توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية.. تقنية ليبية تحقق كفاءة مرتفعة
داليا الهمشري
ما تزال قضية الوصول إلى أقصى قدرات توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية تمثّل تحديًا كبيرًا لدى العلماء والباحثين في مجالات الطاقة، محاولين الوصول لتحقيق أعلى كفاءة في الإنتاج.
وفي هذا الإطار، أجرى فريق بحثي من كلية الطاقات المتجددة بمدينة تاجوراء في ليبيا، بإشراف عميد الكلية الدكتور يوسف عبدالله دريدر، دراسة -اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)- لمحاكاة نظام تتبُّع أقصى قدرة للمنظومة الشمسية باستعمال طريقة التغيير والملاحظة.
وهدفت الدراسة للتعرف على أهم الطرق المستعمَلة للحفاظ على تشغيل المنظومة الشمسية عند نقطة أقصى قدرة، لتزويد جميع أنواع الأحمال بأكبر قدرة كهربائية ممكنة طوال الوقت، وتحت الظروف المختلفة من الغبار والسحب وغيرها.
وضمّ الفريق البحثي عددًا من الأساتذة والمهندسين بالكلّية، وهم: الدكتور حسين المشرقي والمهندس فاروق الأشهب والمهندس حسام دخيل والمهندس عبدالمنعم العزيبي.
وتستهدف إستراتيجية الطاقة المتجددة للحكومة الليبية رفع مساهمة مصادر الطاقة المتجددة بنسبة 10% في مزيج الطاقة بحلول العام 2025، و30% بحلول 2030.
وتصدرت مشروعات الطاقة الشمسية جهود الحكومة الليبية لتحقيق هذه الإستراتيجية؛ نظرًا لما تتمتع به البلاد من موارد شمسية ضخمة تُقدَّر بنحو 3200 ساعة سطوع سنوية، ومتوسط إشعاع يبلغ 6 كيلوواط في الساعة لكل متر مربع يوميًا.
استغلال مصادر الطاقة المتجددة
أكد الدكتور يوسف عبدالله دريدر، أن ضرورة استغلال مصادر الطاقات المتجددة -ومنها الطاقة الشمسية- في توليد الطاقة الكهربائية قد دفعت الفريق البحثي إلى إجراء دراسة وتحليل ومحاكاة لنظام كهروضوئي لمتابعة وملاحقة مسار أقصى قدرة في نظام الخلايا الشمسية.
وأوضح دريدر -في تصريحات إلى منصة الطاقة المتخصصة- أن هذا النظام يتكون من الألواح الكهروضوئية (PV)، والمتحكم (PI)، والمبدّل المستمر الرافع للجهد والحمل.
ولفت إلى أنه نظرًا لأهمية تتبُّع نقطة أقصى قدرة من الألواح الشمسية (MPPT)، اختيرَت تقنية التغيير والملاحظة (P&O)، التي تعتمد على المتحكم (PI) لتحقيق التشغيل المثالي للأحمال، ورفع كفاءة المنظومة الشمسية المندمجة.
واعتمدت هذه الدراسة على تصميم منظومة توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية بقدرة 100 كيلوواط، مع التركيز على تصميم ومحاكاة نظام توليد طاقة كهروضوئي مكون من ألواح شمسية، ومحول رافع للجهد المستمر، ومتحكم (MPPT).
كما جرت محاكاة المتحكم (MPPT) بالاعتماد على خوارزمية (P&O) لتحديد نسبة التشغيل للتحكم مباشرة في دورة عمل المحول الرافع للجهد المستمر، واُختبرت كفاءة المنظومة الشمسية في ظل التغيرات الجوية.
وجرت محاكاة مكونات النظام الكهروضوئي لملاحقة مسار أقصى قدرة باستعمال برنامج MATLAB/Simulink.
ويوضّح الإنفوغرافيك التالي -الذي أعدّته منصة الطاقة المتخصصة- خروج النظام في حالة استعمال الحاكم PI:
قدرة اللوح الكهروضوئي
افترضت الدراسة أن استعمال خوارزمية الملاحظة والتغيير يحسّن من أداء المتحكم MPPT لملاحقة مسار نقطة أقصى قدرة.
وقال الدكتور يوسف عبدالله دريدر، إن الطاقة الشمسية تُعدّ مصدرًا نظيفًا ومتجددًا، ونظرًا للخصائص غير الخطية للإشعاع الشمسي، فهناك حدّ أقصى لإنتاج الطاقة (Max Power Point) على المنحنى.
ولا تستطيع وحدات التحكم التقليدية، المزودة بتقنية شحن المحول وتقنية الشحن PWM، شحن البطارية عند الحدّ الأقصى من الطاقة؛ لذلك لا يمكن حصاد الطاقة القصوى المتوافرة من مصفوفة PV .
وأضاف أن هناك 3 متغيرات رئيسة جرى العمل من خلالها لملاحقة مسار نقطة الاستطاعة القصوى، وهي:
- قدرة اللوح الكهروضوئي التي تتعلق بقيمة جهد وتيار اللوح.
- نسبة الخطأ في القدرة القصوى.
- تغير نسبة الخطأ في القدرة القصوى.
ويوضّح الإنفوغرافيك التالي -الذي أعدّته منصة الطاقة المتخصصة- نمذجة طريقة التتبّع والملاحقة والمراقبة:
أهداف الدراسة
تهدف الدراسة -التي أجراها الفريق البحثي الليبي- إلى تصميم ونمذجة منظومة شمسية متكاملة متضمنة لمتتبّع نقطة أقصى قدرة في توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية باستعمال برنامج المحاكاة MATLAB/Simulink.
كما تهدف هذه الدراسة للتعرف على أهم الطرق المستعمَلة للحفاظ على تشغيل المنظومة الشمسية عند نقطة أقصى قدرة لتزويد جميع أنواع الأحمال بأكبر قدرة كهربائية ممكنة طوال الوقت، وفي الظروف المختلفة (الغبار والسحب والتغير في الإشعاع الشمسي) من منظومة شمسية.
وسلّطت دراسة الدكتور يوسف عبدالله دريدر، الضوء على الأهمية التي يؤديها المتتبّع للرفع من كفاءة المنظومة الشمسية.
وكشفت نتائج الدراسة أن المتتبّع يؤدّي مهامّه بشكل جيد، ويمكن الاعتماد عليه مستقبلًا لبناء أيّ نموذج عملي حقيقي لتتبُّع نقطة أقصى قدرة، والحفاظ على التشغيل عندها.
كما أظهرت النتائج استقرارًا عاليًا عند القيم المختلفة لدورة التشغيل (Duty Cycle) باستعمال محولات التيار المستمر من النوع الرافع للجهد (Boost converter).
وبيّنت الدراسة -كذلك- فاعلية وجودة أداء المتحكم PI في ملاحقة مسار أقصى طاقة، التي تُعدّ إضافة جيدة على أدائه من ناحية سرعة الاستقرار، وتقليل الخطأ، وانعدام التجاوز.
موضوعات متعلقة..
- تبريد الألواح الشمسية فوق الأسطح.. تقنية مصرية جديدة (تقرير)
- بحث مصري لرفع كفاءة الخلايا الشمسية وزيادة إنتاجها
- رفع كفاءة الخلايا الشمسية باستعمال البخار من الغلاف الجوي.. دراسة مصرية
اقرأ أيضًا..
- هل يلغي ترمب سياسات تغير المناخ والطاقة التي وضعها بايدن؟ (تقرير)
- أكبر 5 صفقات نفطية في يوليو 2024.. 3 دول عربية تتصدّر
- أنس الحجي: أسواق النفط تتأثر بوصول "بزشكيان" لحكم إيران.. في حالة واحدة
