مقدمة
بالنسبة لمشغلي الطاقة الشمسية ومهندسي المشاريع، قد يُظهر حساب نسبة الأداء الشمسي (PR) نتيجة غير متوقعة حتى عندما تبدو المحطة تعمل بشكل طبيعي. المشكلة ليست دائماً في نظام الطاقة الشمسية نفسه. القياس إشعاع POA غير الصحيح، أو عدم محاذاة المستشعر، أو تراكم الأتربة، أو انحراف المعايرة، أو البيانات المفقودة، أو عدم تطابق الطوابع الزمنية يمكن أن تؤثر جميعها على العائد المرجعي المستخدم في حساب PR. ولأن نسبة أداء الطاقة الشمسية تربط إنتاج الطاقة الفعلي بالموارد الشمسية المستقبَلة من قبل المصفوفة، فإن بيانات الإشعاع الشمسي الموثوقة ضرورية للحصول على نتائج ذات معنى.
من الناحية العملية، السؤال الرئيسي ليس مجرد كيفية حساب PR، بل ما إذا كانت بيانات الإشعاع الشمسي المستخدمة في الحساب تمثل ظروف المصفوفة الشمسية فعلاً. يشرح هذا الدليل كيفية استخدام إشعاع POA لحساب PR باستخدام بيانات الإشعاع الشمسي، ويعرض صيغة الحساب مع مثال عملي للطاقة الشمسية، ثم يفحص تركيب المستشعرات وجودة البيانات وأخطاء القياس الشائعة التي يمكن أن تشوّه النتيجة. كما يغطي اعتبارات عملية لمستشعرات الإشعاع الشمسي لمراقبة أداء الطاقة الشمسية على المدى الطويل.
ما هي نسبة أداء الطاقة الشمسية وكيف يتم حسابها؟
نسبة أداء الطاقة الشمسية (PR) هي مؤشر معياري يقارن الطاقة الفعلية المنتجة من نظام الطاقة الشمسية بالطاقة المتوقعة من المورد الشمسي الذي تستقبله المصفوفة الشمسية.
ماذا تقيس نسبة الأداء PR؟
تعكس PR مدى فعالية تحويل نظام الطاقة الشمسية للمورد الشمسي المتاح إلى كهرباء. وعلى عكس إجمالي إنتاج الطاقة، فإنها تأخذ في الاعتبار كلاً من قدرة نظام الطاقة الشمسية والإشعاع الشمسي المستقبَل خلال فترة التقييم.
صيغة حساب نسبة الأداء الشمسي
الحساب الأساسي لنسبة الأداء الشمسي هو:
PR = العائد الفعلي للطاقة ÷ العائد المرجعي × 100%
يتم حساب العائد الفعلي للطاقة من إنتاج الطاقة المترددة (AC) لنظام الطاقة الشمسية والقدرة المُركّبة للتيار المستمر (DC). ويتم حساب العائد المرجعي من إشعاع POA المقاس على مستوى المصفوفة الشمسية والإشعاع المرجعي.
لذلك، تُعدّ بيانات إشعاع POA مدخلاً رئيسياً لحساب PR. يتم تجميع الإشعاع المقاس على مدار فترة التقييم للحصول على الإشعاع المستخدم في الحساب.
يوفر IEC 61724-1 الإطار المعياري لمراقبة أداء نظام الطاقة الشمسية وتقييم PR.
كيف يتم حساب PR باستخدام بيانات إشعاع POA؟
لحساب PR باستخدام بيانات الإشعاع الشمسي، يجب أن تتطابق مجموعتان من البيانات: الطاقة المولّدة من نظام الطاقة الشمسية والإشعاع الشمسي الذي تستقبله المصفوفة. من الناحية العملية، نستخدم إشعاع POA لأن المستشعر يقيس ضوء الشمس على نفس المستوى الذي تقع فيه الألواح. ويستند الحساب بعد ذلك إلى المورد الشمسي المقاس وإنتاج الطاقة الفعلي خلال نفس الفترة.
لماذا يُستخدم إشعاع POA؟
يُقاس إشعاع POA (مستوى المصفوفة) على مستوى المصفوفة الشمسية. ولأن ميل الألواح واتجاهها يؤثران على الإشعاع الذي تستقبله الألواح، فإن بيانات POA أكثر ملاءمة لمراقبة أداء الطاقة الشمسية من الإشعاع الأفقي.
| الإشعاع الشمسي | مستوى القياس | الاستخدام النموذجي |
| GHI | المستوى الأفقي | تقييم الموارد الشمسية |
| POA | مستوى المصفوفة الشمسية | مراقبة أداء الأنظمة الكهروضوئية |
| DNI | عمودي على الشمس | قياس الإشعاع المباشر |
لحساب نسبة أداء الطاقة الشمسية، يجب أن يمثل قياس POA نفس ظروف المصفوفة الخاصة بنظام الطاقة الشمسية الذي يتم تقييمه.
خمس خطوات لحساب نسبة الأداء الشمسي
- جمع بيانات إشعاع POA. سجّل الإشعاع على مستوى المصفوفة وقم بتجميع القياسات على مدار الفترة المحددة للحصول على إشعاع POA.
- جمع إنتاج الطاقة المترددة (AC). استخدم بيانات العاكس أو عداد الطاقة لنفس الفترة. يجب أن تتطابق الطوابع الزمنية وفترة التقييم مع بيانات الإشعاع الشمسي.
- حساب العائد المرجعي. اقسم إشعاع POA المتراكم على الإشعاع المرجعي. عند استخدام الشرط المرجعي STC، يكون الإشعاع المرجعي 1,000 واط/م².
- حساب العائد النهائي. اقسم إنتاج الطاقة المترددة (AC) الفعلي على القدرة المُركّبة للتيار المستمر (DC) للطاقة الشمسية.
- حساب PR. اقسم العائد النهائي على العائد المرجعي:
PR = العائد النهائي ÷ العائد المرجعي × 100%
النقطة المهمة هي أن إشعاع POA وإنتاج الطاقة المترددة (AC) يجب أن يأتيا من نفس فترة التقييم. إذا كانت بيانات الإشعاع الشمسي مُزاحة أو غير مكتملة أو غير ممثلة للمصفوفة، فإن PR المحسوب قد يكون مضللاً أيضاً. للحصول على إرشادات عملية حول قياس وتركيب مستشعرات الإشعاع الشمسي، راجع كيفية قياس الإشعاع الشمسي للأنظمة الكهروضوئية.
مثال على حساب نسبة الأداء الشمسي
مثال لنظام طاقة شمسية بقدرة 100 كيلوواط ذروة
افترض أن نظام طاقة شمسية بقدرة 100 كيلوواط ذروة ينتج 120,000 كيلوواط ساعة من الطاقة المترددة (AC) خلال نفس فترة التقييم التي يكون فيها إشعاع POA المقاس 1,500 كيلوواط ساعة/م². باستخدام إشعاع مرجعي قدره 1 كيلوواط/م²، يكون العائد المرجعي 1,500 ساعة، بينما يكون العائد الفعلي للطاقة 1,200 ساعة.
لذلك:
العلاقات العامة = 1,200 ÷ 1,500 × 100% = 80%
ماذا يعني PR بنسبة 80%؟
يعني PR بنسبة 80% أن النظام أنتج 80% من العائد المرجعي للطاقة المحسوب من إشعاع POA المقاس. ولا يعني أن الألواح الشمسية لديها كفاءة تحويل 80%. نسبة أداء الطاقة الشمسية هي مؤشر على مستوى النظام يقارن إنتاج الطاقة الفعلي بالمورد الشمسي المتاح.
كيف يؤثر قياس الإشعاع الشمسي على دقة PR؟
إذا كان إشعاع POA المقاس خاطئاً، فإن العائد المرجعي المستخدم في حساب PR يكون خاطئاً أيضاً. وقد يتغير PR المحسوب بعد ذلك حتى عندما لا يتغير نظام الطاقة الشمسية نفسه.
دقة المستشعر والمعايرة
تحقق من قياس الإشعاع الشمسي قبل افتراض أن تغير PR يأتي من نظام الطاقة الشمسية. يمكن للمستشعر أن يستمر في إرسال البيانات بشكل طبيعي بينما ينحرف قياسه تدريجياً، وهذا ليس واضحاً دائماً من شاشة المراقبة.
لدراسة PR، يجب معرفة حالة معايرة المستشعر للفترة التي يتم تقييمها. عندما يتغير PR دون تغيير واضح في إنتاج الطاقة، فإن سجل معايرة المستشعر يستحق الفحص كجزء من المراجعة.
تركيب المستشعر وتنظيفه
يحتاج المستشعر إلى تمثيل نفس مستوى القياس الخاص بالمصفوفة الشمسية التي يتم تقييمها. يجب أن يتطابق ميله وسمته مع المصفوفة، ويجب أن يكون المستشعر مستوياً بشكل صحيح.
كما يحتاج سطح الاستشعار إلى فحص منتظم. يمكن للغبار أو فضلات الطيور أو بقع الماء أو الثلج أن تقلل من الإشعاع المسجّل. المستشعر المتسخ لا ينتج بالضرورة إشارة غير طبيعية بشكل واضح؛ فقد يسجل ببساطة قيماً أقل مما ينبغي.
مزامنة البيانات والبيانات المفقودة
قبل حساب PR، تحقق من أن بيانات الإشعاع والطاقة تغطي نفس الفترة الزمنية.
قد تحدث مشكلات عندما يستمر العاكس في التسجيل بينما يفقد مسجل الإشعاع الاتصال، أو عندما يستخدم النظامان طوابع زمنية أو فترات أخذ عينات مختلفة. يمكن أن تنتج قيمة PR من قيمة طاقة يومية مقترنة ببيانات إشعاع غير مكتملة، لكن لا ينبغي استخدام تلك النتيجة للحكم على أداء المحطة.
كيفية تفسير PR غير الطبيعي واستكشاف الأخطاء وإصلاحها
لا تعني نسبة أداء الطاقة الشمسية الكهروضوئية غير الطبيعية دائمًا وجود عطل في النظام الكهروضوئي. قارن أولاً نسبة الأداء (PR) مع الخط الأساسي التاريخي للموقع تحت ظروف تشغيل مماثلة. بمجرد العثور على انحراف واضح، تحقق من بيانات المراقبة قبل فحص المعدات.
تحقق بهذا الترتيب:
بيانات الإشعاع الشمسي ← تركيب المستشعر ← نقل البيانات ← عداد الطاقة ← العاكس ← المصفوفة الكهروضوئية ← ظروف الشبكة
انتبه بشكل خاص إلى منحنى الإشعاع الشمسي، والبيانات المفقودة، والطوابع الزمنية، وحالة المستشعر. يمكن أن تؤثر مشكلة في قياس الإشعاع الشمسي على حساب نسبة الأداء وتجعل خسارة النظام الفعلية تبدو أكبر أو أصغر مما هي عليه.
تشمل الأسباب الشائعة لانخفاض نسبة الأداء: التلوث، والتظليل، وارتفاع درجة حرارة الوحدة، وخسائر العاكس، ووقت التوقف، وانحراف المستشعر، وبيانات الإشعاع الشمسي المفقودة.
ما مستشعر الإشعاع الشمسي المناسب لمراقبة نسبة الأداء؟
لحساب نسبة الأداء باستخدام بيانات الإشعاع الشمسي، يجب أن يتطابق المستشعر مع مستوى القياس والغرض من المراقبة. تُستخدم مقاييس الإشعاع الشمسي من النوع الحراري (Thermopile Pyranometers) عادةً لقياسات GHI وPOA، بينما تُستخدم الخلايا المرجعية لقياس الإشعاع الشمسي الخاص بالأنظمة الكهروضوئية.
مقاييس الإشعاع الشمسي من النوع الحراري مقابل الخلايا المرجعية
| النوع | الاستخدام النموذجي |
| مقياس الإشعاع الشمسي من النوع الحراري | مراقبة GHI / POA |
| الخلية المرجعية | قياس الإشعاع الشمسي الخاص بالأنظمة الكهروضوئية |
يخدم النوعان أغراض قياس مختلفة. لمراقبة نسبة الأداء، ضع في الاعتبار مستوى القياس، وفئة المستشعر، والاستجابة الطيفية، والدقة، والمخرجات، والتركيب، والمعايرة، والمتانة في الهواء الطلق عند اختيار الجهاز. لمقارنة أكثر تفصيلاً بين القياس الحراري والقياس القائم على السيليكون، راجع المزدوجة الحرارية مقابل مقياس الإشعاع الشمسي من نوع السيليكون: الإيجابيات والسلبيات.
لمراقبة POA،, مقياس الإشعاع الشمسي TBQ-2C من Yantai Sensor يستخدم عنصر استشعار حراري، بنطاق طيفي 0.3–3.2 ميكرومتر ومخرج RS485.
متى يتطلب قياس DNI تتبعًا تلقائيًا؟
يُقاس DNI (الإشعاع الشمسي المباشر العمودي) على طول اتجاه الشمس، لذلك يجب أن يتتبع المستشعر الشمس أثناء القياس. للمراقبة المستمرة لـ DNI، يحافظ نظام التتبع التلقائي على محاذاة الجهاز طوال اليوم. راجع كيفية قياس الإشعاع الشمسي المباشر (DNI) بدقة لمزيد من التفاصيل.
نظام قياس الإشعاع الشمسي SAUT بالتتبع التلقائي من Yantai Sensor يُستخدم للمراقبة المستمرة لـ DNI مع المحاذاة الشمسية التلقائية.
قائمة التحقق لحساب نسبة الأداء الشمسية
قبل حساب نسبة الأداء، تأكد من طريقة الحساب وفترة البيانات وظروف القياس. في المراقبة الميدانية، تأتي معظم المشكلات من مدخلات غير متسقة وليس من صيغة نسبة الأداء نفسها.
- تم تأكيد طريقة حساب نسبة الأداء وفترة التقييم
- تم تأكيد السعة الكهربائية المستمرة المركبة وحدود النظام
- بيانات الإشعاع الشمسي POA متاحة وكاملة
- تم حساب الإشعاع الشمسي POA لنفس فترة التقييم
- تم تأكيد بيانات الطاقة المترددة عند نقطة القياس المحددة
- الطوابع الزمنية للإشعاع الشمسي والطاقة متزامنة
- مستشعر الإشعاع الشمسي موجّه ومستوٍ بشكل صحيح
- سطح المستشعر نظيف وخالٍ من العوائق
- تم التحقق من حالة معايرة المستشعر
- تمت مراجعة البيانات المفقودة والتخفيض ووقت التوقف
بمجرد أن تكون هذه المدخلات متسقة، يصبح حساب نسبة الأداء نفسه مباشرًا نسبيًا.
الخاتمة
يبدأ حساب نسبة الأداء الشمسية ذي المعنى ببيانات إشعاع شمسي تمثيلية. لمعظم مراقبة أداء الأنظمة الكهروضوئية، يُستخدم إشعاع POA لحساب العائد المرجعي ومقارنته بمخرج الطاقة الفعلي. لا يكون الحساب مفيدًا إلا عندما تكون بيانات الإشعاع الشمسي والطاقة وسعة النظام والطوابع الزمنية وفترة التقييم متسقة.
في Yantai Sensor، نركز على جانب القياس في مراقبة الأنظمة الكهروضوئية، بما في ذلك اختيار المستشعرات والتركيب والمعايرة وجمع البيانات لتطبيقات POA وGHI وDNI. نعمل مع ظروف القياس الفعلية للمشروع بدلاً من التعامل مع كل موقع كهروضوئي بالطريقة نفسها. هل تحتاج إلى قياس موثوق للإشعاع الشمسي لمراقبة أداء الأنظمة الكهروضوئية؟ تواصل مع YanTai Sensor لمناقشة متطلبات قياس POA أو GHI أو DNI الخاصة بك.
