يعتمد توليد الطاقة الكهروضوئية الشمسية على عنصر بيئي واحد فوق كل العناصر الأخرى: ضوء الشمس.

مع ذلك، فإن معرفة كمية الكهرباء التي تنتجها محطة الطاقة الشمسية الكهروضوئية لا تكفي لتحديد كفاءة تشغيلها. فقد يكون انخفاض إنتاج الطاقة ناتجًا عن انخفاض الإشعاع الشمسي، أو وجود غيوم، أو ارتفاع درجة حرارة الألواح الشمسية، أو تراكم الغبار، أو التظليل، أو أعطال العاكس، أو الفاقد الكهربائي، أو تدهور حالة الألواح.

بدون قياس دقيق للإشعاع الشمسي في الموقع، لا يستطيع المشغلون فصل التغيرات في الإنتاج المرتبطة بالطقس عن ضعف أداء النظام الفعلي بشكل موثوق.

لهذا السبب، تُعدّ أجهزة استشعار الإشعاع الشمسي مكونات أساسية لأنظمة مراقبة الخلايا الكهروضوئية الحديثة. فهي توفر البيانات البيئية الأساسية اللازمة لحساب نسبة الأداء، وتقييم إنتاج الطاقة، وتشخيص الأعطال، وإعداد التقارير التعاقدية، والتشغيل والصيانة على المدى الطويل.

تشرح هذه المقالة كيفية قياس الإشعاع الشمسي، ولماذا تؤثر دقة القياس على تحليل أداء محطة الطاقة الكهروضوئية، وأنواع أجهزة الاستشعار الشائعة الاستخدام، وكيفية تكوين نظام موثوق لمراقبة الإشعاع الشمسي.

ما هو قياس الإشعاع الشمسي؟

قياس الإشعاع الشمسي هو عملية قياس الطاقة الشمسية اللحظية التي تتلقاها مساحة سطح ما لكل وحدة مساحة.

ويتم التعبير عنها عادةً بالواط لكل متر مربع:

واط/م²

لا ينبغي الخلط بين الإشعاع الشمسي والإشعاع الشمسي.

• الإشعاع يصف القدرة اللحظية للإشعاع الشمسي الوارد، مقاسة بوحدة واط/م².
• الإشعاع يصف الطاقة الشمسية المتراكمة التي يتم تلقيها على مدى فترة زمنية، والتي يتم قياسها عادةً بوحدة واط ساعة/م² أو كيلو واط ساعة/م².

على سبيل المثال، قد يسجل مستشعر الإشعاع قيمة 850 واط/م² في لحظة معينة. وعند دمج هذه القراءات على مدار اليوم، يستطيع نظام المراقبة حساب إجمالي الإشعاع الشمسي اليومي.

في محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، تُجمع قياسات الإشعاع الشمسي عادةً بواسطة مقياس الإشعاع الشمسي، أو خلية مرجعية سيليكونية، أو أي مستشعر آخر للإشعاع الشمسي. ويرتبط المستشعر بجهاز تسجيل البيانات، أو وحدة طرفية عن بُعد، أو وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة، أو وحدة تحكم محطة الأرصاد الجوية، أو نظام مراقبة العاكس، أو منصة مراقبة سحابية.

بحسب هدف المراقبة، قد يقيس المصنع ما يلي:

الإشعاع الشمسي الأفقي العالمي

يقيس الإشعاع الشمسي الأفقي العالمي، أو GHI، إجمالي الإشعاع الشمسي الذي تتلقاه سطح أفقي.

يُعد مؤشر GHI مفيدًا لما يلي:

• رصد عام لموارد الطاقة الشمسية
• جمع بيانات محطة الأرصاد الجوية
• مقارنة الظروف المحلية بالبيانات الإقليمية
• تقييم موارد الطاقة الشمسية على المدى الطويل
• دعم تحليل الخلايا الكهروضوئية الأفقية أو ذات الميل المنخفض

الإشعاع على مستوى المصفوفة

يقيس الإشعاع الشمسي على مستوى المصفوفة، أو إشعاع POA، الإشعاع الشمسي على نفس المستوى وبنفس زاوية الميل مثل وحدات الخلايا الكهروضوئية.

يُعد قياس POA ذا أهمية خاصة لتحليل أداء الخلايا الكهروضوئية لأنه يمثل بشكل أدق الطاقة الشمسية المتاحة لسطح الوحدة.

الإشعاع المباشر والمنتشر والمنعكس

قد تقوم أنظمة المراقبة الأكثر تطوراً بتقييم ما يلي بشكل منفصل:

• الإشعاع الشمسي المباشر
• الإشعاع السماوي المنتشر
• الإشعاع المنعكس من الأرض
• الإشعاع الخلفي للوحدات الكهروضوئية ثنائية الوجه

يعتمد التكوين المطلوب على تصميم المصنع، وتقنية الوحدة، ونوع جهاز التتبع، والتضاريس، وضمان الأداء، وهدف دقة المراقبة.

استكشف مستشعر الإشعاع الشمسي JW-IoT لحلول مراقبة الخلايا الكهروضوئية لقياس الإشعاع في الموقع مع إمكانية ضبط الإعدادات.

لماذا يعتبر الإشعاع الشمسي هو الأساس لأداء محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟

يتغير إنتاج الطاقة الكهروضوئية باستمرار مع تغير الإشعاع الشمسي.

عندما يرتفع مستوى الإشعاع الشمسي، يزداد عادةً الناتج المحتمل لمصفوفة الخلايا الكهروضوئية. وعندما ينخفض مستوى الإشعاع الشمسي بسبب الغيوم أو الضباب أو التظليل أو هطول الأمطار، ينخفض توليد الطاقة أيضاً.

وهذا يعني أن الناتج الكهربائي وحده لا يمكن أن يدل على ما إذا كان المصنع يعمل بشكل طبيعي.

لنفترض محطة طاقة شمسية بقدرة 50 ميغاواط تنتج 35 ميغاواط فقط خلال منتصف النهار. قد يشير هذا الرقم إلى مشكلة خطيرة في الأداء، أو قد يكون طبيعياً تماماً في ظل انخفاض الإشعاع الشمسي.

لإجراء تقييم ذي مغزى، يجب على منصة المراقبة مقارنة توليد الطاقة الفعلي بالطاقة الشمسية المتاحة في الموقع.

تتيح بيانات الإشعاع الدقيقة لمشغلي المحطات ما يلي:

• توحيد إنتاج الطاقة في ظل تغيرات الأحوال الجوية
• قارن الناتج الفعلي بالناتج المتوقع
• حساب وتتبع نسبة الأداء
• تحديد حالات فقدان الطاقة غير الطبيعية
• قارن بين المصفوفات المختلفة، أو وحدات العاكس، أو مناطق المصنع.
• تقييم تأثير درجة حرارة الوحدة
• الكشف عن التظليل والاتساخ وأعطال المعدات
• تحقق من ضمانات الأداء
• دعم تقارير التشغيل والصيانة وإدارة الأصول

من الناحية العملية، يعمل مستشعر الإشعاع كنقطة مرجعية بيئية لعملية مراقبة أداء الخلايا الكهروضوئية بأكملها.

كيف يؤثر عدم دقة قياس الإشعاع على تحليل العلاقات العامة

نسبة الأداء، والتي عادة ما يتم اختصارها إلى PR، هي واحدة من أكثر المؤشرات استخدامًا لتقييم أداء محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية.

يقارن نظام PR الناتج الفعلي للطاقة لنظام الخلايا الكهروضوئية مع الناتج النظري المتوقع من موارد الطاقة الشمسية المتاحة والقدرة المركبة.

التمثيل المبسط هو:

نسبة الأداء = إنتاجية النظام النهائية ÷ الإنتاجية المرجعية

يعتمد المردود المرجعي بشكل مباشر على الإشعاع الشمسي المقاس. لذلك، فإن أي خطأ في قياس الإشعاع يمكن أن يؤثر على معدل الإنتاج المحسوب.

تقدير مبالغ فيه للإشعاع

عندما يسجل المستشعر إشعاعًا أكثر مما تتلقاه وحدات الخلايا الكهروضوئية فعليًا، يفترض نظام المراقبة أن المزيد من الطاقة الشمسية كان متاحًا.

قد يبدو معدل الإنتاج المحسوب أقل من الأداء الحقيقي للمصنع.

وهذا قد يؤدي إلى:

• إنذارات خاطئة بشأن ضعف الأداء
• عمليات فحص غير ضرورية للعواكس أو الوحدات
• مطالبات الضمان أو التعاقد غير الصحيحة
• مقارنات مضللة بين المناطق النباتية
• تقارير أداء التشغيل والصيانة المشوهة

الإشعاع المُستهان به

عندما يسجل المستشعر إشعاعًا أقل مما تتلقاه المصفوفة فعليًا، قد يظهر معدل الانعكاس المحسوب مرتفعًا بشكل مصطنع.

هذا يمكن أن يخفي:

• تدهور الوحدة
• فقدان كفاءة العاكس
• خسائر الكابلات والوصلات
• تظليل جزئي
• خسائر الإنتاج المرتبطة بالتلوث
• أعطال في سلسلة الأسلاك أو صندوق التجميع

إن نسبة الأداء القوية الظاهرة لا تعتبر بالضرورة دليلاً على الأداء القوي للنبات عندما يكون خط الأساس للإشعاع غير دقيق.

مثال على خطأ قياس الإشعاع

لنفترض أن محطة الطاقة الشمسية الكهروضوئية تنتج العائد الكهربائي المتوقع ليوم واحد، لكن مستشعر الإشعاع الخاص بها يقلل من الإبلاغ عن الإشعاع اليومي بمقدار 5%.

نظراً لانخفاض مدخلات الطاقة الشمسية المرجعية، ستكون نسبة الأداء المحسوبة مبالغاً فيها. وقد يستنتج مشغلو المحطة أن أداء النظام أفضل مما هو عليه في الواقع.

يحدث العكس عندما يتم المبالغة في تقدير شدة الإشعاع. قد يبدو النبات السليم وكأنه يعاني من ضعف في الأداء.

بالنسبة للمحطات الكبيرة ذات النطاق الواسع، حتى التحيزات الصغيرة نسبياً في القياس يمكن أن تؤثر على تقارير الأداء، وأولويات الصيانة، وتقييم الإيرادات، والقرارات التعاقدية.

بيانات الإشعاع الشمسي لتشخيص أعطال الخلايا الكهروضوئية

لا يقتصر دور قياس الإشعاع الشمسي بدقة على دعم حساب نسبة الإنتاج، بل يساعد المشغلين أيضاً على تحديد أسباب تغير الإنتاج.

من خلال مقارنة الإشعاع الشمسي ودرجة حرارة الوحدة ومخرج العاكس والبيانات الكهربائية، يمكن لمنصة المراقبة تحديد أنماط الأداء المختلفة.

انخفاض طبيعي مرتبط بالطقس

عندما ينخفض الإشعاع الشمسي وإنتاج الطاقة الكهروضوئية في نفس الوقت وبنسبة مماثلة، فمن المرجح أن يكون الانخفاض مرتبطًا بالغيوم أو الضباب أو غيرها من الظروف الجوية.

عطل محتمل في المعدات

عندما يظل الإشعاع الشمسي مستقرًا ولكن ينخفض خرج وحدة العاكس أو المصفوفة فجأة، فقد يكون النظام يعاني مما يلي:

• عطل في العاكس
• سلسلة غير متصلة
• مشكلة صندوق التجميع
• تلف الكابلات
• تقليص الشبكة
• فشل في الاتصال

احتمال وجود بقع أو تظليل

عندما يظل الإشعاع طبيعيًا ولكن الناتج يتناقص تدريجيًا مقارنةً بالمرجع، فقد يكون السبب هو:

• تراكم الغبار
• فضلات الطيور
• تظليل النباتات
• تظليل هيكلي جديد
• تنظيف غير متساوٍ
• تلوث المستشعر أو الوحدة

احتمال فقدان درجة الحرارة

عندما يكون الإشعاع الشمسي مرتفعًا ولكن درجة حرارة الوحدة تزداد بشكل ملحوظ، فقد تنخفض كفاءة تحويل الطاقة الكهروضوئية.

إن الجمع بين مستشعر الإشعاع الشمسي ومستشعر واحد أو أكثر لدرجة حرارة الوحدة يجعل من السهل فصل الخسائر المتعلقة بدرجة الحرارة عن المشاكل الكهربائية أو البيئية الأخرى.

يوفر JW-IoT حلاً متكاملاً حلول مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية والتي يمكنها الجمع بين بيانات الإشعاع الشمسي، ودرجة حرارة الوحدة، والطقس، والعاكس، وتوليد الطاقة.

أنواع أجهزة استشعار الإشعاع الشمسي لمحطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية

تختلف أجهزة استشعار الإشعاع المختلفة في استجاباتها الطيفية، وأوقات استجابتها، ومستويات عدم اليقين فيها، ومتطلبات تركيبها، وتكاليف مشاريعها.

تشمل الخيارات الأكثر شيوعًا لمراقبة الخلايا الكهروضوئية أجهزة قياس الإشعاع الحراري وأجهزة استشعار الإشعاع المصنوعة من السيليكون.

مقياس الإشعاع الحراري

يقيس مقياس الإشعاع الشمسي الحراري الإشعاع الشمسي واسع النطاق باستخدام سطح ماص للإشعاع وهيكل استشعار كهروحراري.

يُستخدم عادةً في:

• محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية على نطاق المرافق العامة
• محطات رصد الطقس الكهروضوئية الاحترافية
• الرصد الجوي
• تقييم موارد الطاقة الشمسية
• اختبار الأداء
• المشاريع التي تتطلب قياسات طيفية واسعة النطاق

المزايا

• استجابة طيفية واسعة
• مناسب لقياس الإشعاع الشمسي العالمي
• توافق قوي مع أنظمة مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الاحترافية
• متوفر بفئات دقة مختلفة
• مناسب للتركيب الأفقي والتركيب على مستوى المصفوفة

الاعتبارات

• يكلف عادةً أكثر من مستشعر السيليكون
• يتطلب الأمر تسوية وتوجيهًا دقيقين
• يجب الحفاظ على نظافة القبة الزجاجية
• يجب إدارة المعايرة والصيانة
• ينبغي مراعاة الانحرافات الحرارية ووقت الاستجابة

بالنسبة للتطبيقات المهنية، يمكن اختيار مقياس الإشعاع الشمسي عالي الجودة عندما تكون عدم اليقين في القياس أو التقارير التعاقدية أو متطلبات الامتثال ذات أهمية خاصة.

شاهد مستشعر إشعاع شمسي من الفئة أ مع مخرج RS485.

مستشعرات الإشعاع المصنوعة من السيليكون

يستخدم مستشعر الإشعاع السيليكوني خلية مرجعية ضوئية أو عنصر استشعار سيليكوني لقياس الإشعاع الشمسي الوارد.

إن استجابته الطيفية أقرب إلى استجابة وحدات الخلايا الكهروضوئية التقليدية المصنوعة من السيليكون البلوري منها إلى استجابة مقياس الإشعاع الحراري ذي النطاق العريض.

يُستخدم عادةً في:

• مراقبة الإشعاع على مستوى المصفوفة
• محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية الموزعة
• أنظمة أسطح المباني التجارية
• مقارنة الأداء على مستوى المصفوفة
• محطات رصد الطقس الكهروضوئية المدمجة
• مراقبة متعددة النقاط حساسة للتكلفة

المزايا

• استجابة سريعة لتغيرات الإشعاع الشمسي
• صغير الحجم وسهل التركيب
• استجابة طيفية مشابهة لوحدات الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون
• مناسب للتركيب في نفس مستوى المصفوفة
• عملي لنقاط مراقبة متعددة
• سهولة التكامل مع أنظمة RS485 Modbus

الاعتبارات

• نطاقه الطيفي أضيق من نطاق مقياس الإشعاع الحراري
• يُعدّ تعويض درجة الحرارة أمرًا مهمًا
• ينبغي أن يراعي اختيار المستشعر تقنية وحدة الخلايا الكهروضوئية
• يجب تقييم الاستقرار والمعايرة على المدى الطويل.

بالنسبة للعديد من مشاريع مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية التشغيلية، توفر أجهزة الاستشعار المصنوعة من السيليكون توازناً عملياً بين سرعة الاستجابة وسهولة التركيب والتكلفة.

تعرف على المزيد حول مستشعر إشعاع السيليكون لمراقبة أداء الخلايا الكهروضوئية.

مقياس الإشعاع الحراري أم مستشعر السيليكون؟

لا يوجد نوع واحد من أجهزة الاستشعار هو الأفضل لكل مشروع من مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية.

يُعد مقياس الإشعاع الحراري (البيرانومتر) أكثر ملاءمة بشكل عام عندما:

• يلزم قياس الإشعاع الشمسي واسع النطاق
• ستدعم البيانات التقييم الرسمي للأداء
• يجب تقليل عدم اليقين في القياس إلى أدنى حد.
• يتم تركيب تقنيات مختلفة لوحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية
• تُستخدم المحطة لتحليل الأرصاد الجوية أو موارد الطاقة الشمسية

قد يكون مستشعر الإشعاع المصنوع من السيليكون أكثر ملاءمة في الحالات التالية:

• الهدف الرئيسي هو مراقبة أداء أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية التشغيلية
• الاستجابة السريعة مهمة
• سيتم تركيب المستشعر في مستوى المصفوفة
• هناك حاجة إلى نقاط مراقبة متعددة
• تستخدم وحدات الخلايا الكهروضوئية تقنية السيليكون المماثلة
• يتطلب المشروع تصميمًا أكثر اقتصادية

تستخدم العديد من محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية الكبيرة كلا النوعين: مقياس الإشعاع الشمسي عالي الجودة كمرجع أساسي وأجهزة استشعار السيليكون لإجراء قياسات إضافية على مستوى المصفوفة أو مستوى المنطقة.

اعتبارات التركيب من أجل قياس دقيق

حتى أجهزة الاستشعار عالية الجودة يمكن أن تنتج بيانات غير موثوقة عند تركيبها بشكل غير صحيح.

ينبغي مراعاة العوامل التالية أثناء تركيب أجهزة الاستشعار.

قم بمطابقة مستوى المستشعر مع هدف القياس

يجب تركيب مستشعر GHI أفقيًا وبشكل مستوٍ بشكل صحيح.

يجب أن يتوافق مستشعر نقطة التلامس مع ميل واتجاه وحدات الخلايا الكهروضوئية قيد التقييم. حتى اختلاف بسيط في المحاذاة قد يُحدث فرقًا منهجيًا بين الإشعاع الشمسي الواصل إلى المستشعر والإشعاع الشمسي الواصل إلى الوحدات.

بالنسبة لأنظمة التتبع، يجب أن تسمح طريقة تركيب المستشعر بمتابعة موضع المصفوفة بشكل صحيح.

تجنب التظليل المحلي

يجب ألا يكون المستشعر مظللاً بواسطة:

• وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية
• هياكل التثبيت
• الأعمدة
• صواني الكابلات
• مكونات محطة الأرصاد الجوية
• المباني المجاورة
• الأشجار أو النباتات

يمكن أن تؤدي الظلال التي تؤثر على المستشعر ولكن ليس على الوحدات النمطية - أو التي تؤثر على الوحدات النمطية ولكن ليس على المستشعر - إلى تشويه تحليل الأداء.

اختر موقعًا تمثيليًا

ينبغي أن يمثل المستشعر الظروف الفعلية للمصفوفة التي تتم مراقبتها.

قد لا يكون جهاز استشعار واحد كافياً لتمثيل مصنع كبير يحتوي على:

• تضاريس مختلفة الارتفاعات
• توجيهات متعددة للوحدات
• مناطق تتبع منفصلة
• حركة السحب غير المنتظمة
• ظروف التلوث المختلفة
• مسافات طويلة بين أقسام المصفوفة

قد تتطلب النباتات الكبيرة أو المعقدة جغرافياً نقاط مراقبة متعددة للإشعاع الشمسي.

الحفاظ على التوجيه الصحيح

بالنسبة للأنظمة ذات الميل الثابت، يجب أن يتطابق مستشعر POA مع ميل الوحدة واتجاهها.

بالنسبة لأجهزة التتبع أحادية المحور، يجب تركيب المستشعر بحيث يتحرك بشكل متسق مع جهاز التتبع.

بالنسبة للأنظمة ثنائية الوجه، قد يتطلب قياس الإشعاع الخلفي وضع العديد من أجهزة الاستشعار في مواقع تمثيلية خلف المصفوفة.

منع تراكم المياه ومشاكل الكابلات

ينبغي أن يوفر هيكل التثبيت ما يلي:

• تثبيت ميكانيكي آمن
• حماية مناسبة للكابلات
• موصلات مقاومة للعوامل الجوية
• توجيه الكابلات بشكل مناسب
• الحماية من تسرب المياه
• تأريض مستقر وحماية من زيادة التيار عند الحاجة

يجب تركيب كابلات الاتصال RS485 وفقًا لمتطلبات التأريض والحماية والإنهاء الخاصة بالمشروع.

التنظيف والفحص والمعايرة

يمكن أن يقلل الغبار وحبوب اللقاح والملح والثلج وفضلات الطيور والملوثات الأخرى من الإشعاع الذي يصل إلى سطح الاستشعار.

إذا أصبح مستشعر الإشعاع أكثر اتساخًا من وحدات الخلايا الكهروضوئية، فقد يقلل النظام من تقدير الإشعاع المتاح للمصفوفة. أما إذا كان المستشعر أنظف من الوحدات، فقد يصبح فقدان الإنتاج الناتج عن الاتساخ أكثر وضوحًا، ولكن يجب أن تظل استراتيجية التنظيف ثابتة وموثقة.

ينبغي أن تتضمن خطة الصيانة ما يلي:

• الفحص البصري المنتظم
• تنظيف القباب أو أسطح الاستشعار
• فحص مستوى المستشعر واتجاهه
• فحص الموصلات والكابلات
• التحقق من جودة الاتصال والبيانات
• مراجعة الإزاحات الليلية
• الكشف عن الانحراف المفاجئ في القياس
• مقارنة أجهزة الاستشعار الزائدة
• المعايرة الدورية وفقًا لمتطلبات المشروع

ينبغي أن تتضمن سجلات المعايرة رقم تعريف المستشعر، وتاريخ المعايرة، ومعامل المعايرة، وطريقة المعايرة، وتاريخ المعايرة الموصى به التالي.

قد يؤدي استبدال أو إعادة معايرة المستشعر دون تحديث إعدادات مسجل البيانات إلى ظهور تحيز جديد في القياس. لذا، يجب إدخال أي معامل معايرة بشكل صحيح في نظام جمع البيانات ومراقبتها.

جمع البيانات ومراقبة الجودة

تتطلب مراقبة الخلايا الكهروضوئية الموثوقة أكثر من مجرد مستشعر جيد.

تتضمن سلسلة القياس الكاملة ما يلي:

مستشعر الإشعاع الشمسي ← خرج الإشارة ← مسجل البيانات أو وحدة التحكم عن بعد ← شبكة الاتصالات ← منصة المراقبة ← تحليل الأعطال

قد تحدث الأخطاء في أي مرحلة.

تشمل مشاكل البيانات الشائعة ما يلي:

• تعيين سجلات Modbus غير صحيح
• تحويل وحدة خاطئ
• معامل معايرة غير صحيح
• عدم تطابق الطابع الزمني
• السجلات المفقودة
• انقطاعات الاتصال
• تشبع المستشعر
• القيم السلبية خلال النهار
• قراءات ليلية غير صفرية
• ارتفاعات غير واقعية
• البيانات المكررة
• متوسط الفترات الزمنية التي لا تتطابق مع البيانات الكهربائية

ينبغي أن تستخدم بيانات الإشعاع الشمسي وبيانات إنتاج الخلايا الكهروضوئية طوابع زمنية متزامنة وفترات أخذ عينات أو حساب متوسطات متوافقة.

ينبغي لمنصة المراقبة أيضاً تطبيق قواعد جودة البيانات لتحديد ما يلي:

• قيم خارج النطاق المتوقع
• قراءات المستشعر المجمدة
• تغييرات مفاجئة
• البيانات المفقودة
• الإشعاع المسجل ليلاً
• الاختلافات بين أجهزة الاستشعار المتكررة
• اتجاهات غير متسقة في الإشعاع والطاقة

يقلل التحقق الموثوق من صحة البيانات من الإنذارات الكاذبة ويمنع القراءات غير الصحيحة من تشويه تقارير العلاقات العامة.

تكوين مستشعر الإشعاع الموصى به

ينبغي أن يستند التكوين النهائي إلى قدرة المصنع، والتصميم، والتضاريس، وتكنولوجيا الوحدات، وأهداف المراقبة، ومتطلبات الدقة، والميزانية.

نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية الموزع على أسطح المنازل

قد يتضمن التكوين العملي ما يلي:

• مستشعر إشعاع POA واحد من السيليكون
• مستشعر درجة حرارة واحد لوحدة الطاقة الشمسية الكهروضوئية
• مراقبة درجة الحرارة والرطوبة المحيطة
• مسجل بيانات RS485 صغير الحجم
• اتصال 4G أو إيثرنت
• منصة مراقبة سحابية أو محلية

يدعم هذا التكوين التحليل الأساسي للعلاقات العامة، ومقارنة الأداء، واكتشاف الأعطال لأسطح المباني التجارية والصناعية.

محطة طاقة شمسية أرضية متوسطة الحجم

قد تتضمن الأنظمة النموذجية ما يلي:

• مقياس إشعاع شمسي أفقي واحد
• مستشعر واحد أو أكثر من مستشعرات إشعاع POA
• مستشعرات درجة حرارة متعددة الوحدات
• درجة الحرارة والرطوبة المحيطة
• سرعة الرياح واتجاهها
• رصد هطول الأمطار
• مسجل البيانات أو وحدة التحكم عن بعد
• اتصالات الجيل الرابع، أو الإيثرنت، أو LoRaWAN
• منصة مراقبة مركزية

محطة طاقة شمسية على نطاق المرافق

قد يتضمن التكوين على نطاق المرافق ما يلي:

• مقياس إشعاع شمسي مرجعي أفقي عالي الجودة
• مستشعرات متعددة لقياس الإشعاع الضوئي
• مستشعرات مرجعية زائدة
• مراقبة الإشعاع في مناطق نباتية مختلفة
• مستشعرات درجة حرارة الوحدة على مصفوفات نموذجية
• مستشعرات درجة الحرارة والرطوبة المحيطة
• مراقبة سرعة واتجاه الرياح
• هطول الأمطار والضغط الجوي
• مراقبة التلوث
• دمج العاكس وعداد الكهرباء
• مسجل بيانات صناعي وبوابة طرفية
• التكامل مع السحابة المركزية أو نظام SCADA

ينبغي تحديد عدد نقاط المراقبة بناءً على تصميم المصنع، وتنوع التضاريس، واتجاه الوحدات، وتكوين جهاز التتبع، وتقلبات الطقس المحلية، والمتطلبات التعاقدية.

محطة الطاقة الشمسية ثنائية الوجه

قد تتطلب الأنظمة ثنائية الوجه أيضًا ما يلي:

• الإشعاع الضوئي من الجهة الأمامية
• الإشعاع من الجانب الخلفي
• مستشعرات خلفية متعددة موزعة على مواقع تمثيلية
• مراقبة البياض أو الإشعاع المنعكس
• درجة حرارة الوحدة
• مراقبة التلوث
• بيانات موقع جهاز التتبع

يمكن أن يختلف الإشعاع الخلفي بشكل كبير تبعًا لارتفاع المستشعر، والمسافة بين الصفوف، ونوع سطح الأرض، والتظليل، وهندسة التركيب. لذا، يجب أن يعكس موضع المستشعر تصميم المصفوفة الفعلي.

دمج بيانات الإشعاع الشمسي مع محطة أرصاد جوية تعمل بالطاقة الشمسية

يُعد الإشعاع الشمسي أهم خط أساس بيئي، ولكن لا ينبغي تحليله بمعزل عن غيره.

يمكن لمحطة الأرصاد الجوية المتكاملة لمحطة الطاقة الشمسية الكهروضوئية مراقبة ما يلي:

• الإشعاع الشمسي الأفقي العالمي
• الإشعاع على مستوى المصفوفة
• الإشعاع الشمسي المتراكم
• درجة حرارة وحدة الخلايا الكهروضوئية
• درجة الحرارة المحيطة
• الرطوبة النسبية
• سرعة الرياح
• اتجاه الرياح
• هطول الأمطار
• الضغط الجوي
• ظروف التلوث أو الغبار اختيارية

يساعد الجمع بين هذه المعايير المشغلين على التمييز بين تغير الموارد، والفقد الحراري، ومخاطر الطقس، والتلوث، وضعف الأداء الكهربائي.

استكشف حلول محطات الأرصاد الجوية لمحطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية بتقنية إنترنت الأشياء JW-IoT أو عرض محطة رصد الطقس بالطاقة الشمسية الكهروضوئية لمراقبة محطات توليد الطاقة.

لماذا نستخدم بيانات الإشعاع الشمسي في الموقع بدلاً من بيانات الطقس الإقليمية؟

تُعد قواعد بيانات الأقمار الصناعية ومحطات الأرصاد الجوية الإقليمية مفيدة للتقييم الأولي للموارد ووضع المعايير، ولكنها قد لا تمثل الظروف الدقيقة في محطة الطاقة الشمسية الكهروضوئية.

قد تنشأ الاختلافات من:

• حركة السحابة المحلية
• التضاريس والارتفاع
• ضباب ساحلي
• أحداث الغبار
• انبعاثات صناعية قريبة
• ظلال الجبال
• غطاء ثلجي
• هطول الأمطار المحلي
• اتجاه المصفوفة
• ظروف المناخ المحلي

قد تختلف البيانات الإقليمية أيضاً في الدقة المكانية أو الطابع الزمني أو مستوى القياس.

لتحليل الأداء التشغيلي، يوفر قياس الإشعاع في الموقع أقرب تمثيل للموارد الشمسية المتاحة فعليًا لوحدات الخلايا الكهروضوئية.

لا يزال من الممكن استخدام مجموعات البيانات الخارجية كمراجع ثانوية، ولكن لا ينبغي أن تحل محل أجهزة الاستشعار الميدانية التي تتم صيانتها بشكل صحيح تلقائيًا.

بناء نظام موثوق لمراقبة الخلايا الكهروضوئية

يوفر قياس الإشعاع الشمسي الدقيق لمشغلي أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية أساسًا موثوقًا لتقييم أداء المحطة.

يمكن لنظام مراقبة مصمم جيداً أن يساعد في الإجابة على أسئلة مثل:

• هل يعود انخفاض الإنتاج إلى الطقس أم إلى المعدات؟
• هل يحقق المصنع نسبة الأداء المتوقعة؟
• أي وحدة عاكسة تعمل بشكل ضعيف؟
• هل تؤدي درجة حرارة الوحدة إلى انخفاض الكفاءة؟
• هل وصل الاتساخ إلى درجة تبرر التنظيف؟
• هل تتلقى مناطق المصفوفة المختلفة إشعاعًا مختلفًا؟
• هل ينحرف المستشعر أو ينتج بيانات غير صالحة؟
• هل يحتاج المصنع إلى نقاط مراقبة إضافية؟

تعتمد جودة هذه الإجابات على سلسلة المراقبة الكاملة - وليس فقط على الدقة الاسمية للمستشعر.

يُعد اختيار المستشعر الصحيح، والتركيب التمثيلي، والتنظيف المنتظم، والمعايرة القابلة للتتبع، وجمع البيانات المتزامن، وفحوصات جودة البيانات الآلية، أموراً أساسية.

خاتمة

يُعد قياس الإشعاع الشمسي بدقة أمراً أساسياً لمراقبة محطات الطاقة الكهروضوئية بشكل موثوق.

يوفر الإشعاع المرجع البيئي المطلوب لحساب نسبة الأداء، وتطبيع إنتاج الطاقة، والكشف عن الخسائر غير الطبيعية، ومقارنة مناطق المصنع، والتمييز بين التغيرات المتعلقة بالطقس وأعطال المعدات.

إن اختيار المستشعر المناسب ليس سوى الخطوة الأولى. يجب أيضاً تركيب المستشعر في المستوى الصحيح، ووضعه في موقع مناسب، والحفاظ عليه نظيفاً، ومعايرته بشكل صحيح، ودمجه مع نظام موثوق لجمع البيانات ومراقبتها.

توفر شركة JW-IoT أجهزة استشعار الإشعاع الشمسي، وأجهزة استشعار مرجعية من السيليكون، وأجهزة قياس الإشعاع الحراري، ومحطات الأرصاد الجوية الكهروضوئية، ومسجلات البيانات، وأجهزة الاتصال، وحلول المراقبة عن بعد لمشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية على أسطح المنازل، والموزعة، وعلى نطاق المرافق، والعائمة، وذات الوجهين.

احصل على عرض سعر لجهاز استشعار الإشعاع الشمسي

أرسل معلومات المشروع التالية إلى JW-IoT:

• قدرة محطة الطاقة الشمسية الكهروضوئية
• هيكل ثابت الميل أو هيكل تتبع
• نوع الوحدة
• القياس المطلوب للإشعاع الشمسي العالمي أو قياس نقطة الوصول
• عدد مواقع المراقبة
• دقة المستشعر المطلوبة
• إشارة الخرج أو بروتوكول الاتصال
• متطلبات مسجل البيانات أو المنصة
• ظروف إمداد الطاقة
• بيئة التركيب

بإمكان فريقنا التقني أن يوصي بتكوين مناسب للمستشعر والنظام لمشروعك.

احصل على عرض سعر لجهاز استشعار الإشعاع الشمسي

الأسئلة الشائعة

1. ما هو قياس الإشعاع الشمسي في محطة الطاقة الكهروضوئية؟

يقيس قياس الإشعاع الشمسي الطاقة الشمسية اللحظية التي تتلقاها سطح ما، ويعبر عنها عادةً بوحدة واط/م². في محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، يوفر هذا القياس الأساس اللازم لمقارنة ضوء الشمس المتاح مع إنتاج الكهرباء الفعلي.

2. لماذا يعتبر الإشعاع الشمسي مهماً لحساب نسبة الأداء؟

تقارن نسبة الأداء بين إنتاج الطاقة الكهروضوئية الفعلي والإنتاج المتوقع من مصادر الطاقة الشمسية المتاحة. ولأن العائد المرجعي مستمد من الإشعاع الشمسي، فإن بيانات الإشعاع غير الدقيقة قد تشوه نسبة الأداء المحسوبة بشكل مباشر.

3. ما الفرق بين الإشعاع الشمسي العالمي (GHI) والإشعاع الشمسي عند نقطة التلامس (POA)؟

يقيس مؤشر الإشعاع الشمسي العالمي (GHI) الإشعاع الشمسي على سطح أفقي. بينما يقيس مؤشر الإشعاع الشمسي عند نقطة التلامس (POA) الإشعاع في نفس مستوى وحدات الخلايا الكهروضوئية. وعادةً ما يكون مؤشر الإشعاع الشمسي عند نقطة التلامس أكثر صلةً بتحليل أداء المصفوفة.

4. ما هو المستشعر المناسب لمحطة الطاقة الكهروضوئية؟

تُستخدم مقاييس الإشعاع الحراري بشكل شائع في القياسات واسعة النطاق والاحترافية وعالية الدقة. أما مستشعرات الإشعاع المصنوعة من السيليكون، فتُختار غالبًا لرصد نقاط الوصول بسرعة وفعالية من حيث التكلفة، ولتوفير نشر اقتصادي متعدد النقاط.

5. هل يمكن لمستشعر السيليكون أن يحل محل مقياس الإشعاع الحراري؟

يعتمد ذلك على هدف المشروع ومتطلبات الدقة. قد يكون مستشعر السيليكون مناسبًا لمراقبة أداء الخلايا الكهروضوئية التشغيلية، بينما يُفضل استخدام مقياس الإشعاع الحراري لقياس موارد الطاقة الشمسية واسعة النطاق أو لتقييم الأداء الرسمي.

6. كم مرة يجب معايرة مستشعر الإشعاع الشمسي؟

ينبغي أن تتوافق فترة المعايرة مع توصيات الشركة المصنعة للمستشعر، وخطة الجودة الخاصة بالمشروع، ومتطلبات المراقبة المعمول بها، وأهمية البيانات. كما ينبغي فحص المستشعرات للتأكد من عدم وجود انحراف بين عمليات المعايرة الرسمية.

7. كم عدد أجهزة استشعار الإشعاع الشمسي التي تحتاجها محطة الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟

يعتمد العدد المطلوب على حجم المحطة، والتضاريس، واتجاه الوحدات، وتصميم أجهزة التتبع، والتقلبات الجوية المحلية، ومتطلبات الرصد. عادةً ما تتطلب المواقع الكبيرة أو المعقدة أجهزة استشعار متعددة في مناطق تمثيلية.

8. هل يمكن لبيانات الطقس الإقليمية أن تحل محل جهاز استشعار الإشعاع الشمسي الموجود في الموقع؟

يمكن للبيانات الإقليمية وبيانات الأقمار الصناعية أن تدعم المقارنة المعيارية وتقييم الموارد، ولكنها قد لا تمثل الإشعاع الشمسي الفعلي الذي تتلقاه منظومة الخلايا الكهروضوئية. وتُعد أجهزة الاستشعار الموجودة في الموقع أكثر ملاءمةً لتحليل أداء التشغيل وتشخيص الأعطال.

9. هل يمكن لـ JW-IoT دمج مستشعرات الإشعاع الشمسي مع منصة موجودة؟

نعم. يمكن لأجهزة الاستشعار وأجهزة المراقبة JW-IoT دعم الواجهات الشائعة مثل RS485 Modbus ويمكن دمجها مع مسجلات البيانات، ووحدات التحكم عن بعد، ووحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، والبوابات، والمنصات السحابية، أو أنظمة المراقبة الخارجية المختارة وفقًا لمتطلبات المشروع.