، وتوجيهها، وسرعة الروبوت. و استخدموا الروبوت التجاري Nomadd Desert Solar Solutions .

ومن خلال القياسات وجدوا أن توجيه الألواح الشمسية له تأثير هائل على تأثير الظل. ففي الوضع الأفقي للألواح الشمسية (landscape)، انخفض تيار السلسلة و الجهد بشكل كبير خلال مرور الروبوت وقيامه بعملية التنظيف، بينما في المنظومة التي كانت فيها الألواح الشمسية موجه في الوضع العمودي (portrait) كان التأثير بسيط للغاية. 

العجيب في الأمر أن سرعة استجابة العاكس مهمة جداً لقياس ذلك التأثير. فحسب النتائج و القياس لوحظ بأن خوارزمية تعقب نقطة الطاقة القصوى للعاكس (MPPT) للتعامل مع الظل المتحرك للروبوت – في بعض الأحيان كانت تزيد من جهد السلسلة ، وأحيانًا تخفضه ، واستغرق الأمر حوالي دقيقة لإعادة إنشاء MPP بعد أن غادر الروبوت المصفوفة. 

وبحسب الدراسة فإن مرور الروبوت الواحد قلل من إنتاجية الطاقة للنظام في اليوم بحوالي 0.16٪ في الوضع الأفقي للألواح الشمسية (landscape) ، و كانت الخسارة تقريبًا صفرية في الوضع العمودي (portrait) للألواح الشمسية.

و أكد الباحثون أيضًا أن الانخفاض في الانتاجية كان أكبر بالنسبة للألواح الشمسية المصنعة من الخلايا الكاملة مقارنة بالألواح الشمسية المصنعة من أنصاف الخلايا.

وضعية ونوع الألواح الشمسية خلال فترة التجربة

  Image Source: QEERI, Solar Energy 2023

الدروس الرئيسية المستفادة من نتائج الدراسة:

إن الدروس الرئيسية: هو أنه إذا تم تصميم محطة طاقة شمسية  وتم استخدام روبوتات التنظيف، فإنه من الممكن تقليل خسائر التظليل إلى الحد الأدنى من خلال الأخذ بالاعتبار في عملية التصميم للمحطة بحيث تكون الألواح الشمسية في الوضع العمودي (portrait)، وهو ما يحدث عادةً في المحطات الشمسية التي تستخدم المتعقبات أحادية المحو أما بالنسبة للمحطات الطاقة الشمسية التي تكون الألواح فيها مركبة في الوضع الأفقي للألواح الشمسية (landscape)، فمن الأفضل تشغيل الروبوتات في الليل ، على الرغم من أنها قد تسبب في تشكيل الندى.

وتعد هذه الاشكالية التي تناولتها الدراسة أحد أهم الأمور التي نتناولها خلال البرنامج التدريبي  “ﺩﺭﺍﺳﺔ ﺍﻟﺠﺪﻭﻯ ﺍﻻﻗﺘﺼﺎﺩﻳﺔ ﻭ ﺗﻘﻴﻴﻢ ﺍﻷﺩﺍﺀ ﻟﻤﺸﺎﺭﻳﻊ ﺍﻟﻄﺎﻗﺔ ﺍﻟﺸﻤﺴﻴﺔ ﻭﻃﺎﻗﺔ ﺍﻟﺮﻳﺎﺡ”

للاطلاع على نتائج هذه الدراسة التي نشرت في مجلة Solar Energy بعنوان Effect of cleaning robot’s moving shadow on PV string