حساب قدرة الخرج لوحدات الطاقة الشمسية PV

القدرة الاسمية وظروف الاختبار القياسية (STC)

يتم قياس أداء الوحدة الكهروضوئية عادةً في الظروف القياسية للاختبار (STC) وفقًا لمعيار IEC 60904-1:
• إشعاع شمسي بقوة 1000 واط/م² (التعرض الأمثل لأشعة الشمس)
• درجة حرارة الوحدة 25°C
• طيف ضوئي معياري (IEC 60904-3)
الوحدات ثنائية الوجه، التي تمتص الضوء من كلا الجانبين، يمكنها تحسين إنتاج الطاقة من خلال انعكاس الضوء من سطح الأرض (Albedo). لا يقوم PVGIS.COM حاليًا بمحاكاة هذه الوحدات، ولكن يمكن استخدام طريقة بديلة تُعرف باسم BNPI (Bifacial Nameplate Irradiance)، والتي يتم تعريفها على النحو التالي: P_BNPI = P_STC * (1 + φ * 0,135)، حيث φ هو معامل ثنائية الوجه.

قيود الوحدات ثنائية الوجه:
• غير مناسبة للأنظمة الشمسية المتكاملة في المباني، حيث قد يتم حجب الجانب الخلفي.
• تختلف الكفاءة وفقًا للاتجاه (على سبيل المثال، محور شمال-جنوب مع الألواح المواجهة للشرق والغرب)

قدير القدرة الفعلية لوحدات الطاقة الشمسية PV

تختلف ظروف التشغيل الفعلية عن STC ، مما يؤثر بشكل مباشر على قدرة الخرج. يقوم PVGIS.COM بتطبيق عدة تصحيحات لتحسين دقة الحسابات.

1. الانعكاسية وزاوية سقوط الضوء
عندما يسقط الضوء على وحدة PV ، ينعكس جزء منه ولا يتم تحويله إلى كهرباء. كلما زادت زاوية السقوط، زادت خسائر الانعكاس. التأثير على الإنتاج: تؤدي هذه الخسائر إلى انخفاض يتراوح بين 2-4% في المتوسط، ولكنه يكون أقل في الأنظمة الشمسية ذات التتبع الشمسي.

2. تأثير الطيف الشمسي على كفاءة PV
تستجيب الوحدات الكهروضوئية لأطوال موجية محددة من الضوء الشمسي، والتي تختلف حسب تقنية PV:
• البلوري (c-Si) → حساس للضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء
• CdTe، CIGS، a-Si → حساسية طيفية مختلفة، استجابة منخفضة للأشعة تحت الحمراء

العوامل التي تؤثر على الطيف:

• ضوء الصباح والمساء يحتوي على نسبة أعلى من الضوء الأحمر.
• الأيام الغائمة تزيد من نسبة الضوء الأزرق.
• التغيرات الطيفية تؤثر بشكل مباشر على القدرة الإنتاجية لوحدات PV. يستخدم PVGIS.COM البيانات الساتلية لضبط هذه التغيرات وتحسين دقة الحسابات.

تأثير الإشعاع ودرجة الحرارة على قدرة PV

درجة الحرارة والكفاءة

تنخفض كفاءة وحدات PV مع ارتفاع درجة الحرارة، وفقًا لتقنية PV:

• عند إشعاع شمسي مرتفع (>1000 واط/م²)، ترتفع درجة حرارة الوحدة → تنخفض الكفاءة • عند إشعاع شمسي منخفض (<400 واط/م²)، تعتمد الكفاءة على نوع الخلية PV

النمذجة فيPVGIS.COM

يقوم PVGIS.COM بتعديل قدرة PV بناءً على الإشعاع الشمسي (G) ودرجة حرارة الوحدة (Tm) باستخدام نموذج رياضي (Huld et al., 2011):
P = (G/1000) * A * eff(G, Tm)

نمذجة درجة حرارة وحدات الطاقة الشمسية PV

• العوامل التي تؤثر على درجة حرارة الوحدة (Tm):
• درجة حرارة الهواء المحيط(Ta)
• الإشعاع الشمسي(G)
• التهوية (W) – يمكن للرياح تبريد الوحدة
• نموذج درجة الحرارة في PVGIS (Faiman, 2008):
  TM = TA + G / (U0 + U1W)
  تختلف معاملات U0 وU1 حسب نوع التثبيت:

PV تقنية	نوع التثبيت	U0 (W/° C-M²)	U1 (WS/° C-M³)
c-Si	قائمة بذاتها	26.9	6.2
c-Si	BIPV/BAPV	20.0	3.2
CIGS	قائمة بذاتها	22.64	3.6
CIGS	BIPV/BAPV	20.0	2.0
CdTe	قائمة بذاتها	23.37	5.44
CdTe	BIPV/BAPV	20.0	3.2

خسائر النظام وشيخوخة وحدات PV

انخفاض الأداء بسبب الشيخوخة وفقًا لدراسة Jordan & Kurtz (2013)، تفقد وحدات PV في المتوسط 0,5% من قدرتها سنويًا. بعد 20 عامًا، تنخفض القدرة إلى 90% من السعة الأصلية. يوصي PVGIS.COM بتحديد خسائر النظام بنسبة 3% في السنة الأولى، ثم 0,5% سنويًا.

عوامل أخرى لم يتم النظر فيها في PVGIS

تؤثر بعض التأثيرات على إنتاج الكهروضوئية ولكن لا يتم تضمينها في PVGIS:

• الثلج على اللوحات: يقلل بشكل كبير من الإنتاج. يعتمد على تواتر ومدة تساقط الثلوج.
• تراكم الغبار والأوساخ: يقلل الطاقة الكهروضوئية ، اعتمادًا على التنظيف وهطول الأمطار.
• التظليل الجزئي: له تأثير قوي إذا كانت الوحدة مظللة. يجب إدارة هذا التأثير أثناء تثبيت PV.

الخاتمة

بفضل النمذجة المتقدمة للطاقة الشمسية والبيانات الساتلية، يوفر PVGIS.COM حسابات دقيقة لقدرة الخرج لوحدات PV، مع مراعاة العوامل البيئية والتقنية لتحسين إنتاج الطاقة الشمسية.

لماذا استخدام PVGIS.COM؟

نمذجة متقدمة للإشعاع الشمسي ودرجة حرارة الوحدات PV

تعديلات تستند إلى البيانات المناخية والطيفية

تقديرات موثوقة لخسائر النظام وشيخوخة الألواح

تحسين إنتاج الطاقة الشمسية لكل موقع جغرافي