PVWatts^®

هو موقع إلكتروني مطوّر بواسطة معهد بحثي National Renewable Energy Laboratory (NREL) في الولايات المتحدة الأمريكية لتقدير الإنتاج الكهربائي من نظام الخلايا الشمسية.

هدف الموقع

تقدير مبدئي للإنتاج الكهربائي الخاص بالخلايا الشمسية الموصول بالشبكة بحسب المكان الجغرافي وبحسب المعطيات المدخلة من قبل المستخدم.

طريقة عمل الموقع 

في البداية يجب إدخال الموقع الجغرافي في المكان الواضح بالصورة أدناه ، وسيتم توجيهك لأقرب مكان جغرافي تتوفر فيه بيانات الإشعاع الشمسي لدى NREL National Solar Radiation Database (NSRDB) ويعبر عنها بنقطة تظهر لك في الخريطة وسيتم حساب مسافة هذا النقطة من موقعك الجغرافي.. الموقع يستخدم hourly typical meteorological year (TMY) وهي طريقة لجمع بيانات الإشعاع الخاصة بالسنوات السابقة وإنشاء بيانات تقديرية يعبر عنها بسنة نموذجية تكون مقاربة للمتوسط المتوقع.

معلومات النظام System Info

DC System Size (kW)

هو حجم نظام الخلايا الشمسية الذي تريد إنتاجه ، هنا لديك الخيار إما بتحديد المنطقة المراد إنشاء النظام فيها عن طريق الضغط على (Rooftop Size Estimator) وسيتم تحديد حجم نظام الخلايا الشمسية بناء على المساحة المحددة من قبلك ، أو بإمكانك إدخال حجم النظام بشكل مباشر إذا كنت غير محدود بمساحة معينة أو حجم محدد.

Module Type

في هذا الخيار تستطيع تحديد نوع الخلايا الشمسية التي تريد استخدامها، الأرقام في الجدول أدناه تم تحديدها بناءاً على الإختبارات المعيارية standard test conditions (STC) وهي:

1- محاكاة اشعاع شمسي بقيمة 1000 واط لكل متر مربع.

2- درجة حرارة الخلية 25 درجة مئوية (الخلية وليس الجو المحيط).

3- كتلة الهواء (1.5 AM) أو بمعنى آخر أن الإشعاع الشمسي عندما يكون عمودي على الخلية الشمسية يكون (AM 1) وعندما يكون مساره بدرجة ميلان 48.2 (1.5 AM) وعندما يكون مسار الإشعاع بدرجة ميلان 60.1 (2 AM) وهكذا.

لو أخذنا مثال الـ Premium سنجد أن إنتاج الخلايا الشمسية بمساحة متر مربع راح يعطينا 210 واط (لأن الكفاءة 21% من الإشعاع 1000 واط) وعندما ترتفع درجة حرارة الخلية عن 25 ستكون هناك خسارة لكل 1 درجة مئوية بما يعادل 0.35% من القدرة المنتجة. (كل لوح شمسي لديه بيانات مختلفة بشكل طفيف ، هذه الأرقام فقط لإستخدامها بالموقع).

انواع طرق تركيب المصفوفات Array Type

في هذا الخيار يتم تحديد طريقة تركيب الألواح الشمسية وهي كالتالي:

الثابتة بحوامل Fixed (Open Rack)

يتم تثبيت الألواح على حامل بشكل مرتفع عن الأرض مما يسمح بمرور الهواء وتبريد الخلايا، أيضاً نستطيع التحكم بالمسافة بين الحوامل حتى نقلل من آثار الظلال الساقط على الخلايا

الثابتة بدون حوامل Fixed (Roof Mount)

يتم تثبيت الألواح على سقف المبنى أو المنزل ( لاتوجد حوامل) لذلك مرور الهواء يكون أقل بسبب قرب المسافة بين السقف والجهة الخلفية من اللوح الشمسي.

متحركة بمحور One Axis Tracking

يتم تركيب الألواح على حامل مع محور يتحرك من الشرق إلى الغرب حتى يتبع ضوء الشمس من الشروق إلى الغروب لتقليل الفاقد الناتج من وجود زاوية بين الإشعاع واللوح الشمسي. نحتاج محرك كهربائي ومتحكم بحركة الألواح وهذا يرفع من سعر النظام.

متحركة بمحور وحامية من الظل One-Axis Backtracking

يتم تركيب الألواح على حامل مع محور لديه مهمتين الأولى توجيه الخلايا من الشرق إلى الغرب والثانية تجنب الظلال الساقط من الألواح المجاورة وهذا قد يبعدها عن مهمتها الرئيسية وهي متابعة ضوء الشمس وهنا يأتي التقدير بإستخدام هذا النوع من عدمه.

متحركة بمحورين Two-Axis Tracking

يتم تركيب الألواح على حامل مع محورين الأول من الشرق للغرب (متابعة ضوء الشمس في الشروق والغروب) والثاني من الشمال للجنوب (متابعة موقع الشمس في الفصول الأربعة)

مفاقيد النظام System Losses (%) 

هنا يتم تحديد المفاقيد المتوقعة بناءاً على الآداء وهي محددة بقيمة إفتراضية 14% ، تستطيع تغييرها بالقيمة التي تريد وهي تشمل التالي:

Soiling (%): المفاقيد المتوقعة بسبب الغبار والأجسام الساقطة على سطح اللوح

Shading (%): المفاقيد المتوقعة بسبب الظلال الذي يعيق وصول الإشعاع للخلية

Snow (%): المفاقيد المتوقعة بسبب الثلج

Mismatch (%): المفاقيد الكهربائية الخاصة بعدم تطابق الجهد والتيار للألواح الشمسية الموصولة في خط واحد

Wiring (%): المافقيد الخاصة بالأسلاك

Connections (%): المفاقيد الخاصة بالموصلات الكهربائية

Light-Induced Degradation (%): المفاقيد الخاصة بتعرض الألواح للضوء في بداية عملها. بعد فترة تستقر هذه النسبة.

Nameplate Rating (%): المفقايد الخاصة بإختلاف البيانات في الواقع عن ما هو موجود في مواصفات اللوح الصادرة من المصنع.

Age (%): المفقايد المتوقعة الخاصة بكفاءة اللوح مع مرور الموقت

Availability (%): المفاقيد المتوقعة و المرتبطة بعدم توفر اللوح الشمسي للعمل والإنتاج.

درجة الميلان Tilt (deg)

درجة ميلان اللوح الشمسي (حيث 0 درجة يعني أفقي و 90 درجة يعني أن اللوح عمودي). درجة الميلان تختلف بإختلاف الموقع الجغرافي وطريقة التركيب ولكن الدارج هو أن تكون درجة الميلان مساوية لخط العرض للمكان الجغرافي حتى يتم أخذ أقصى إشعاع ممكن خلال السنة. أيضاً تستطيع تحديد درجة ميلان أقل لأخذ إشعاع أكثر في فصل الصيف مع خسارة بعض الإشعاع في فصل الشتاء أو العكس عند تحديد درجة ميلان أعلى.

اتجاه اللوح الشمسي Azimuth (deg)

إتجاه اللوح الشمسي (حيث 0 درجة يعني الشمال و 180 درجة يعني جنوب)

يتم توجيه اللوح إلى جهة الجنوب (180 درجة) للمنطاق الجغرافية شمال خط الإستواء و توجيه الألواح إلى جهة الشمال (0 درجة) للمناطق الجغرافية جنوب خط الإستواء.

بعد ذلك نستطيع الذهاب للإعدادت المتقدمة

عوامل مطورة Advanced Parameters

DC to AC Size Ratio

النسبة بين حجم نظام اللوح الشمسي والعاكس (Inverter) ، 1:1 هي النسبة المثالية لتحويل القدرة القصوى DC الصادرة من الألواح إلى AC ، ولكن حجم النظام الشمسي هو مبني على الإختبار المعياري وهو نادراً مايصل إليه لذلك يجب تعديل هذه النسبة قليلاً حتى لا يكون هناك هدر مالي عند شراء العاكس .. النسبة الإفتراضية قد تبدأ من 1.1 إلى 1.4 علماً بأن كل ما ارتفعت النسبة قل معها سعر شراء العاكس وزادت احتمالية وجود مفاقيد (Clipping Losses) حيث يكون هناك قدرة منتجة من الخلايا ولكنها غير مستخدمة من قبل (Inverter) بسبب هذه النسبة العالية.

Inverter Efficiency

كفاءة تحويل العاكس (Inverter) حيث يتم قسمة القدرة الداخلة DC على القدرة الخارجة AC تستطيع أن تجد هذه القيمة في بطاقة بيانات العاكس أو وضع نسبة إفتراضية 96%

Ground Coverage Ratio

نسبة التغطية للألواح الشمسية للأرض كاملة. الرقم 1 يعني لاتوجد مسافات بين الألواح والأرض جميعها مغطاه بألواح شمسية.. الرقم 0.5 يعطي مؤشر أن هناك مسافات متباعدة بين الألواح بحيث أن تغطية جميع الألواح للمنطقة المحددة هي النصف.

Albedo

الإشعاع الشمسي الكامل (Global) عندما يصل للأرض ينقسم إلى قسمين: 1- الإشعاع المباشر (Direct) وهو يصل للأرض بشكل مباشر. 2) الإشعاع الغير مباشر (Indirect) وهذا يمكن أن يكون مبعثر (Diffused – Scattered) بحيث يتشتت الضوء إلى عدة إتجاهات .. أو يكون منعكس (Reflected) بحيث ينعكس أغلب الضوء بإتجاه واحد.

(Albedo) هو مقياس لكمية الضوء المنعكس (0 إلى 1) بحيث الرقم 0 يعني أن كل الضوء تم إمتصاصه ولم ينعكس شيء و 1 يعني كل الضوء تم عكسه. هذا الرقم يؤخذ من ملف الطقس في PVWatts وتستطيع تغييره إذا لديك رقم محدد.

Bifacial

هو نوع من الألواح الشمسية يستطيع إمتصاص الإشعاع من الجهتين (الجهة الأمامية للشعاع المباشر والمنعكس) والجهة الخلفية (للإشعاع المنعكس) لذلك قيمة Albedo تحدد مدى فعالية هذا النوع من الخلايا.

Monthly Irradiance Loss (%)

في هذا الخيار لديك جميع الأشهر إذا أردت تعديل نسبة فقدان الإشعاع لكل شهر. القيمة الإفتراضية صفر لجميع الأشهر لأن البيانات مأخوذة بشكل تلقائي من محطة الأرصاد.

النتائج RESULTS

بعد الإنتهاء من تحديد حجم النظام والمدخلات ستظهر لك النتيجة كما في الصورة التالية

Solar Radiation

هو مجموع الإشعاع الشمسي الساقط بوحدة كيلو واط لكل متر مربع في اليوم الواحد. يتم حسابه عن طريق جمع الإشعاع الساقط في كل متر مربع لكل ساعة لمدة شهر كامل ثم تقسيمه على عدد الأيام. في شهر يناير نلاحظ أن مجموع الإشعاع الواصل للمتر المربع لكل يوم هو 5.48 كيلو واط.

AC Energy

ليس كل الإشعاع يتم تحويله فهو يعتمد على جميع المدخلات التي تم تحديدها من قبل المستخدم ، تنتهي العملية بالطاقة المتاحة للإستخدام بعد عكسها من DC إلى AC بإستخدام (Inverter) لكل شهر كما في الجدول .. تستطيع قسمة هذا الرقم على عدد الأيام لتأخذ رقم تقريبي للطاقة المتاحة في اليوم الواحد.. مثلاً الطاقة المتاحة في شهر يناير هي 679 كيلو واط ساعة بمتوسط 21.9 كيلو واط ساعة لكل يوم.

تستطيع تحميل ملف إكسل للنظر في تفاصيل البيانات لكل ساعة أو لكل شهر عن طريق الضغط على (hourly) أو (Monthly) كما في الصورة ادناه

المراجع REFERENCES

https://pvwatts.nrel.gov/index.php