نسبة الطاقة المكتسبة في الأنظمة الشمسية ثنائية الوجه المركبة على أسطح المنازل تصل إلى 22.6%
Image Source: Solar Power Management
جمع علماء في أستراليا تقنيات تتبع الشعاع Monte Carlo (MCR) والنمذجة الكهربائية لتقييم المكاسب المحتملة للطاقة من أنظمة الطاقة الكهروضوئية ثنائية الوجه على أسطح المنازل مقارنة بالمصفوفات أحادية الوجه. ووجدوا أن انعكاسية السطح تلعب دورًا رئيسيًا في زيادة أداء أنظمة الطاقة الكهروضوئية ثنائية الوجه.
استخدمت مجموعة من الباحثين من الجامعة الوطنية الأسترالية (ANU) ومصنع Sundrive للطاقة الكهروضوئية ومقره سيدني تقنيات تتبع الشعاع Monte Carlo (MCRT) والنمذجة الكهربائية لتقييم المكاسب في إنتاج الطاقة التي توفرها أنظمة الطاقة الكهروضوئية ثنائية الوجه على أسطح المنازل مقارنة بنظيرتها أحادية الوجه.
وأوضح العلماء أن إطار النمذجة الخاص بهم يربط تقنية MCRT بنموذج كهربائي مفصل لوحدات الطاقة الكهروضوئية ثنائية الوجه عالية الكفاءة، والذي قالوا إنه يعالج القيود النموذجية المرتبطة بالنمذجة التقليدية لعوامل الرؤية (VF).
وقالوا،على وجه التحديد، يحل النموذج تعقيدات العوامل الواقعية، بما في ذلك ظاهرة عدم التطابق على مستوى خلية إلى خلية وعلى مستوى المصفوف الناشئة عن تأثيرات الإضاءة غير المتجانسة وتأثيرات الحافة. وعلاوة على ذلك، يأخذ بعين الاعتبار التأثيرات غير المتجانسة للإضاءة الناتجة عن إطارات الوحدات ومكونات التثبيت، وهو جانب غالبًا ما يتم تجاهله في النماذج السابقة.
يعمل النموذج المقترح بأربع خطوات: النمذجة البصرية؛ النمذجة الحرارية؛ النمذجة الكهربائية؛ والتكامل. يقوم نموذج MCRT بتقييم الضوء المباشر والمنتشر بشكل منفصل ويربط النتائج بناءً على قيم الإشعاع المباشر والمنتشر المقاسة في كل خطوة زمنية.
استخدمت مجموعة البحث إطار MCRT لتحليل أداء صفين من ثمانية وحدات شمسية لكل منهما مع مسافة ثابتة بين الصفوف تبلغ 5 أمتار. يتم تثبيت الوحدات بزاوية ميل مختلفة على بعد أكثر من 20 سم فوق سطح المنزل. وذكرت الدراسة، من المهم ملاحظة أن اكتشافنا لتصميم النظام لا يمتد إلى اعتبارات تباعد الوحدات أو عوامل تصميم أخرى تؤثر على أداء النظام الأمثل.
وأظهر التحليل أن انعكاسية السطح تلعب دورًا رئيسيًا في زيادة أداء نظام الطاقة الكهروضوئية ثنائية الوجه على سطح المنزل. ووجد الأكاديميون أن المصفوفات ثنائية الوجه يمكن أن توفر مكاسب في الطاقة تصل إلى 22.6٪ أعلى من نظيراتها أحادية الوجه. بالإضافة إلى ذلك، كشف التحقيق أن انعكاسية السطح تؤثر أيضًا على زاوية الميل المثالية للوحدات ثنائية الوجه. وبالمقارنة مع الوحدات أحادية الوجه، تظهر الوحدات ثنائية الوجه زوايا ميل مثالية أعلى لتحقيق أقصى قدر من توليد الطاقة.
علاوة على ذلك، أظهر التحليل أن تصميم النظام والوحدة يلعب أيضًا دورًا حاسمًا في زيادة إنتاج الطاقة، حيث يكون الربط المتوازي للفرعين العلوية والسفلية مفيدًا بشكل خاص. وأشار العلماء إلى أنه، بدون تفرعات متوازية، انخفضت الطاقة المكتسبة ثنائي الوجه بنسبة 0.9٪ لنظام به مكونات تثبيت على سطح عاكس بنسبة 75٪.
تم تقديم نتائجهم في دراسة بعنوان النمذجة الدقيقة لإمكانية الكسب ثنائي الوجه لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية على أسطح المنازل، والتي نُشرت مؤخرًا في مجلة تحويل الطاقة وإدارتها.
