كمورد لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بقدرة 30 كيلو وات، غالبًا ما يتم سؤالي عن متوسط الإشعاع المطلوب لمثل هذا النظام. إن فهم هذا أمر بالغ الأهمية لكل من الكفاءة والجدوى الاقتصادية لمشاريع الطاقة الشمسية. في هذه المدونة، سوف أتعمق في مفهوم الإشعاع، وكيفية تأثيره على نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية بقدرة 30 كيلو وات، ومتوسط مستويات الإشعاع التي يجب أن تستهدفها.
ما هو الإشعاع الشمسي؟
يشير الإشعاع الشمسي إلى الطاقة لكل وحدة مساحة الواردة من الشمس في شكل إشعاع كهرومغناطيسي. يتم قياسه عادةً بالواط لكل متر مربع (W / m²). يمكن أن تختلف كمية الإشعاع الشمسي التي يتلقاها الموقع بشكل كبير بناءً على عدة عوامل، بما في ذلك الموقع الجغرافي والوقت من اليوم والموسم والظروف الجوية.
يلعب الموقع الجغرافي دورًا رئيسيًا في تحديد الإشعاع الشمسي. تتلقى المناطق الأقرب إلى خط الاستواء عمومًا قدرًا أكبر من ضوء الشمس المباشر على مدار العام مقارنة بالمناطق الواقعة عند خطوط العرض الأعلى. على سبيل المثال، غالبًا ما تتمتع الصحاري القريبة من خط الاستواء بمستويات عالية من الإشعاع الشمسي لأنها تتميز بسماء صافية وغطاء سحابي ضئيل.
يؤثر الوقت من اليوم أيضًا على الإشعاع. تكون الشمس في أعلى نقطة لها في السماء عند الظهيرة الشمسية، وهو الوقت الذي يكون فيه الإشعاع في أقوى حالاته. في الصباح والمساء، تضرب أشعة الشمس الأرض بزاوية، وتنشر نفس الكمية من الطاقة على مساحة أكبر وتقلل من الإشعاع.
يمكن أن تسبب التغيرات الموسمية تقلبات في الإشعاع أيضًا. في نصف الكرة الشمالي، تتميز أشهر الصيف عادةً بمستويات إشعاع أعلى بسبب الأيام الأطول والزاوية الأكثر مباشرة لأشعة الشمس. وعلى العكس من ذلك، فإن أشهر الشتاء لها أيام أقصر وإشعاع أقل.
الظروف الجوية، مثل الغطاء السحابي والضباب وهطول الأمطار، يمكن أن تقلل بشكل كبير من الإشعاع الشمسي. تعمل الغيوم كحاجز، حيث تعمل على تشتيت أشعة الشمس وامتصاصها قبل وصولها إلى سطح الأرض.
تأثير الإشعاع على نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية بقدرة 30 كيلو وات
يرتبط أداء نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية بقدرة 30 كيلو وات ارتباطًا مباشرًا بكمية الإشعاع الشمسي الذي يتلقاه. تقوم الألواح الشمسية بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، وكلما زاد الإشعاع الذي تتلقاه، زادت كمية الكهرباء التي يمكنها توليدها.
يتم تصنيف خرج الطاقة للوحة الشمسية وفقًا لظروف الاختبار القياسية (STC)، والتي تفترض عادةً إشعاعًا يبلغ 1000 واط / متر مربع، ودرجة حرارة الخلية 25 درجة مئوية، وكتلة هوائية 1.5. ومع ذلك، نادرًا ما تتطابق ظروف العالم الحقيقي مع هذه الإعدادات المثالية.
إذا تم تركيب نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية بقدرة 30 كيلو وات في منطقة ذات إشعاع منخفض، فقد لا يتمكن من الوصول إلى سعته المقدرة. على سبيل المثال، إذا كان متوسط الإشعاع في موقع ما هو 500 واط/م2 فقط، فسيقوم النظام بتوليد ما يقرب من نصف الطاقة المقدرة له تحت STC، على افتراض أن جميع العوامل الأخرى تظل ثابتة.
من ناحية أخرى، في منطقة ذات إشعاع عالٍ، يمكن للنظام أن يولد كهرباء أكثر من قدرته المقدرة. يُعرف هذا بالإفراط في الأداء. ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن عوامل أخرى مثل درجة حرارة اللوحة يمكن أن تحد أيضًا من الأداء الزائد. يمكن لدرجات الحرارة المرتفعة أن تقلل من كفاءة الألواح الشمسية، لذلك حتى في المناطق ذات الإشعاع العالي، قد لا يزيد خرج النظام خطيًا مع الإشعاع.
تحديد متوسط الإشعاع لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية بقدرة 30 كيلو وات
لتحديد متوسط الإشعاع المطلوب لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية بقدرة 30 كيلو وات، نحتاج إلى النظر في كفاءة النظام وإنتاج الطاقة المطلوب.
تأخذ كفاءة نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية في الاعتبار الخسائر الناجمة عن عوامل مثل كفاءة اللوحة، وفقدان الأسلاك، وفقدان العاكس، والتظليل. تبلغ كفاءة نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية النموذجي حوالي 15% - 20%.
لنفترض أن كفاءة النظام تبلغ 18%. لتوليد 30 كيلو واط من الطاقة، نحتاج إلى حساب كمية الإشعاع المطلوبة. صيغة خرج الطاقة (P) للألواح الشمسية هي (P = \eta\times A\times I)، حيث (\eta) هي الكفاءة، (A) هي مساحة الألواح الشمسية، و(I) هو الإشعاع.
أولا، نحتاج إلى معرفة مساحة الألواح الشمسية في نظام 30KW. يمكن أن تختلف كثافة طاقة الألواح الشمسية، لكن القيمة المشتركة تتراوح بين 150 - 200 واط/م². بالنسبة لنظام 30 كيلو وات، إذا افترضنا أن كثافة الطاقة تبلغ 180 واط/م²، فإن مساحة الألواح الشمسية ((A)) هي (A=\frac{30000}{180}=166.67m^{2})
نحن نعلم أن (P = 30000W) و (\eta = 0.18). إعادة ترتيب الصيغة (I=\frac{P}{\eta\times A})
استبدال القيم، (I=\frac{30000}{0.18\times166.67}\approx1000W/m^{2})
وهذا يعني أنه في ظل الظروف المثالية، مع نظام فعال بنسبة 18%، يلزم إشعاع يبلغ حوالي 1000 واط/م2 للوصول إلى قدرة 30 كيلو واط.
ومع ذلك، في سيناريوهات العالم الحقيقي، نحتاج إلى مراعاة حقيقة أن الإشعاع يختلف على مدار اليوم والسنة. في المتوسط، تعتبر المنطقة التي يبلغ متوسط الإشعاع السنوي فيها 4 - 6 كيلووات ساعة/م2/يوم مناسبة لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية بقدرة 30 كيلووات. ويترجم هذا إلى متوسط إشعاع يبلغ حوالي 167 - 250 واط/م² على مدار 24 ساعة.
دراسات الحالة والأمثلة
دعونا نلقي نظرة على بعض الأمثلة الواقعية لتوضيح أهمية الإشعاع لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية بقدرة 30 كيلو وات.
في موقع صحراوي مشمس بمتوسط إشعاع يبلغ 6 كيلووات ساعة/م2/يوم، يمكن لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية بقدرة 30 كيلووات توليد كمية كبيرة من الكهرباء. بافتراض أن كفاءة النظام تبلغ 18%، يمكن حساب إنتاج الطاقة اليومي على النحو التالي:
مساحة الألواح الشمسية هي (A = 166.67م^{2}). إجمالي الطاقة المستقبلة يوميًا هو (E_{received}=6\times166.67 = 1000.02kWh)
خرج الطاقة للنظام (E_{output}=\eta\times E_{received}=0.18\times1000.02 = 180kWh)
وفي المنطقة الأكثر غيومًا بمتوسط إشعاع يبلغ 3 كيلووات ساعة/م2/يوم، سيكون إنتاج الطاقة اليومي أقل بكثير. باستخدام نفس مساحة النظام وكفاءته، يكون إجمالي الطاقة المستقبلة يوميًا هو (E_{received}=3\times166.67 = 500.01kWh)
خرج الطاقة للنظام (E_{output}=\eta\times E_{received}=0.18\times500.01 = 90kWh)
اعتبارات أخرى
عند التخطيط لنظام طاقة شمسية كهروضوئية بقدرة 30 كيلو وات، لا يتعلق الأمر فقط بالإشعاع. تلعب عوامل أخرى مثل اتجاه الألواح الشمسية وإمالتها والتظليل وجودة المعدات أيضًا أدوارًا مهمة.
يجب تحسين اتجاه الألواح الشمسية لتلقي أكبر قدر ممكن من ضوء الشمس. في نصف الكرة الشمالي، تتلقى الألواح المواجهة للجنوب عمومًا معظم ضوء الشمس طوال اليوم. يمكن أيضًا تعديل زاوية ميل الألواح بناءً على خط عرض الموقع لزيادة الإشعاع إلى أقصى حد.
يمكن أن يكون للتظليل تأثير كبير على أداء نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية. حتى كمية صغيرة من التظليل على لوحة واحدة يمكن أن تقلل من خرج النظام بأكمله بسبب الطريقة التي يتم بها توصيل الألواح الشمسية على التوالي.
يمكن أن تؤثر جودة المعدات، بما في ذلك الألواح الشمسية والمحولات والأسلاك، على كفاءة النظام وموثوقيته. من المرجح أن تؤدي المكونات عالية الجودة أداءً جيدًا على المدى الطويل وتتطلب صيانة أقل.
عروضنا والاستنتاجات
في شركتنا، نقدم مجموعة من أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، بما في ذلكنظام الألواح الشمسية المرنة بقدرة 500 كيلو وات,نظام الطاقة الشمسية على السطح بقدرة 1 ميجاوات، ونظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية على السطح بقدرة 10 كيلو وات. تم تصميم أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بقدرة 30 كيلو وات لدينا لتكون فعالة وموثوقة، ويمكننا مساعدتك في تحديد أفضل موقع وتكوين يناسب احتياجاتك الخاصة.
إذا كنت مهتمًا بشراء نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية بقدرة 30 كيلو وات أو كانت لديك أسئلة حول متوسط متطلبات الإشعاع، فنحن نشجعك على الاتصال بنا للحصول على استشارة مفصلة. يمكن لفريق الخبراء لدينا أن يزودك بجميع المعلومات التي تحتاجها لاتخاذ قرار مستنير.
مراجع
- دوفي، جا، وبيكمان، واشنطن (2013). الهندسة الشمسية للعمليات الحرارية. وايلي.
- تشاو، تي تي (2012). هندسة الطاقة الشمسية: العمليات والأنظمة. وايلي.
- جاين، SC، وشاه، LJ (2011). أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية: التصميم والتركيب. تعلم فاي.
