Technical Performance and Probabilistic Energy Yield Assessment of a 620 MWp Bifacial Grid-Connected Photovoltaic Power Plant in an Area Located in the Eastern Part of the Absheron Peninsula of Azerbaijan

تعد الشمس محركاً هائلاً وموثوقاً، لكن استغلال طاقتها لتغذية شبكة حديثة يتطلب ما هو أكثر من مجرد وضع الألواح في حقل ما. إن الأمر يتطلب فهماً دقيقاً لكيفية سقوط الضوء على السطح، وكيف يتحول هذا الضوء إلى كهرباء، وكيف تغير البيئة المحيطة النتيجة. في عالم الطاقة الشمسية واسعة النطاق، يجب على المهندسين التنبؤ بدقة بكمية الطاقة التي سينتجها محطة ما على مدار عام كامل، مع مراعاة كل شيء بدءاً من زاوية الشمس وصولاً إلى الغبار الذي يترسب على الزجاج. وينطبق هذا بشكل خاص على الأنظمة الأحدث والأكثر تعقيداً التي تستخدم ألواحاً قادرة على التقاط الضوء من كلا الجانبين، والمعروفة باسم الألواح ثنائية الوجه (bifacial modules). يمكن لهذه الألواح حصاد ضوء الشمس المنعكس من الأرض، لكن أداءها يعتمد بشدة على لون التربة، وارتفاع الألواح، والمسافات بين الصفوف. وقبل توصيل سلك واحد بالشبكة، يقوم المطورون بإجراء عمليات محاكاة حاسوبية مفصلة للتنبؤ بإنتاج المحطة، لضمان أن يكون المشروع سليماً مالياً ومجدياً تقنياً.

في دراسة حديثة، طبق الباحثون منهجية التنبؤ الصارمة هذه على مشروع محطة طاقة شمسية ضخمة مقترحة في الجانب الشرقي من شبه جزيرة أبشيرون في أذربيجان. وقد اختيرت هذه المنطقة، وهي سهل ساحلي منخفض، لمشروع صُمم لتوليد كهرباء تكفي لتزويد مئات الآلاف من المنازل بالطاقة. استخدم الفريق برمجيات متطورة لنمذجة محطة تبلغ قدرتها 620 ميجاوات، وهو حجم يضعها ضمن أكبر منشآت الطاقة الشمسية في المنطقة. تضمن التصميم حقلاً من الألواح ثنائية الوجه المثبتة على الأرض، والموجهة نحو الجنوب لتعظيم تعرضها لأشعة الشمس طوال اليوم. ومن الأهمية بمكان أن الباحثين لم ينتظروا بناء المحطة، ولم يحللوا منشأة تعمل بالفعل؛ بل أجروا مراجعة محاكاة واحدة باستخدام برنامج PVsyst لإنشاء "توأم رقمي" للنظام بأك inteiro. لقد غذوا هذا النموذج ببيانات الطقس التاريخية وتفاصيل محددة عن المعدات لمحاكاة عام كامل من التشغيل، بدلاً من تدقيق أداء محطة مقاسة.

رسمت المحاكاة صورة لنظام عالي الكفاءة. فبحلول نهاية السنة الأولى المحاكات، توقعت المحطة الافتراضية ضخ 886.81 جيجاوات ساعة من الكهرباء في الشبكة الوطنية. ولتوضيح ذلك، كان من المتوقع أن تنتج المحطة 1,430 كيلووات ساعة من الطاقة لكل كيلووات واحد من القدرة المثبتة. وتعد هذه الإنتاجية العالية نتيجة لضوء الشمس القوي في الموقع والهندسة الدقيقة لتخطيط المحطة. تم ترتيب الألواح في صفوف بمسافات محددة لضمان عدم وقوع ظل صف واحد على الآخر لفترة طويلة، وهو توازن يسمح للنظام بالتقاط الضوء دون فقدان الكثير بسبب التظليل. وأظهر النموذج الحاسوبي أن المحطة ستعمل بنسبة أداء تقارب 90 بالمائة، مما يعني أن النظام يفقد القليل جداً من الطاقة بسبب الحرارة، أو مقاومة الأسلاك، أو غيرها من أوجه القصور مقارنة بحدها الأقصى النظري.

أحد الميزات الرئيسية لهذا التصميم هو استخدام الألواح ثنائية الوجه، والتي يمكنها توليد الطاقة من الضوء الذي يصطدم بجانبها الخلفي بالإضافة إلى الأمامي. في هذه المحاكاة، عملت الأرض تحت الألواح كعاكس، حيث قامت بعكس ضوء الشمس على الجزء الخلفي من الوحدات. ووجد الباحثون أن هذا التأثير أضاف زيادة صافية قدرها 9.2 بالمائة إلى إجمالي الطاقة المجموعة. لم تكن هذه الزيادة تلقائية؛ بل اعتمدت على امتلاك الأرض لقدرة معينة على الانعكاس وكون الألواح مثبتة على ارتفاع محدد يبلغ 1.6 متر للسماح للضوال بالوصول إلى الخلف. كما راعى النموذج حقيقة أن الألواح ستسخن في الصيف، مما يقلل قليلاً من كفاءتها، وأن الغبار سيتراكم على السطح، مما يتطلب خسارة صغيرة في الإنتاج. ورغم عوامل العالم الحقيقي هذه، ظل النظام قوياً بشكل ملحوء، حيث أظهر الكمبيوتر أن الألواح ستفقد جزءاً ضئيلاً جداً من الطاقة بسبب كون العواكس (inverters) -وهي الأجهزة التي تحول الكهرباء- أصغر قليلاً من إجمالي الطاقة التي يمكن أن تولدها الألواح.

ولأن الطقس يتغير من سنة إلى أخرى، فإن رقماً واحداً للإنتاج السنوي ليس كافياً للمستثمرين والمقرضين الذين يحتاجون لمعرفة سيناريوهات الحالة الأسوأ. لذلك، طبق الباحثون طريقة إحصائية لتقدير مدى انخفاض الإنتاج في سنة أقل سطوعاً. وحسبوا أن هناك احتمالاً بنسبة 90 بالمائة أن تنتج المحطة 836.9 جيجاوات ساعة على الأقل في أي سنة معطاة، واحتمال بنسبة 95 بالمائة أن تنتج 822.9 جيجاوات ساعة على الأقل. توفر هذه الأرقام هامش أمان، مما يضمن أنه حتى لو كانت الشمس أقل سخاءً من السنة المتوسطة، فإن المحطة ستولد طاقة كافية للوفاء بالتزاماتها المالية. كما سلطت الدراسة الضوء على أن المزيج المحدد من المعدات، بما في ذلك اختيار العواكس وتخطيط الكابلات الكهربائية، قد تم تحسينه للحفاظ على انخفاض الخسائر، حيث يهدر النظام فقط جزءاً ضئيلاً من النسبة المئوية من الطاقة بسبب توليد الألواح لطاقة أكثر مما يمكن للعواكس التعامل معه فوراً.

وقد حرص مؤلفو الدراسة على ملاحظة أن هذه النتائج تستند إلى محاكاة حاسوبية واحدة، وليس على قياسات من محطة طاقة تعمل بالفعل. وبينما تبدو الأرقام واعدة، إلا أنها تعتمد على افتراضات حول ظروف الأرض، ونظافة الألواح، وسلوك المعدات التي لم تُختبر بعد في الميدان. تعمل الدراسة كنموذج أولي، يوضح أن التصميم سليم وأن الموقع مناسب، لكنها تشير أيضاً إلى أن التأكيد النهائي لهذه الأرقام لن يأتي إلا بمجرد بناء المحطة وتشغيلها. وقد حدد الباحثون أن اللون الفعلي للتربة، وكمية الغبار في الواقع، والتوصيلات الكهربائية الدقيقة، ستحتاج إلى التحقق لضمان أداء المحطة تماماً كما يتوقع النموذج الرقمي. وحتى ذلك الحين، تظل المحاكاة مؤشراً قوياً على أن هذا الركن من شبه جزيرة أبشيرون مهيأ لاستضافة مصدر رئيسي للطاقة النظيفة، قادرة على تقديم طاقة موثوقة للشبكة بكفاءة عالية وهدر ضئيل.