تقارير الطاقة المتجددة رئيسية طاقة متجددة

تقنية مبتكرة لاستعمال الطاقة الكهروضوئية الفائضة تحت الأرض.. توفّر 39% من الكهرباء

خالد بدر الدين

2024-09-20

0 415

مهندس يركب ألواح الطاقة الشمسية على أسطح المنازل في أميركا - الصورة من pv-magazine

تستحوذ مسألة الطاقة الكهروضوئية الفائضة على اهتمام بالغ في معظم الدول المتسارعة في نشر الطاقة المتجددة حول العالم، إذ تواجه الشبكات الكهربائية مشكلة في استيعاب فوائضها في أوقات انخفاض الطلب.

في هذا السياق، ابتكر مجموعة من الباحثين تقنية جديدة لاستغلال الطاقة الشمسية الفائضة خلال الربيع والخريف لشحن تخزين الطاقة الحرارية تحت الأرض، لاستعمالها لاحقًا في الصيف والشتاء، بحسب تقرير اطّلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).

وأجرى العلماء من جامعة نيروبي الكينية ومعهد أبحاث الطاقة في كوريا الجنوبية، محاكاة استعمال الطاقة الكهروضوئية الفائضة مع عدد قليل من التكوينات الاختيارية للتخزين الحراري في منشأة مدرسية في سول، واستطاعوا توفير 39% من الكهرباء.

وطوّر الفريق البحثي نظام مضخة حرارية جديدًا يعمل بالطاقة الكهروضوئية، ويمكنه استعمال فائضها لشحن منشأة تخزين الطاقة الحرارية تحت الأرض، ما عزّز بدوره نشاط المضخة الحرارية.

نتائج استغلال الطاقة الكهروضوئية الفائضة

تمكّن النظام، الذي اعتمد على 3 دراسات حالة، من توفير ما يصل إلى 14% من الطاقة في عمليات تحويل الكهرباء إلى حرارة، وما يقرب من 39% في عمليات تحويل الكهرباء إلى طاقة تبريد، بحسب نتائج التجربة المنشورة على موقع بي في ماغازين المتخصص (PV Magazine).

وأدى تزايد منشآت الطاقة الكهروضوئية الفائضة إلى توليد كميات ضخمة من الكهرباء، ليصبح مشكلة تتطلب طرقًا بديلة لمعالجة هذا الفائض ومحاولة الاستفادة منه بدلًا من هدره.

ويمكن تحقيق التوازن بين التوليد والاستهلاك من خلال الاستفادة من أساليب التسخين والتبريد، لاستهلاك الكهرباء المتولدة بالطاقة الكهروضوئية الفائضة بطريقة مفيدة وفعّالة.

وأجرى الباحثون محاكاة النظام الجديد في برنامج إلكتروني، اعتمدت طريقة التشغيل الرئيسة فيه على استعمال الطاقة الكهروضوئية الفائضة في فصلي الربيع والخريف، عندما يكون الطلب على التدفئة والتبريد أقل خلال أشهر هذين الموسمين.

تخزين الطاقة الشمسية الفائضة — تخزين الطاقة الكهروضوئية الفائضة - الصورة من Solar Consulting

وتعمل المضخة الحرارية في الربيع على تبريد منشأة تخزين الطاقة الحرارية تحت الأرض، ثم تُستعمل في تشغيل عمليات التبريد خلال الصيف التالي.

وفي المقابل، تشحن المضخة الحرارية منشأة تخزين الطاقة الحرارية تحت الأرض بالتدفئة، في الخريف، لتوفر بعد ذلك درجات الحرارة المريحة خلال الشتاء، بحسب تفاصيل التجربة التي تابعتها منصة الطاقة المتخصصة.

وطبّق العلماء محاكاة النظام المقترح على مبنى مدرسة عامة في سول، بكوريا الجنوبية، وغطوا سقف المبنى، الذي تبلغ مساحته 2500 متر مربع بألواح كهروضوئية بكفاءة 21%، لتشغيل مضخة حرارية هوائية المصدر.

واختار الباحثون نموذج مبنى المدرسة لبساطة تصميمه، إذ يتكوّن من 4 طوابق، كل منها بمساحة خارجية قدرها 1312 مترًا مربعًا، يمكن من خلالها حدوث الفاقد الحراري.

وافترض العلماء أن قدرة المضخة الحرارية محل التجربة ستكون في حدود 160 كيلوواط للتدفئة والتبريد، مع استهلاك كهرباء قدرها 40 كيلوواط و50 كيلوواط للتبريد والتدفئة، على التوالي.

تفاصيل نموذج محاكاة التجربة

اعتمد السيناريو الأساسي، الذي اختبره العلماء، على المضخة الحرارية، التي تشغلها الطاقة الكهروضوئية الفائضة، في حين استعملت الحالة 1 منشأة تخزين الطاقة الحرارية السطحية أو الضحلة، واستعملت الحالة 2 منشأة تخزين الطاقة الحرارية تحت الأرض بعمق كبير.

كما تكوّنت المنشأة غير العميقة أو الضحلة، من 964 بئرًا بحجم معدل قدره 800 متر مكعب وعمق 1.5 مترً، في حين تكوّنت منشأة تخزين الطاقة الحرارية تحت الأرض العميقة، من 10 آبار بعمق 150 مترًا، وبالعمق نفسه 800 متر مكعب.

تركيبات الألواح الشمسية على أسطح المنازل - الصورة من todays home owner

بينما حافظت علامة تكييف المنطقة على درجة حرارة الغرفة بين 18 و22 درجة مئوية خلال الصيف، وبين 24 و28 درجة مئوية في أثناء الشتاء، بحسب تفاصيل التجربة التي تابعتها منصة الطاقة المتخصصة.

وأوضحت نتائج المحاكاة ارتفاع معامل الأداء الموسمي بنسبة 9% و27% في الشتاء والصيف على التوالي للحالة الأولى، و9% و25% للحالة الثانية.

وبالمقارنة بالحالة الأساسية، أدى ذلك إلى توفير الكهرباء بنسبة 14% في التدفئة، وبنسبة 38% في التبريد لدى الحالة الأولى، في حين وفّرت 13% للتدفئة و36% للتبريد في الحالة الثانية، بحسب التجربة.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..