ماهي محسنات الطاقة؟ وماهي الفائدة من استخدامها في منظومات الطاقة الشمسية في القطاع السكني؟

Image Source: power optimizers

تستخدم محسّنات الطاقة للتغلب على ظروف التظليل والتوجيه المتعدّد للألواح الشمسية على الأسطح في القطاع السكني.

كما هو متعارف علية أنه في ظروف التظليل الجزئي أو الحاجة إلى توجيه الألواح باتجاهات متعددة, تنخفض انتاجية المنظومات الكهروضوئية التي تعمل مع عاكس السلسلة (Strings Inverters) لتصبح مساوية لإنتاج اللوح ذو الإنتاجية الأقل بين الألواح, بينما تعمل العواكس الميكروية (Micro Inverters) بشكل جيد في مثل هذه الظروف كون انتاجية كل لوح لا تؤثّر على انتاجية باقي الألواح.

ونتيجةً للتكلفة المرتفعة جداً للعواكس الميكروية, فقد طوّر المصنعون حلول لمشكلات العواكس في ظروف التظليل والتوجيه المتعدد للألواح من خلال تجهيزات إلكترونية يتم إضافتها إلى كل لوح على حدى وتركب على السطح الخلفي له, وتسمى بمحسّنات الطاقة DC Power optimizers, تتيح محسّنات الطاقة إمكانية الحصول على الاستطاعة العظمى من الألواح المثبّتة على الأسطح. (شاهد الصورة في الأسفل التي توضح الفرق بين الثلاث المكونات).

Image Source:Laminar

آلية العمل:

تقوم محسّنات الطاقة بملاحقة نقطة الاستطاعة العظمى Maximum Power Point Tracking (MPPT) لكل لوح وتنظيم جهده بشكل آني قبل إرسال استطاعته الناتجة إلى عاكس السلسلة المركزي وبهذا نحصل على ألواح ذكية قادرة على ملاحقة نقطة الاستطاعة العظمى وتنظيم الجهد آنياً ومحلياً, مما يتيح عمل المنظومة بالشكل الأمثل بغض النظر عن التظليل الجزئي لأحد الألواح أو اتجاهه بالنسبة للشمس أو حتى تلف واحد أو أكثر من الألواح.

أمّا عن أهم المزايا التي يضيفها استخدام محسّنات الطاقة:

1- الحصول على كمية أكبر من الطاقة الكهربائية في ظروف التظليل الجزئي للألواح أو عند توجيهها باتجاهات متعدّدة, بنسبة قد تصل إلى 25%.

2- مراقبة النظام على مستوى اللوح: تعتبر محسّنات الطاقة إلكترونيات على مستوى اللوح Module-Level Power Electronics (MLPE), يمكنها جمع بيانات الطاقة المنتجة كالجهد والكفاءة العظمى لكل لوح, إضافةً لبيانات أداء الطاقة والتقارير المالية ويمكنها عرضها للمستخدم عن طريق تطبيق يعمل بالزمن الحقيقي, كما يتيح هذا التطبيق إرسال التنبيهات عند عدم عمل النظام بالشكل المطلوب.

3- تتيح إمكانية الربط مع بطاريات التيار المستمر: بما أن كل من الألواح والبطاريات تعمل بالتيار المستمر, يفضّل التوصيل المباشر لخرج الألواح  إلى البطارية باستخدام شواحن تيار مستمر ذكية تدعى StorEdge, مما يتيح عمل النظام بكفاءة أعلى ويسمح بالاستغناء عن عملية تحويل التيار بين مستمر و متناوب على مرحلتين.

4- حجم أصغر لعاكس السلسلة: بما أنّ تتبع الاستطاعة العظمى وتنظيم الجهد يحدث على مستوى اللوح, فليس من الضرورة أن يكون حجم عاكس السلسة كبير, وبالتالي يحتاج فقط إلى مساحة صغيرة للتركيب.

بعض سلبيات استخدام محسّنات الطاقة:

1- تعتبر تقنية جديدة ولا يزال انتاجها وتصنيعها محصور بشركة SolarEdge حتى الآن, وهذا يجبر المستخدمين على شراء عواكس من إنتاجها لتأمين التوافق.

2- التكلفة: بما أنّه يتم إضافة محسّنات الطاقة إلى كل لوح على حدى, فإنّ تكلفة التركيب ستزداد بكشل كبير مقارنةً مع عواكس السلسة التقليدية, ولكنّها رغم ذلك تبقى أفضل مادياً من العواكس الميكروية المرتفعة التكلفة.

3- اختلاف فترات الضمان للمكونات المختلفة: تعتبر محسّنات الطاقة تقنية جديدة, وقد صرّحت شركة SolarEdge أنّ ضمان عملها القياسي قد يستمر لـ 25 عام أي بعمر الألواح, بينما تستمر العواكس بالعمل لمدّة لا تتجاوز الـ 12 عام, هذا يفرض عملية استبدال العاكس قبل استبدال الألواح.

نستنتج أنّ محسّنات الطاقة تسمح لعواكس السلسة بعمل مشابه للعواكس الميكروية ويمكن المقارنة بينهما من خلال الجدول التالي:

فرصة تدريبية في مجال الطاقة الشمسية