الطاقة الشمسية الكهروضوئية! 6 طرق لحساب إنتاج الطاقة في محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية

مع التطور السريع للطاقة الجديدة، أصبحت الطاقة الكهروضوئية شائعة جدًا، يرغب العديد من العملاء في معرفة كيفية حساب إنتاج الطاقة في محطات الطاقة الكهروضوئية. اليوم أنا هنا لأرتب لكم:

بعد اكتمال محطة الطاقة الكهروضوئية، فإن تقدير إنتاجها للطاقة هو مهمة مهمة وضرورية للغاية، والتي تتطلب عادةً الحساب والتحليل بناءً على مجموعة متنوعة من العوامل مثل الإشعاع الشمسي السنوي المحلي وكفاءة إنتاج المحطة!

• طريقة الحساب النظرية

يمكن حساب الإنتاج النظري للطاقة (E) لمحطة الطاقة الكهروضوئية باستخدام الصيغة التالية:

 

E=Pr×H×PRE =Pr×H×PR

 

E: إنتاج الكهرباء (kWh)

 

Pr: قدرة النظام الكهروضوئي المقدرة (كيلوواط)، وهي القوة الإجمالية لجميع الوحدات الكهروضوئية تحت ظروف الاختبار القياسية (STC)

 

H: متوسط الإشعاع الشمسي السنوي (كيلوواط ساعة/ م² )، يُعبر عنه عادةً كإشعاع يومي مضروبًا في 365 يومًا

 

PR: نسبة الأداء، والتي تمثل الكفاءة العامة للنظام، بما في ذلك كفاءة الوحدات الكهروضوئية، وكفاءة العاكس، وفقدان الخطوط وما إلى ذلك

 

خطوات الحساب:

 

 

تحديد قدرة النظام الكهروضوئي المقدرة Pr. قدرة النظام الكهروضوئي المقدرة هي القوة الإجمالية للوحدات الكهروضوئية تحت ظروف الاختبار القياسية (إشعاع 1000 واط/ م² ومع درجة حرارة 25 ℃ ). إذا تم تركيب 1000 وحدة ذات قدرة مقدرة قدرها 300 واط في محطة الطاقة الكهروضوئية، فإن القدرة الإجمالية المقدرة تكون Pr = 1000 × 0.3 كيلوواط = 300 كيلوواط

 

يمكن الحصول على متوسط الإشعاع الشمسي السنوي (H) من البيانات الجوية، ويُقاس بوحدة كيلوواط ساعة/ م² . على سبيل المثال، يكون متوسط الإشعاع الشمسي السنوي في منطقة معينة 1500 كيلوواط ساعة/ م² .

 

نسبة الأداء الحاسوبي (PR) هي الكفاءة العامة لنظام الطاقة الشمسية الفولطائي، وعادة ما تتراوح بين 0.75 و 0.85. يأخذ حساب PR في الاعتبار العوامل التالية: افتراض أن PR محدد بـ 0.8

 

كفاءة وحدة الطاقة الشمسية الفولطائية: حوالي 15% إلى 20%

 

كفاءة العاكس: حوالي 95% إلى 98%

 

خسائر أخرى مثل خسارة الخط، تغطية الغبار، تأثير درجة الحرارة، وما إلى ذلك

 

قدم مثالًا:

 

افتراض أن معالم محطة طاقة شمسية معينة كما يلي:

 

القدرة الإسمية لنظام الطاقة الشمسية (Pr): 300 كيلوواط

 

متوسط الإشعاع الشمسي السنوي (H): 1500 كيلوواط ساعة/ م²

 

نسبة الأداء (PR): 0.8

 

الإنتاج السنوي للطاقة (E) هو:

 

E = 300 kW × 1500 kWh/m² × 0.8 = 360,000 kWh

 

2. طريقة القياس الفعلي

 

استخدام طرق القياس الفعلية لحساب إنتاج الطاقة في محطات الطاقة الشمسية هو طريقة دقيقة لضمان أداء النظام. يمكن لهذه الطريقة تقييم تأثير مختلف العوامل على إنتاج الطاقة أثناء التشغيل الفعلي. عادةً ما يتم جمع البيانات التالية

 

جهاز قياس الطاقة الكهربائية: يُستخدم لقياس إجمالي إنتاج الطاقة.

 

جهاز قياس الإشعاع الشمسي: يُستخدم لقياس الكمية الفعلية لإشعاع الشمس.

 

معدات مراقبة البيئة: تشمل المستشعرات لدرجة الحرارة، الرطوبة، سرعة الرياح، وما إلى ذلك.

 

صيغة الحساب كالتالي:

P (ti) - القوة اللحظية عند نقطة الزمن P (ti) (كيلو واط)

 

△ ت - فترة زمنية (ساعات)

 

3. طريقة التقدير التجريبية

 

تقوم هذه الطريقة بتقدير إنتاجية الطاقة المحتملة للمحطات الشمسية الكهروضوئية الجديدة من خلال تحليل بيانات إنتاجية تاريخية لمحطات كهروضوئية أخرى في نفس المنطقة أو تحت ظروف مشابهة، مع الأخذ بعين الاعتبار العوامل المحلية مثل ظروف الإضاءة والخصائص المناخية. تعتمد هذه الطريقة على البيانات التاريخية الكافية والخبرة المهنية، ودقتها تعتمد على صلة البيانات المرجعية وكفايتها.

4. طريقة محاكاة البرمجيات

 

يمكن إجراء حساب إنتاج الطاقة في محطات الطاقة الشمسية الفولتوضوئية من خلال محاكاة البرمجيات، وهي طريقة شائعة الاستخدام في تصميم وتحليل أنظمة الطاقة الشمسية الحديثة. يمكن لهذه الطريقة التنبؤ بإنتاج الطاقة للأنظمة الفولتوضوئية عن طريق محاكاة الإشعاع الشمسي، وخصائص مكونات النظام والعوامل البيئية الأخرى باستخدام برامج متخصصة. وفي الوقت الحالي، توجد في السوق principalmente PVSyst، HOMER، SAM (System Advisor Model)، PV * SOL.

 

الخطوات العامة

إدخال بيانات النظام

 

بيانات الوحدة الفولتوضوئية: بما في ذلك نوع الوحدة، القدرة، الكفاءة، معامل درجة الحرارة، وما إلى ذلك.

 

بيانات العاكس: بما في ذلك الكفاءة، القدرة، نطاق الجهد المدخل، وما إلى ذلك.

 

تخطيط النظام: بما في ذلك ترتيب المكونات، الزاوية المائلة، الاتجاه الأزيموتي، وما إلى ذلك.

 

إدخال البيانات المناخية

 

استخدام البيانات المناخية المحلية، بما في ذلك متوسط الإشعاع الشمسي السنوي، درجة الحرارة، الرطوبة، سرعة الرياح، وما إلى ذلك.

 

يمكن الحصول على هذه البيانات عادةً من قواعد بيانات الأرصاد الجوية أو وكالات تقييم موارد الطاقة الشمسية.

 

إعداد خسائر النظام

 

تتضمن خسائر النظام خسائر الكابلات، وتأثير الغبار، والظلال، وتأثيرات درجات الحرارة وما إلى ذلك.

 

يمكن ضبط هذه الخسائر من خلال القيم الافتراضية في البرنامج أو إعدادها يدويًا بناءً على الوضع الفعلي.

 

تشغيل المحاكاة

 

استخدام البرمجيات لتشغيل المحاكاة وحساب إنتاجية النظام السنوية تحت الشروط المعطاة.

 

سيولد البرنامج تقارير مفصلة حول إنتاجية الكهرباء وتحليل الأداء من خلال محاكاة تشغيل اليوم أو السنة.

 

نتائج التحليل

 

تحليل نتائج المحاكاة وعرض البيانات التفصيلية مثل إنتاج الكهرباء، ونسبة الأداء وخسائر النظام.

 

تحسين تصميم النظام بناءً على النتائج، وضبط ترتيب المكونات، واختيار محولات أكثر كفاءة وما إلى ذلك.

 

مثال:

 

بافتراض أننا نستخدم برنامج PVSyst لمحاكاة محطة طاقة شمسية بقدرة 1 ميجاوات، تكون الخطوات كما يلي:

 

إدخال معلمات الوحدة الفولطوية والمحول: قوة الوحدة: 300 واط، كفاءة الوحدة: 18٪، كفاءة المحول: 97٪

 

إدخال البيانات الجوية: متوسط الإشعاع الشمسي السنوي: 1600 كيلوواط ساعة/ م² , متوسط درجة الحرارة السنوي: 25 ℃

 

إعداد خسائر النظام: خسارة الكابلات: 2٪، تغطية الغبار: 3٪

 

تشغيل المحاكاة: يقوم البرنامج بحساب إنتاج الطاقة السنوي ونسبة الأداء.

 

تحليل النتيجة: بناءً على تقرير إنتاج الطاقة السنوي، افترض أن الإنتاج السنوي المحسوب للطاقة هو 1,280,000 كيلوواط ساعة.

 

5. الحساب وفقًا للمعيار الوطني GB/T50797-2012

 

يظهر حساب إنتاج الطاقة وفقًا للمادة 6.6 من المعيار الوطني "دليل تصميم محطات الطاقة الشمسية الفولطوية GB50797-2012" في لقطة الشاشة أدناه

 

6.6 حساب إنتاج الطاقة

 

6.6.1 يجب أن تستند توقعات توليد الطاقة لمحطة الطاقة الكهروضوئية على موارد الطاقة الشمسية للموقع، ويجب أخذ عوامل مختلفة مثل تصميم نظام محطة الطاقة الكهروضوئية، وتخطيط مجموعة الألواح الكهروضوئية، والظروف البيئية في الاعتبار قبل الحساب والتحديد.

 

6.6.2 يمكن حساب كهرباء الشبكة المتصلة بمحطات الطاقة الشمسية الفولطوية باستخدام الصيغة التالية:

 

E=HA ×  فوسفور _AZ /Es × ك

 

في الصيغة:

H - الإشعاع الشمسي الإجمالي على المستوى الأفقي (كيلوواط · ساعة/م2، ساعات الذروة);

 

إي _فوسفور  —توليد الطاقة على الشبكة (kW · h)؛

 

إي _س — أنا الإشعاع تحت الظروف القياسية (الثابت = 1 كيلوواط · ساعة/م²);

 

فوسفور _AZ —ج سعة تثبيت المكونات (كيلوواط ذروة);

 

ك —ج معامل الكفاءة الشامل. يشمل معامل الكفاءة الشامل K: معامل تصحيح نوع وحدة الألواح الشمسية، ومعامل تصحيح زاوية الميل وزاوية الاتجاه للألواح الشمسية، ومعدل توفر نظام إنتاج الطاقة الشمسية، ونسبة استخدام الضوء، وكفاءة العاكس، وخسائر خط جمع الطاقة، وخسائر محول رفع الجهد، ومعامل تصحيح التلوث على سطح وحدة الألواح الشمسية، ومعامل مشاركة المعرفة حول تخزين الرياح والطاقة الشمسية، ومعامل تصحيح كفاءة تحويل وحدة الألواح الشمسية.

 

6. وحدة الطاقة الشمسية منطقة  - طريقة حساب الإشعاع

 

Ep = HA * S * K1 * K2

 

HA - الإشعاع الشمسي الإجمالي على السطح المائل (كيلوواط. ساعة/م²)

 

S - المساحة الإجمالية للمكونات (م²)

 

K1 - معدل تحويل المكونات

 

K2 - كفاءة النظام الشامل

 

المعامل الشامل للكفاءة K2 هو معامل تصحيح يأخذ في الاعتبار مجموعة متنوعة من العوامل، بما في ذلك:

 

1) تقليل الطاقة لاستهلاك الكهرباء في المصنع، وفقدان الخطوط، وما إلى ذلك

 

تُشكل خسائر غرف التوزيع AC/DC وخطوط النقل حوالي 3% من إجمالي إنتاج الطاقة، ويتم أخذ عامل التصحيح المقابل بنسبة 97%.

 

2) خصم العاكس (Inverter)

 

كفاءة العاكس تتراوح بين 95% و98%.

 

3) تقليل خسائر درجة الحرارة التشغيلية

 

ستختلف كفاءة الخلايا الضوئية حسب التغيرات في درجة الحرارة أثناء تشغيلها. عندما ترتفع درجة حرارتها، يميل كفاءة إنتاج الطاقة للوحدات الضوئية إلى الانخفاض. بشكل عام، تكون خسارة درجة الحرارة أثناء التشغيل حوالي 2-5%.

 

4) عوامل أخرى تم تقليلها

 

بالإضافة إلى العوامل المذكورة أعلاه، تشمل العوامل التي تؤثر على إنتاجية الطاقة في محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية أيضًا تقليل خسائر الإشعاع الشمسي غير المستخدم وتأثير دقة تتبع نقطة القوة القصوى، بالإضافة إلى عوامل أخرى غير مؤكدة مثل امتصاص الشبكة. يتم اتخاذ عامل التصحيح الخاص بالخفض بنسبة 95%.

 

هذا أسلوب الحساب هو صيغة متنوعة للطريقة الأولى، يُستخدم في المشاريع ذات التركيب المائل. بمجرد الحصول على الإشعاع على السطح المائل (أو تحويله بناءً على الإشعاع الأفقي: الإشعاع على السطح المائل = الإشعاع الأفقي / cos α)،

 

يمكن حساب بيانات أكثر دقة.

 

حساب حالة عملية

 

باستخدام مشروع سقف بقدرة 1MWp في مكان معين كمثال. يستخدم المشروع 4000 قطعة من 250 واط لوحات الطاقة الكهربائية بأبعاد 1640 * 992 مم، متصلة بالشبكة عند مستوى جهد 10KV. مستوى الإشعاع الشمسي المحلي هو 5199 MJ • m-2، وكفاءة النظام محسوبة بنسبة 80%.

 

أولاً، يجب تحويل الإشعاع الشمسي من MJ • m ^-2إلى kWh • m ^-2, حيث أن 1MJ = 0.27778kWh. بعد ذلك، بناءً على السعة المركبة الإجمالية للنظام (1MWp)، والإشعاع الشمسي وكفاءة النظام، يمكننا تقدير إنتاجية الطاقة السنوية.

 

تحويل الإشعاع الشمسي

 

5199MH/cdotpm ^-2=5199 × 0.27778kWh/codtp m ^-2

 

احسب إنتاجية الطاقة السنوية

 

إنتاجية الطاقة السنوية (kWh) = السعة المركبة (MWp) × الإشعاع الشمسي (kWh \ cdotpm ^-2) × 365 × كفاءة النظام

 

من بينها، السعة المركبة هي 1MWp وكفاءة النظام هي 80%.

لنقم بالحسابات.

 

بأخذ مشروع الألواح الشمسية سقف بسعة 1MWp كمثال، مع الأخذ في الاعتبار مستوى الإشعاع الشمسي المحلي 5199 MJ • m ^-2ومع كفاءة نظام تبلغ 80%، فإن التوليد النظري السنوي للطاقة للمشروع هو حوالي 421 ,700 kWh.