كيف يمكن للنظام الشمسي على شكل V تحسين كفاءة مشاريع الطاقة الشمسية الزراعية؟
تعمل شركة Horizonfirm الإيطالية، المدعومة من مجموعة من العلماء، على تطوير نظام شمسي مبتكر على شكل V، والذي يُعدّ مناسبًا لتطبيقات مشاريع الطاقة الزراعية (Agrivoltaics) ، وتدّعي الشركة أن هذا النظام يمكن أن يُقلل من استخدام الأراضي بنسبة 24% مقارنةً بالأنظمة التقليدية.
نظام مبتكر: دمج الطاقة الشمسية مع الزراعة
النظام الجديد الذي يطورونه يتضمن لوحات شمسية من النوع الثنائي الوجوه مرتبة بشكل V، مع آلية تتبع أحادية المحور، مما يسمح بتعديل الزوايا ديناميكيًا لتحسين التقاط الضوء الشمسي وتخفيف الظلال على المحاصيل مثل مزارع العنب.
تصميم فريد للاستفادة القصوى من الإضاءة
وأشار الدكتور فاليريو لو برانو، قائد البحث الرئيسي، إلى أن “النظام على شكل V مصمم خصيصًا لتعظيم أداء الوحدات الشمسية ثنائية الوجه، وهو غير ممكن باستخدام اللوحات أحادية الوجه.” وشرح كذلك أن استخدام اللوحات أحادية الوجه سيؤثر بشكل كبير على إنتاجية النظام، وهو ما يعزز القيمة المضافة لهذا التصميم الجديد. وأضاف: “سيصل النظام إلى أقصى إمكانياته عندما تصبح الوحدات الشمسية ثنائية الوجه 100% متاحة تجاريًا، مما يتيح الاستفادة الكاملة من قدرة النظام في التقاط الضوء المنعكس.”
نظام مخصص لتحسين الأداء
وقد استخدم الباحثون برنامج PVlib لتطوير خوارزمية مخصصة تعتمد على لغة Python، والتي تتيح محاكاة أداء النظام وفقًا للظلال المتبادلة، والانعكاسات المتعددة، والانعكاس الأرضي. وأكد لو برانو أن “هذه الخوارزمية هي الأولى من نوعها، وهي تحاكي الانعكاسات المتعددة والتعديلات الديناميكية للزاوية، وهما خاصيتان لا تتوفران في الأدوات التجارية.”
أداء النظام: أقل استخدام للأراضي مع تحسين الإنتاجية
فيما يتعلق بتصميم النظام، يمكن أن تتراوح زوايا ميل الألواح الشمسية بين 50° و 90°، مع تحديد خط قمة مخروط V على ارتفاع 3 متر عن الأرض. أظهرت المحاكاة التي تم إجراؤها في مدينة باليرمو الإيطالية أن النظام يولد 2089.3 كيلوواط/ساعة سنويًا لكل زوج من الألواح، وهو أقل بنسبة 5.2% مقارنةً بالأنظمة التقليدية، ولكنه يوفر توفيرًا في مساحة الأرض بنسبة 24%
تحقيق نتائج مثيرة في مشاريع زراعية كبيرة
عند توسيع النظام ليغطي مزرعة عنب مساحتها هكتار واحد، تم تحقيق إنتاج طاقة سنوي بلغ 551.6 ميغاواط ساعة، وهو ما يعادل ضعف ما يتم إنتاجه بواسطة الأنظمة التقليدية ذات الميل الثابت والتي تنتج 286.5 ميغاواط ساعة سنويًا. وأشار الباحثون إلى أن النظام قابل للتكيف مع العديد من السيناريوهات الزراعية والمحاصيل مثل العنب والزيتون والخضروات الورقية التي تنمو بشكل جيد تحت الظلال الجزئية.
الخطوات المستقبلية: مشاريع تجريبية وتعاون مع شركات رائدة
في الوقت الحالي، تعمل Horizonfirm وجامعة باليرمو على تنفيذ مشروع تجريبي بقدرة 949 كيلوواط باستخدام النظام المبتكر، ومن المتوقع ربطه بالشبكة الكهربائية بنهاية العام. وأضاف كريستيان تشياروزي، شريك ومدير الشركة، أن المشروع يتم بالشراكة مع ترينا سولار لتوريد الألواح الشمسية وهواوي تكنولوجيز لتوفير العاكسات الذكية. كما أضاف أنهم يعملون حاليًا على ثلاثة مشاريع أخرى تستخدم هياكل ميل ثابتة شبه رأسية.
الابتكار: براءة اختراع للنظام الشمسي
حصلت Horizonfirm مؤخرًا على براءة اختراع لتصميم النظام الشمسي المبتكر، حيث أشار تشياروزي إلى أن “الفكرة تأتي من الاعتماد المتزايد على الألواح الشمسية ثنائية الوجه، التي لا تتجاوز تكلفتها الحالية تكلفة الألواح أحادية الوجه.” كما أوضح أن الاستثمار الأولي سيكون مرتبطًا فقط بالمكونات الهيكلية للنظام، بما في ذلك آلية التتبع.
المصدر:
تم نشر هذا المقال بعنوان “Modeling and analysis of V-shaped bifacial PV systems for agrivoltaic applications: A Python-based approach for energy optimization” في مجلة Applied Energy.
يمكن الاطلاع على تفاصيل الدراسة من هنا
