بالرغم من أن الخلايا الشمسية الضوئية تعتمد على الإشعاع الشمسي في توليد الطاقة الكهربائية إلا أنها تعتمد فقط على الجزء الضوئي من هذه الطاقة بل وعلى نسبة ضئيلة فقط منه بل وأكثر من ذلك فإن للجزء الحراري من الطاقة الشمسية تأثير سلبي على إنتاج الكهرباء من الألواح الشمسية، هذا ما يعلمه الباحثون والمهندسون العاملون في مجال الطاقة الشمسية وفي أحيان كثيرة يحكمون به على جدوى استخدام الطاقة الشمسية الضوئية في المناطق الحارة مثل بلدنا السودان ومعظم الوطن العربي، ولكن التأثير السلبي على إنتاج الطاقة الكهربائية من الألواح الشمسية لا يؤثر على الإنتاج الكلي للوح وما زال إنتاج الطاقة من هذه الألواح مجدي بل ومجدي جداً في مناطقنا الحارة، بالرغم من هذا التأثير وهذا ما سيبينه هذا المقال مستنداً على قراءات حقيقية ناتجة من مراقبة علمية دقيقة لإنتاجية نظام شمسي ضوئي في الخرطوم لمدة عام كامل وفي الظروف القياسية لهذه المراقبة ونتائج هذا البحث سلمت للنشر.
في مركز بحوث الطاقة في جامعة الخرطوم _ كلية الهندسة_ تم إنشاء أول نظام شمسي ضوئي متصل بالشبكة في السودان بغرض البحث والدراسة، ويوجد في المركز أيضا محطة رصد لمصدري الرياح والشمس تقوم بتدوين الظروف المناخية المطلوبة لدراسة النظام، و تم تسجيل القراءات للعامين 2017- 2018 كما هو مطلوب في النظام القياسي IEC 6724.
كانت الإنتاجية من هذا النظام من أعلى الإنتاجيات من النظم المشابهة في العالم ولا تنافسها إلا الدول التي تتمتع بظروف مشابهه مثل جيبوتي وعمان، الشكل 1 يوضح الأداء في الخرطوم، الشكل 2 في جيبوتي والشكل 3 في ايرلندا للمقارنة. مصدر الرسومات هو البحث الخاص بالكاتبة وهو قيد النشر، ومصدر المعلومات لجيبوتي[1] وايرلندا [2].
ومن الملاحظات الهامة جداً هي أن الإنتاجية ثابتة تقريباً على مدى العام ولا تتغير كثيراً بتغير الفصول وهنا تكمن الجدوى الحقيقية للطاقة الشمسية في منطقتنا الحارة والجافة.
هذه الإنتاجية الثابتة على مدار العام هي بسبب أن الطاقة الشمسية بشقيها الحراري والضوئي تزيد في الصيف وتقل في الشتاء نتيجة لقرب وبعد الموقع من الإشعاع الشمسي المباشر، مما يعني أن ارتفاع الحرارة في الصيف في منطقتنا يأتي معه زيادة أيضا في الإشعاع الشمسي الضوئي مما يعوض من نقص الإنتاج بسبب الحرارة، وفي الشتاء عندما يكون الطقس بارداً نسبياً ينعدم الفقد في الإنتاج بسبب الحرارة وبالتالي تكون الإنتاجية أيضا عالية، هذا ما يبرر ثبات الإنتاج على مدار السنة في منطقتنا.
ولهذا الثبات أسباب أخرى منها أن المنطقة بين المدارين هي منطقة لا يتغير فيها الإشعاع كثيراً على مدى العام بسبب القرب من خط الاستواء، وسبب آخر هو جفاف المنطقة وقلة الأيام التي يوجد فيها سحب ومن المعلوم تأثر إنتاج الخلايا الضوئية بوجود السحب.
تكمن أهمية ثبات إنتاجية النظام الشمسي على مدى العام في نقطتين أساسيتين:
الأولى: أنه من الطبيعي أن النظام الشمسي يصمم لمرة واحدة ويعمل على مدى العام بل على مدى أعوام، وكل ما كان المصدر ثابتاً كل ما كان توقع الإنتاجية أسهل وقلت تعقيدات التصميم وزادت صحة التوقع للطاقة المنتجة، هذه أخبار جيدة لمهندسي التصميم والنظم العاملين في مجال الطاقة الشمسية وبالطبع لكل المستخدمين.
الثانية: أن ثبات الإنتاج على مدى العام يعني قلة بل وانعدام التخزين الفصلي للطاقة الشمسية وأن التخزين اليومي يفي بالغرض، وحين نعلم أن من أسوأ مشاكل الطاقة المتجددة هي التخزين ونلاحظ كلنا الحديث الدائر عن البطاريات ومشاكلها في النظم الشمسية نعلم أن مشكلة الطاقة الشمسية هي التخزين، ولأوضح الفائدة هنا إذا ضربنا مثل بدولة تقع في شمال الكرة الأرضية مثل المانيا – التي تنتج الآن حوالي 60 قيقا واط من الطاقة الشمسية الضوئية- فإن إنتاجها في فصل الشتاء يقل حتى يقارب إلى الصفر في شهور الشتاء وأيضا في الأيام الكثيرة الممطرة على مدى السنة مما يستلزم وجود مصادر بديلة وطرق لتخزين الطاقة وقدرة كبير للتحكم في الطاقة للاستفادة من هذا المصدر، أما في منطقتنا العربية فإن الإنتاجية في الصيف والشتاء متقاربة جداً وكذلك على مدار السنة بسبب قلة السحب مما يترك لنا فقط التحكم بين ساعات النهار والليل لدخول وخروج الأنظمة البديلة وأنظمة التخزين وإنها لمهمة أسهل بكثير من التحكم السنوي .
المراجع:
- Daher DH, Gaillard L, Amara M, Ménézo C. Impact of tropical desert maritime climate on the performance of a PV grid-connected power plant. Renew Energy 2018;125:729–37. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.03.013.
- Ayompe LM, Duffy A, Mccormack SJ, Conlon M. Measured performance of a 1 . 72 kW rooftop grid connected photovoltaic system in Ireland. Energy Convers Manag 2010;52:816–25. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2010.08.007.
