مع تزايد الطلب العالمي على الطاقة المتجددة، تم تطوير تكنولوجيا توليد الطاقة الكهروضوئية بسرعة. باعتبارها الناقل الأساسي لتكنولوجيا توليد الطاقة الكهروضوئية، فإن عقلانية تصميم محطة الطاقة الكهروضوئية تؤثر بشكل مباشر على كفاءة توليد الطاقة واستقرار التشغيل والفوائد الاقتصادية لمحطة الطاقة. من بينها، نسبة السعة، كمعلمة رئيسية في تصميم محطة الطاقة الكهروضوئية، لها تأثير مهم على الأداء العام لمحطة الطاقة. الغرض من هذه الورقة هو مناقشة كيفية التصميم العقلاني لنسبة قدرة محطة الطاقة الكهروضوئية لتحسين كفاءة توليد الطاقة والاقتصاد.

01 نظرة عامة على نسبة سعة المحطة الكهروضوئية
تشير نسبة قدرة المحطة الكهروضوئية إلى نسبة السعة المركبة للوحدات الكهروضوئية إلى قدرة معدات العاكس.
نظرًا لعدم استقرار توليد الطاقة الكهروضوئية وسبب تأثرها بشكل كبير بالبيئة، فإن نسبة سعة المحطات الكهروضوئية وفقًا للقدرة المركبة للوحدات الكهروضوئية بتكوين 1:1 سوف تتسبب في إهدار قدرة العاكس الكهروضوئي، وبالتالي فإن النظام الكهروضوئي تم تحسين كفاءة توليد الطاقة في ظل التشغيل المستقر للنظام الكهروضوئي، ويجب أن يكون تصميم نسبة السعة الأمثل أكبر من 1:1. لا يمكن لتصميم نسبة السعة العقلانية زيادة إنتاج الطاقة إلى الحد الأقصى فحسب، بل يمكنه أيضًا التكيف مع ظروف الإضاءة المختلفة والتعامل مع بعض خسائر النظام.

02 العوامل المؤثرة الرئيسية لنسبة الحجم
يجب دراسة تصميم نسبة القدرة المعقولة بشكل شامل وفقًا لحالة المشروع المحددة. تشمل العوامل التي تؤثر على نسبة السعة توهين المكونات، وفقدان النظام، والإشعاع، وزاوية تركيب المكونات، وما إلى ذلك. التحليل المحدد هو كما يلي.

1. التوهين المكون
في حالة تسوس الشيخوخة الطبيعي، يكون التوهين في السنة الأولى للمكون الحالي حوالي 1٪، وسيظهر التوهين للمكون بعد السنة الثانية تغيرًا خطيًا، ويبلغ معدل التوهين لمدة 30 عامًا حوالي 13٪، أي أن قدرة التوليد السنوية للمكون آخذة في الانخفاض، ولا يمكن الحفاظ على مخرجات الطاقة المقدرة بشكل مستمر، لذلك يجب أن يأخذ تصميم نسبة السعة الكهروضوئية في الاعتبار توهين المكون خلال دورة الحياة الكاملة لمحطة الطاقة . لتعظيم توليد الطاقة للمكونات المتطابقة وتحسين كفاءة النظام.

منحنى توهين الطاقة الخطي لمدة 30 عامًا للوحدات الكهروضوئية

2. فقدان النظام
في النظام الكهروضوئي، هناك خسائر مختلفة بين الوحدة الكهروضوئية ومخرج العاكس، بما في ذلك سلسلة الوحدة وفقدان الغبار الموازي والكتل، وفقدان كابل التيار المستمر، وفقدان العاكس الكهروضوئي، وما إلى ذلك، وسيؤثر فقدان كل رابط على الإخراج الفعلي قوة العاكس محطة الطاقة الكهروضوئية.

تقرير محاكاة محطة توليد الطاقة الكهروضوئية PVsyst

كما هو موضح في الشكل، يمكن محاكاة التكوين الفعلي وخسارة الانسداد للمشروع بواسطة PVsyst في تطبيق المشروع؛ في ظل الظروف العادية، يكون فقدان التيار المستمر للنظام الكهروضوئي حوالي 7-12%، وخسارة العاكس حوالي 1-2%، والخسارة الإجمالية حوالي 8-13%. ولذلك، هناك انحراف في الخسارة بين القدرة المركبة للوحدات الكهروضوئية وبيانات توليد الطاقة الفعلية. إذا تم تحديد قدرة تركيب المكون وفقًا لنسبة السعة 1:1 للعاكس الكهروضوئي، فإن السعة القصوى الفعلية للإخراج للعاكس تبلغ حوالي 90% فقط من السعة المقدرة للعاكس، حتى عندما يكون الضوء في أفضل حالاته. لم يتم تحميل العاكس بالكامل، مما يقلل من استخدام العاكس والنظام.

3. يختلف الإشعاع باختلاف المناطق
لا يمكن للمكون أن يصل إلى خرج الطاقة المقدر إلا في ظل ظروف تشغيل STC (ظروف تشغيل STC: شدة الضوء 1000 وات/م²، ودرجة حرارة البطارية 25 درجة مئوية، وجودة الغلاف الجوي 1.5)، إذا لم تصل ظروف العمل إلى المستوى المطلوب. في ظروف STC، تكون طاقة الخرج للوحدة الكهروضوئية أقل حتمًا من قدرتها المقدرة، والتوزيع الزمني لموارد الضوء خلال يوم واحد لا يمكن أن يلبي جميع شروط STC، ويرجع ذلك أساسًا إلى الفرق بين الإشعاع ودرجة الحرارة المبكرة والمتوسطة والمتأخرة هو كبير؛ في الوقت نفسه، يكون للإشعاع والبيئة في المناطق المختلفة تأثيرات مختلفة على توليد الطاقة للوحدات الكهروضوئية، لذلك يحتاج المشروع الأولي إلى فهم بيانات موارد الضوء المحلية وفقًا للمنطقة المحددة، وإجراء حساب البيانات.

وفقًا لمعايير التصنيف الخاصة بمركز تقييم طاقة الرياح والطاقة الشمسية التابع لهيئة الأرصاد الجوية الوطنية، يمكن معرفة البيانات المحددة للإشعاع في مناطق مختلفة، وينقسم إجمالي الإشعاع الشمسي السنوي إلى أربع درجات:

تصنيف إجمالي الإشعاع الشمسي السنوي

لذلك، حتى في نفس منطقة الموارد، هناك اختلافات كبيرة في كمية الإشعاع على مدار العام. وهذا يعني أن نفس تكوين النظام، أي أن نفس نسبة السعة في ظل توليد الطاقة ليست هي نفسها. ومن أجل تحقيق نفس توليد الطاقة، يمكن تحقيق ذلك عن طريق تغيير نسبة الحجم.

4. زاوية تركيب المكونات
سيكون هناك أنواع مختلفة من الأسطح في نفس المشروع لمحطة الطاقة الكهروضوئية من جانب المستخدم، وسيتم تضمين زوايا تصميم مكونات مختلفة وفقًا لأنواع الأسطح المختلفة، وسيكون الإشعاع الذي تستقبله المكونات المقابلة مختلفًا أيضًا. على سبيل المثال، هناك أسطح قرميدية فولاذية ملونة وأسقف خرسانية في مشروع صناعي وتجاري في مقاطعة Zhejiang، وزوايا ميل التصميم هي 3° و18° على التوالي. تظهر في الشكل أدناه بيانات التشعيع للمستوى المائل الذي تمت محاكاته بواسطة PV لزوايا ميل مختلفة. يمكن ملاحظة أن الإشعاع الذي تستقبله المكونات المثبتة بزوايا مختلفة يختلف. إذا كان السقف الموزع مبلطًا في الغالب، فإن الطاقة الناتجة للمكونات ذات نفس السعة تكون أقل من تلك التي لها زاوية ميل معينة.

3° زاوية الميل إجمالي الإشعاع

18° زاوية الميل إجمالي الإشعاع

03 أفكار تصميم نسبة السعة
وفقًا للتحليل أعلاه، فإن تصميم نسبة السعة يهدف بشكل أساسي إلى تحسين الفائدة الإجمالية لمحطة الطاقة عن طريق ضبط قدرة الوصول إلى التيار المستمر للعاكس. في الوقت الحاضر، تنقسم طرق تكوين نسبة السعة بشكل أساسي إلى المطابقة التعويضية والمطابقة النشطة.

1. التعويض عن التطابق الزائد
تعني المطابقة التعويضية أنه من خلال ضبط نسبة الحجم، يمكن للعاكس الوصول إلى خرج الحمل الكامل عندما يكون الضوء في أفضل حالاته. تأخذ هذه الطريقة فقط في الاعتبار الفقد الجزئي في النظام الكهروضوئي، وذلك من خلال زيادة قدرة المكون (كما هو موضح في الشكل أدناه)، ويمكن تعويض فقدان النظام من الطاقة في عملية النقل، بحيث يكون العاكس في الاستخدام الفعلي من تأثير إخراج الحمل الكامل، وعدم فقدان القطع.

الرسم البياني للتعويض الزائد

2. المطابقة النشطة
المطابقة النشطة هي الاستمرار في زيادة قدرة الوحدات الكهروضوئية على أساس المطابقة الزائدة للتعويض (كما هو موضح في الشكل أدناه). لا تأخذ هذه الطريقة في الاعتبار فقدان النظام فحسب، بل تأخذ في الاعتبار أيضًا تكلفة الاستثمار والدخل وعوامل أخرى بشكل شامل. الهدف هو تقليل متوسط ​​تكلفة الطاقة (LCOE) للنظام من خلال تمديد وقت العمل الكامل للعاكس، وإيجاد توازن بين تكلفة إدخال المكونات المتزايدة ودخل توليد الطاقة للنظام. حتى في حالة الإضاءة الضعيفة، فإن العاكس لديه أيضًا عمل حمل كامل، وبالتالي تمديد وقت عمل الحمل الكامل؛ ومع ذلك، فإن منحنى توليد الطاقة الفعلي للنظام سوف تظهر عليه ظاهرة "قص الذروة" كما هو موضح في الشكل، وبعض الفترات الزمنية تكون في حالة عمل التوليد المحدود. ومع ذلك، في ظل نسبة السعة المناسبة، يكون LCOE للنظام ككل هو الأدنى، أي أن الفائدة تزداد.

مخطط المطابقة النشط

كما هو مبين في الشكل أدناه، يستمر سعر التكلفة للتكلفة في الانخفاض مع زيادة نسبة السعة. عند نقطة النسبة الزائدة التعويضية، لا يصل LCOE للنظام إلى أدنى قيمة. عندما يتم زيادة نسبة السعة إلى نقطة النسبة الزائدة النشطة، يصل LCOE للنظام إلى أدنى قيمة، وسوف يزيد LCOE بعد زيادة نسبة السعة بشكل أكبر. ولذلك، فإن نقطة المطابقة النشطة هي نسبة السعة المثلى للنظام.

LOCE/مخطط نسبة السعة

بالنسبة للعاكسات، تتطلب كيفية تلبية الحد الأدنى من LCOE للنظام قدرة كافية على التخصيص الزائد لجانب التيار المستمر لتحقيقه، بالنسبة للمناطق المختلفة، وخاصة بالنسبة للمناطق ذات ظروف الإشعاع السيئة، يلزم وجود مخطط التخصيص الزائد النشط الأعلى لتمديد وقت الإخراج المقدر للعاكس و تعظيم الحد من LCOE للنظام.

04 الاستنتاجات والمقترحات
باختصار، تعد خطط التخصيص الزائد التعويضي والتخصيص الزائد النشط وسائل فعالة لتحسين كفاءة الأنظمة الكهروضوئية، ولكن لكل منها تركيزها الخاص. تركز المطابقة الزائدة للتعويضات بشكل أساسي على تعويض فقدان النظام، بينما تولي المطابقة النشطة مزيدًا من الاهتمام لإيجاد توازن بين زيادة المدخلات وتحسين الدخل. لذلك، في المشروع الفعلي، يوصى باختيار مخطط تكوين نسبة السعة المناسب بشكل شامل وفقًا لمتطلبات المشروع.