رفع كفاءة ألواح الطاقة الشمسية بنظام تتبع.. تقنية مصرية جديدة
داليا الهمشري
بدأت الجامعات والمراكز البحثية في مصر تؤدي دورًا متزايدًا في تطوير حلول جديدة لزيادة كفاءة ألواح الطاقة الشمسية وتحسين أدائها عبر تقنيات التتبّع الآلي وأنظمة التحكم الذكي والتكامل مع إنترنت الأشياء، في ظل التوسع العالمي بالاعتماد على تقنيات الطاقة المتجددة.
في هذا السياق، قدّم فريق طلاب من جامعة حلوان مشروعًا مميزًا لنظام تتبُّع شمسي ذكي منخفض التكلفة -اطّلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)- يفتح آفاقًا جديدة أمام التطبيقات المحلية للطاقة الشمسية، ويجسّد قدرة الكفاءات الشابة على تسريع عجلة تحول الطاقة في البلاد.
ويشهد قطاع الطاقة الشمسية في مصر -حاليًا- طفرة ملحوظة، مدفوعًا بالتوجهات الحكومية نحو تعزيز الاعتماد على المصادر المتجددة وتقليل استعمال الوقود الأحفوري.
كما أن الموقع الجغرافي المميز يمنح مصر أحد أعلى معدلات الإشعاع الشمسي عالميًا؛ ما يجعل الطاقة الشمسية خيارًا إستراتيجيًا لتأمين احتياجات البلاد من الكهرباء، خاصة في المناطق النائية وغير المرتبطة بالشبكة.
تطوير نظام ذكي
في مشروع تخرج مبتكر لعام 2024-2025، نجح فريق طلابي من كلية الهندسة بجامعة حلوان في تصميم وتطوير نظام ذكي منخفض التكلفة لتتبُّع ألواح الطاقة الشمسية باستعمال تقنية الميكروكونترولر، بهدف زيادة كفاءة إنتاج الكهرباء وضمان استقرارها على مدار ساعات اليوم.
ويضم الفريق كلًّا من الطلاب: باسم بيبرس وأندرو ثروت ورمضان عبد الرحيم وأحمد شريف وأحمد محمود وعبد الرحمن إسماعيل وميادة إبراهيم، بإشراف الأستاذ بقسم هندسة القوى والآلات الكهربائية الدكتور مصطفى رضا فرج.
وأوضح الدكتور مصطفي رضا فرج -في تصريحات خاصة إلى منصة الطاقة المتخصصة- أن النظام الجديد يرتكز على مبدأ تتبُّع الشمس لحظة بلحظة بهدف توجيه الألواح مباشرة نحو الإشعاع الشمسي طوال اليوم، بما يضمن زيادة ملحوظة في كفاءة إنتاج الكهرباء من المنظومات الكهروضوئية.
وتُعدّ هذه أول مرة يُنفّذ فيها نظام تتبُّع يعمل بهذا الشكل، باستعمال مستشعر ضوئي واحد فقط (LDR) مع محرّكين من نوع (Servo 90SG)، يتحركان بدقّة وفق إشارات من وحدة التحكم الدقيقة (الميكروكونترولر)، لمسح زاوية سقوط الضوء على محورين: القطبي والإمالة.
خوارزمية للتحكم في الاتجاه
يعتمد النظام على خوارزمية برمجية تقارن قراءات الضوء لحظة بلحظة مع القراءات السابقة، لتحديد الزاوية التي تسجل أعلى شدة ضوء، ومن ثم توجيه الألواح آليًا نحوها باستعمال محركات (MG90S).
كما زُوِّد النظام بوحدة تحكم يدوية عن بُعد عبر الهاتف المحمول من خلال تطبيق متصل بوحدة بلوتوث (HC-05)؛ ما يمنح المستعمِل مرونة في التحكم اليدوي الكامل بموقع ألواح الطاقة الشمسية.
ويتضمن النظام مستشعرات لقياس الفولت والتيار والقدرة الكهربية، وتُعرَض كل البيانات على شاشات LCD مثبتة ضمن وحدة التحكم، مع تخزينها على بطاقة SD، لتُعرَض لاحقًا على واجهة مستعمِل صُمّمت خصوصًا لتقديم عرض بصري دقيق للبيانات، مثل الجهد وزاوية المحركات وشدة الإضاءة، باستعمال جداول ورسوم بيانية تفاعلية.
مميزات المشروع
أشار الدكتور مصطفي رضا فرج إلى أن النظام الجديد يتّسم بعدّة مزايا، أبرزها نجاحه في زيادة إنتاج ألواح الطاقة الشمسية بشكل ملحوظ، وضمان استقرار الأداء طوال اليوم، وفي مختلف فصول السنة.
كما يمنح النظام الجديد للمستعمِل إمكان التحكم اليدوي عن بُعد عبر الهاتف؛ ما يوفّر مرونة في التشغيل، بجانب تخزين قراءات المستشعرات بالكامل لمراجعة الأداء، والتحقق من الكفاءة، ورصد أيّ أعطال.
ويتميز المشروع بانخفاض تكلفة التنفيذ لاستعماله مكونات سهلة مثل الأردينو (Arduino) ومستشعر (LDR) ومحركات سيرفو؛ ما يجعل من اليسير التوسع في تطبيقه عمليًا في المنازل والمزارع والمناطق النائية.
وأوضح الدكتور فرج أن النظام يُعدّ فريدًا من نوعه؛ كونه يحاكي عمل الرادار بتقنية تتبُّع تعتمد على مستشعر ضوئي واحد فقط؛ ما يُبسّط التصميم ويقلل من التكاليف.
نموذج تطبيقي واعد
قال الدكتور فرج -خلال تصريحاته إلى منصة الطاقة المتخصصة-، إن المشروع يُعدّ نموذجًا تطبيقيًا واعدًا لحلول الطاقة الشمسية الذكية القابلة للتنفيذ في البيئات منخفضة الموارد، مع قابلية التوسعة والتكامل مع أنظمة أخرى.
وأوضح أن التوسع في تطبيق النموذج ما يزال يواجه بعض التحديات، من بينها أن هناك استهلاك طاقة داخليًا لتحريك ألواح الطاقة الشمسية؛ ما يقلل الكفاءة الإجمالية قليلًا؛ لذا يجب أن يفوق الإنتاج الاستهلاك.
كما لفت إلى أن القراءات غير دقيقة بنسبة 100% بسبب محدودية قدرة المستشعر على قياس الإشعاع الشمسي المباشر، مضيفًا أن تكاليف الإنشاء الأولية للمنظومة تُعدّ أعلى من الأنظمة الثابتة؛ نظرًا لاستعمال المحركات ووحدة التحكم.
وعلى الرغم من التحديات السابقة، أكد فرج أن المشروع يمثّل إضافة حقيقية لجهود البحث والابتكار في قطاع الطاقة المتجددة داخل الجامعات المصرية، ويعكس قدرة الكفاءات الشابة على تقديم حلول عملية تواكب الاتجاهات العالمية في التحول للطاقة النظيفة.
موضوعات متعلقة..
- رفع كفاءة ألواح الطاقة الشمسية بتقنية مبتكرة
- تقنية تتنبّأ بدخول الرطوبة في ألواح الطاقة الشمسية
- تسخين المياه بالطاقة الشمسية.. تقنية ثورية تستعمل الألواح الديناميكية الحرارية
اقرأ أيضًا..
- أهم 5 مشروعات طاقة شمسية في سوريا.. رهان حكومي لإنهاء أزمة الكهرباء (إنفوغرافيك)
- تحليل سهم أرامكو.. 5 خبراء يتحدثون لـ"الطاقة" بعد نتائج الربع الثاني
- صفقة لتصنيع معدات الهيدروجين الأخضر في سلطنة عمان.. أول دولة عربية
- حقول النفط والغاز في مصر.. احتياطيات عملاقة وكنوز واعدة (ملف خاص)
