الطاقة المتجددة #renewableenergy هي الطاقة التي لا تستنفد عند استخدامها، مثل طاقة الرياح، الطاقة الشمسية وغيرها.ولاشك أن الأبحاث في هذا المجال متصاعدة ومتسارعة نظرا لازدياد العنصر البشري وقلة المصادر التي يمكن الإعتماد عليها في تأمين الطاقة لهذا العدد المهول والمتصاعد من البشر
من أشهر أنواع الطاقة المتجددة والأكثر انتشارا طاقة الرياح والطاقة الشمسية ولكل منها مزايا ومساويء. بشكل عام الطاقة الشمسية تتميز بالوفرة والرخص ولكن كفاءتها جدا منخفضة مقارنة بالرياح والمكلفة جدا في التركيب والصيانة.اليوم سأتحدث بشكل مختصر عن الطاقة الشمسية.
تولي المملكة وحسب رؤية 2030 عناية خاصة بالطاقة المتجددة وتدعم بشكل ملحوظ مختلف الأبحاث في هذا المجال. ويمكن تقسيم هذه الأبحاث إلى قسمين رئيسين: ١- أبحاث على مستوى التصنيع والفيزيائية للخلايا الشمسية،٢- على مستوى تخزين الطاقة والتحكم في دمجها بالكهرباء العامة
في كلتا الحالتين يجب على الباحث وخصوصا الناس المبتدئين في هذا المجال إدراك بعض النقاط الأساسية والتي لا غنى عنها عند التعامل مع الخلايا الشمسية. سأخصص هذا الحديث عن مصطلحات مهمة لايخلو بحث من ذكرها مثل MPPT, Imp,Vmp,Isc,Voc
الخلية الشمسية عبارة عن وحدة الكترونية cell تحول الطاقة الضوئية إلى كهربية عن طريق الحث الضوئي.وبجمع أكثر من خلية على شكل صفوف وأعمدة يتكون لدينا PV module وبجمع أكثر من PV modules نحصل على PV array وهي مايسمى أحيانا المزارع الشمسية كما في الصورة أدناه
كمية الطاقة المنتجة تعتمد على حجم الألواح الشمسية وكفاءتها، درجة الحرارة، وشدة الإضاءة. غالبا كفاءة الطاقة الشمسية منخفضة جدا، وبالعموم في الجو البارد شديد الإضاءة تزداد الإنتاجية ويمكن الوصول لأعلى نقطة في الطاقة. فلو افترضنا تثبيت درجة الحرارة وتغيير شدة الإضاءة ستتغير كمية
الطاقة المنتجة وفقا للتغير الحاصل في الإضاءة، وعليه تغير في كمية الطاقة القصوى التي يمكن استخراجها من الضوء. لهذا لا بد من عملية تتبع للطاقة القصوى للإستفادة من الخلايا الشمسية بالشكل المطلوب.لتوضيح الموضوع بشكل أدق دعونا نرسم العلاقة بين الجهد الكهربائي والطاقة لخلايا افتراضية?
في الصورة السابقة الطاقة القصوى MPP تحصل عندما تكون قيمة الجهد الكهربائي عند النقطة Vmax. ولكن عندما تتغير الإضاءة أو درجة الحرارة(كما في الشكل أدناه) هذه النقطة MPP تتغير وبالتالي تحتاج تغير النقطة Vmax تباعا حتى نحصل على الطاقة القصوى مجددا
هنا نحتاج تتبع ل MPP وهو مايسمى باللغة الإنجليزية Maximum Power Point Trackingأو تتبع الطاقة القصوى.من أشهر الطرق والخوارزميات المستخدمة هو ما يسمى ب Perturb and Observe وهي باختصار تقوم على مبدأ تغيير قيمة الجهد الكهربائي على محور السينات عند حدوث تغير في الإضاءة أو الحرارة
ثم ملاحظة قيمة الطاقة على محور الصادات الناتجة عن تغيير الجهد الكهربائي والإستمرار بتغيير الجهد الكهربائي وملاحظة قيمة الطاقة حتى نحصل على الطاقة القصوى. الشكل التالي يوضح هذه العملية بشكل واضح ودقيق
عملية تغيير الجهد الكهربائي والتحكم به غالبا تتم عن طريق الكترونيات القدرة power electronics. وهذا الباب ضخم جدا ولكن في حالتنا هذه نحتاج إلى DC-DC Buck Converter وهذا النوع من الدوائر يحول مستوى الجهد الكهربي من مستوى عالي إلى مستوى أقل، مثلا 20 فولت إلى 10 فولت
وتغيير مستوى الجهد الكهربائي في عملية تتبع الطاقة القصوى مطلوب. حيث أنه وعند الحصول على الطاقة القصوى من خلال الخوازمية المذكورة مسبقا يتم أخذ الجهد الكهربي والذي عنده حصلنا على الطاقة القصوى كمرجع لنظام التحكم Vrefوالذي يجبر المحول على العمل على هذه النقطة?
بعد هذا العرض المقتضب نرجع لسؤالنا: ماهو Vmp,Imp,Isc,Voc
Vmp هو الجهد والذي عنده نحصل على أقصى طاقة
Imp هو التيار والذي عنده نحصل على أقصى طاقة
Isc هو أقصى تيار نحصل عليه وذلك عندما تكون الدائرة مغلقة
Voc هو أقصى جهد نحصل عليه وذلك عندما تكون الدائرة مفتوحة
العلاقة بين vوI?
Vmp هو الجهد والذي عنده نحصل على أقصى طاقة
Imp هو التيار والذي عنده نحصل على أقصى طاقة
Isc هو أقصى تيار نحصل عليه وذلك عندما تكون الدائرة مغلقة
Voc هو أقصى جهد نحصل عليه وذلك عندما تكون الدائرة مفتوحة
العلاقة بين vوI?
الحديث عن الخلايا الشمسية طويل جدا ولكن من وجهة نظري هذه هي النقاط الأساسية لانطلاقة أي باحث في هذا المجال. سأتحدث في المرة القادمة عن أساسيات طاقة الرياح واستخراج الطاقة القصوى الرياح بنفس الطريق باذن الله
أستودعكم الله
أستودعكم الله
جاري تحميل الاقتراحات...