مقدمة: عندما تتوقف ذروة ضوء الشمس عن زيادة إنتاج الطاقة الشمسية

يلاحظ العديد من مالكي أنظمة الطاقة الشمسية اتجاهاً محيراً في برامج المراقبة الخاصة بهم: في الأيام الساطعة الصافية من الغيوم، يرتفع إنتاج الطاقة الشمسية الكهروضوئية بسلاسة في الصباح - ثم يتسطح فجأة في منتصف النهار. حتى مع استمرار زيادة كثافة ضوء الشمس، يظل إنتاج الطاقة في حده الأقصى.

تُعرف هذه الظاهرة باسم تأثير التقطيع الشمسي، وهي تلعب دورًا حاسمًا في تصميم النظام الكهروضوئي وتحديد حجم العاكس وتحسين إنتاجية الطاقة والعائد على الاستثمار.

بدلًا من أن يكون عيبًا، غالبًا ما يكون التقطيع خيارًا هندسيًا متعمدًا. ويساعد فهم سبب حدوثه - ومتى يكون ذلك منطقيًا من الناحية المالية - شركات الطاقة الشمسية وأصحاب المشاريع على تصميم أنظمة تزيد من توليد الطاقة السنوية، وليس فقط ذروة القوة الكهربائية.

ما هو تأثير القطع الشمسي؟

يحدث التقطيع الشمسي عندما تكون طاقة التيار المستمر المولدة من ألواح الطاقة الشمسية يتجاوز الحد الأقصى لسعة خرج التيار المتردد للعاكس. وبمجرد أن يصل العاكس إلى الحد الأقصى للتيار المتردد المقدر له، فإنه “يقص” طاقة التيار المستمر الزائدة، مما يمنع توصيل خرج إضافي إلى الشبكة أو الأحمال.

بعبارات بسيطة:

• قد تنتج الألواح الشمسية المزيد من الطاقة
• لا يمكن للعاكس تحويل أكثر من سعته المقدرة
• الطاقة الزائدة غير مستخدمة مؤقتًا

يعتبر التقطيع أكثر شيوعًا في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المربوطة بالشبكة مع نسبة تيار مستمر/تيار متردد عالية، خاصةً خلال ساعات ذروة الإشعاع.

لماذا يتراجع إنتاج الطاقة الشمسية الكهروضوئية في منتصف النهار؟

1. حدود طاقة العاكس

كل العاكس له حد أقصى ثابت لخرج التيار المتردد. عندما تتجاوز طاقة التيار المستمر الواردة هذا الحد، يضع العاكس حداً أقصى للإخراج لحماية المكونات الداخلية والحفاظ على توافق الشبكة.

2. صفائف شمسية كبيرة الحجم (نسبة تيار مستمر/تيار متردد عالية)

غالبًا ما يؤدي تصميم النظام الكهروضوئي الحديث إلى زيادة حجم مصفوفة التيار المستمر بالنسبة لسعة العاكس عن قصد. وهذا يحسن استخدام العاكس أثناء الصباح وبعد الظهر وظروف الإشعاع المنخفض.

3. الظروف الجوية المثالية

تزداد احتمالية حدوث التقطيع في الأيام الباردة والمشمسة عندما تعمل الألواح الشمسية بكفاءة أكبر وتنتج طاقة تيار مستمر أعلى من المتوسط.

4. قيود تصدير الشبكة

في بعض المناطق، تحد قوانين الشبكة أو اتفاقيات الربط البيني للمرافق من الحد الأقصى لطاقة التصدير، مما يؤدي فعليًا إلى حدوث تقطيع من جانب العاكس حتى عندما تكون السعة متاحة.

الرسم البياني 1: منحنى الطاقة الشمسية الكهروضوئية مع القطع وبدونه

هل قطع الطاقة الشمسية مشكلة أم استراتيجية تصميم ذكية؟

خلافاً للافتراضات الشائعة، فإن القصّ الشمسي ليس سيئاً بطبيعته. في الواقع، يُستخدم على نطاق واسع في مشاريع الطاقة الشمسية التجارية ومشاريع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق لتقليل تكاليف النظام وتحسين إنتاجية الطاقة على المدى الطويل.

عندما يكون التقطيع منطقيًا

• انخفاض تكلفة العاكس لكل واط
• نسبة تحميل أعلى للعاكس
• إنتاج سنوي محسّن للكيلوواط/ساعة
• اقتصاديات أفضل في أسواق وقت الاستخدام (TOU)

المفتاح هو التوازن. يؤدي القص المعتدل إلى زيادة الربحية، بينما يؤدي القص المفرط إلى خسائر في الطاقة يمكن تجنبها.

ما هو مقدار القص أكثر من اللازم؟

لا توجد قاعدة عامة، ولكن معايير الصناعة توفر إرشادات:

• الأنظمة السكنية: نسبة التيار المستمر إلى التيار المتردد 1.1-1.25
• تجاري وصناعي (C&I): 1.2-1.35
• مشاريع على نطاق المرافق: ما يصل إلى 1.4 في بعض المناطق

يعتمد القص المقبول على:

• ملف الإشعاع الشمسي
• هيكل تسعير الكهرباء
• توقعات عمر النظام
• وجود تخزين الطاقة

الرسم البياني 2: العائد السنوي للطاقة مقابل نسبة التيار المستمر/التردد المتردد

التأثير الحقيقي للقطع على عائد الاستثمار في الطاقة الشمسية

قد يكون التركيز على ذروة إنتاج الطاقة فقط مضللاً. فاقتصاديات الطاقة الشمسية تعتمد على إجمالي توليد الطاقة السنوي، وليس على الذروة اللحظية.

الآثار المالية الرئيسية

• فترة الاسترداد: غالبًا ما يكون أقصر مع تحسين القصاصة
• التكلفة المستوية للطاقة (LCOE): أقل مع استخدام أفضل للعاكس
• استقرار الإيرادات: تحسن في الأسواق ذات الإشعاع المتغير

في العديد من الحالات، سيتفوق النظام الذي يحتوي على قصاصات بسيطة على نظام ذي حجم متحفظ على مدى عمره الافتراضي.

التقطيع مقابل التقليص: تمييز حاسم

على الرغم من الخلط بينهما في كثير من الأحيان، إلا أن القصّ والتقليص ليسا متشابهين.

إن فهم هذا الاختلاف ضروري عند تحليل بيانات الأداء الشمسي وتشخيص خسائر الإنتاج.

كيفية تقليل تأثير القطع أو تحسينه

1. تحسين نسبة التيار المستمر/التردد المتردد

تضمن النمذجة المتقدمة للنظام ألا يكون العاكس غير مستغل بشكل كافٍ أو مقيد بشكل مفرط.

2. حدد نوع العاكس المناسب

• عاكسات متسلسلة لتخطيطات مرنة
• محولات مركزية للكفاءة على نطاق المرافق
• العاكسات الهجينة لتكامل التخزين

3. دمج أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS)

يعمل تخزين الطاقة على التقاط فائض توليد التيار المستمر، مما يقلل من التقطيع ويزيد من الاستهلاك الذاتي.

4. استخدام أدوات محاكاة الأداء

تساعد نماذج المحاكاة بالساعة في التنبؤ بخسائر القطع قبل التركيب.

الرسم البياني 3: تقليل الفاقد في القطع مع تخزين الطاقة

لماذا يعتبر تصميم النظام أكثر أهمية من القوة الكهربائية للوحة

لا تضمن الوحدات الشمسية ذات القوة الكهربائية العالية وحدها طاقة أعلى قابلة للاستخدام. فالأداء الحقيقي يعتمد على:

• مطابقة العاكس
• تكوين السلسلة
• معاملات درجة الحرارة
• قيود الشبكة
• ملفات تعريف التحميل

يحقق النهج على مستوى النظام نتائج أفضل باستمرار من التحسين القائم على المكونات.

سونبال'نهجنا: التصميم من أجل الطاقة، وليس فقط الطاقة

في سونبال, أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية تم تصميمها مع التركيز على إنتاجية الطاقة على المدى الطويل والتوافق مع الشبكة والأداء المالي.

تتكامل Sunpal

• نسب العاكس إلى المصفوفة المحسّنة
• بنية النظام الجاهز للتخزين
• استراتيجيات التصميم الخاصة بالسوق للمشاريع السكنية ومشاريع التشييد والبناء والمشاريع ذات نطاق المرافق

من خلال نمذجة ظروف التشغيل الحقيقية بدلاً من ذروة الإنتاج النظري، تساعد Sunpal العملاء على تجنب الإفراط في الاستثمار مع زيادة القيمة العمرية إلى أقصى حد.

الخلاصة: منصات الإنتاج طبيعية - التصميم السيئ ليس كذلك

يفسر تأثير التقطيع الشمسي سبب توقف الناتج الكهروضوئي أحيانًا عن الارتفاع حتى في ظل ضوء الشمس المثالي. عندما يتم التخطيط بشكل صحيح، يكون التقطيع أداة قوية لتحسين اقتصاديات النظام، وليس عيبًا يجب التخلص منه بأي ثمن.

بالنسبة للمستثمرين في مجال الطاقة الشمسية وشركات الهندسة والمشتريات والبناء والمطورين، فإن الهدف واضح: زيادة الإنتاج السنوي من الطاقة إلى أقصى حد، وتقليل التكلفة غير الضرورية، وتصميم أنظمة تعمل على أرض الواقع - وليس فقط على الورق.

من خلال التصميم المستنير وتكامل النظام الخبير، يصبح القطع الشمسي ميزة استراتيجية بدلاً من أن يكون قيداً.