تولید برق در نیروگاههای خورشیدی (فتوولتائیک) کاملاً به تابش مستقیم و پیوسته نور خورشید وابسته است. با اینکه این نوع انرژی به سرعت در حال رشد است، اما عبور ابرها یکی از بزرگترین مشکلات طبیعی برای پایدار نگهداشتن شبکه برق است.
ابرها با جذب، انعکاس و پراکندگی نور خورشید، شدت تابش روی پنلهای خورشیدی را کاهش میدهند. این کاهش تابش باعث میشود که تولید برق به طور ناگهانی و غیرقابل پیشبینی تغییر کند. در شرایطی که هوا کاملاً ابری باشد، تولید برق میتواند تا ۹۰ درصد کم شود.
این نوسانات میتوانند مشکلاتی برای عملکرد شبکه برق ایجاد کنند و نیاز به واکنش سریع از طرف اپراتورهای برق و سیستمهای ذخیرهسازی انرژی دارند تا تولید برق ثابت و پایدار بماند.
برای درک اینکه ابرها چطور بر تولید برق تأثیر میگذارند، باید تولید برق در شرایط آفتابی و ابری را مقایسه کنیم. در یک روز آفتابی عادی، یک نیروگاه خورشیدی معمولاً برق را با ظرفیت کامل تولید میکند، اما در شرایط ابری، تولید برق میتواند تا ۴۰ تا ۹۰ درصد کاهش یابد، بستگی به ضخامت و نوع ابرها.
میزان کاهش تولید برق در روزهای ابری به ویژگیهای فیزیکی ابرها بستگی دارد:
• نوع ابر و ارتفاع: ابرهای نازک و مرتفع (مانند سیروسها) کاهش کمتری در تولید برق ایجاد میکنند، اما ابرهای ضخیم و کمارتفاع (مانند استراتوسها یا کومولوسهای ضخیم) بیشتر نور خورشید را جذب کرده و باعث کاهش قابل توجه تابش میشوند.
• اثر لبه ابر: وقتی آسمان بهطور جزئی ابری است، گاهی نور خورشید در لبههای ابر متمرکز میشود، که میتواند باعث افزایش لحظهای تابش و حتی فراتر از ظرفیت معمول پنلها شود. این تغییرات سریع و شدید میتواند باعث نوسانات ناگهانی در تولید برق شده و نیاز به توجه ویژه از سوی سیستمهای حفاظتی داشته باشد. در مقالهی «تأثیر سایهاندازی بر راندمان نیروگاه خورشیدی» در وبسایت دکتر سولار، رابطهی کاهش بهرهوری پنلهای خورشیدی در اثر سایه اندازی و روشهای جلوگیری از آن بررسی شده است.
برای مقابله با نوسانات ناشی از عبور ابرها و حفظ پایداری شبکه برق، چندین روش و فناوری مؤثر وجود دارد:
• استفاده از فناوریهای هوشمند برای پیشبینی شرایط جوی: با استفاده از تصاویر ماهوارهای با دقت بالا و ابزارهای زمینی مثل سنجشگرهای آسمان (Sky Imagers) که قادر به پیشبینی حرکت ابرها در افق طی چند دقیقه تا یک ساعت هستند، اپراتورها میتوانند سریعتر به تغییرات ناگهانی در تولید برق واکنش نشان دهند.
• استفاده از سیستمهای ذخیرهسازی انرژی (باتریها): یکی از بهترین روشها برای مقابله با کاهش ناگهانی تولید برق، استفاده از ذخیرهسازهای باتری (BESS) است. این باتریها میتوانند انرژی را در زمانهای تولید بالا ذخیره کنند و هنگام عبور ابرها یا تغییرات تابش، این انرژی ذخیرهشده را سریعاً به شبکه برق تزریق کنند تا ثبات شبکه حفظ شود.
• بهینهسازی سیستمهای فتوولتائیک: نصب بهینهسازهای توان (Optimizers) در سطح ماژول یا استفاده از اینورترهای پیشرفته که توانایی تنظیم سریع الگوریتمهای ردیابی نقطه حداکثر توان (MPPT) را در شرایط تابش متغیر دارند، میتواند کارایی سیستمهای خورشیدی را در شرایط تابش پراکنده و نوسانی به طور قابلتوجهی بهبود بخشد.
مدیریت یک نیروگاه خورشیدی در روزهای ابری به استراتژیهای پیچیده و واکنش سریع نیاز دارد.
• استراتژیهای مدیریتی برای حفظ تولید: در نیروگاههای بزرگ، از نرمافزارهای پیشرفته برای تنظیم تغییرات در الگوریتمهای کنترل سیستمها استفاده میشود. این الگوریتمها به گونهای طراحی شدهاند که هنگام وقوع نوسانات پیشبینیشده، بهطور تدریجی تولید برق اینورترها را محدود کنند و از وارد آمدن شوکهای ناگهانی به شبکه برق جلوگیری کنند.
• برنامهریزی برای تامین انرژی: اپراتورهای شبکه باید بهگونهای برنامهریزی کنند که در مناطق با وضعیت آب و هوایی ناپایدار، منابع پشتیبان مانند نیروگاههای گازی سریع یا نیروگاههای برق آبی به سرعت وارد عمل شوند و کاهش تولید برق خورشیدی را جبران کنند. این نوع برنامهریزی در شبکههایی که وابستگی زیادی به انرژی خورشیدی دارند، بسیار ضروری است. در مقالهی «عملکرد سیستم خورشیدی در فصل سرما و روزهای بارانی» در وبسایت دکتر سولار، عوامل مؤثر بر عملکرد سامانههای خورشیدی در شرایط جوی سرد و راهکارهای افزایش بازده در چنین محیطهایی تحلیل شده است.
فناوریهای نوین برای مقابله با نوسانات تولید برق خورشیدی به سرعت در حال پیشرفت هستند:
• توسعه پنلهای خورشیدی مقاومتر در برابر تغییرات تابش: نسل جدید سلولهای فتوولتائیک، مانند سلولهای پروسکایت و سلولهای دوگانه (Bifacial)، بازدهی بیشتری در جذب تابش پراکنده دارند و در شرایط ابری، عملکرد بهتری نسبت به سلولهای سیلیکونی سنتی ارائه میدهند.
• سیستمهای پیشبینی دقیقتر: پروژهها و ابتکارات جدید در حال توسعه مدلهای یادگیری ماشینی (Machine Learning) هستند که با ترکیب دادههای سنسورهای محلی، تصاویر ماهوارهای و مدلهای هواشناسی، پیشبینیهای بسیار دقیق و کوتاهمدت (بین ۵ تا ۶۰ دقیقه) از حرکت و چگالی ابرها ارائه میدهند. این پیشبینیها به شبکههای هوشمند کمک میکنند تا بهطور خودکار و بدون دخالت انسان، به نوسانات تولید برق خورشیدی واکنش نشان دهند.
عبور ابرها، اصلیترین چالش طبیعی در بهرهبرداری از نیروگاههای خورشیدی است. ابرها با جذب و پراکندگی تابش مستقیم خورشید، کارایی پنلهای فتوولتائیک را بهطور قابل توجهی کاهش میدهند؛ بهطوری که در شرایط ابری کامل، تولید برق ممکن است تا ۴۰ تا ۹۰ درصد کاهش یابد.
این کاهش به ویژگیهای ابرها بستگی دارد: ابرهای ضخیم بیشترین کاهش تولید برق را ایجاد میکنند. در حالی که در شرایط ابری جزئی، پدیدهای به نام اثر لبه ابر میتواند نوسانات لحظهای و شدید (حتی بالاتر از ظرفیت نامی پنلها) ایجاد کند.
برای حفظ پایداری شبکه در مواجهه با این نوسانات، سه راهکار اصلی وجود دارد:
• فناوریهای هوشمند: استفاده از سنجشگرهای آسمان (Sky Imagers) و تصاویر ماهوارهای برای پیشبینی حرکت ابرها در کوتاهمدت (چند دقیقه)، به اپراتورها این امکان را میدهد که سریعاً به تغییرات واکنش نشان دهند.
• ذخیرهسازی انرژی: استقرار سیستمهای باتری (BESS) برای ذخیره انرژی و تزریق سریع آن به شبکه در زمان کاهش تولید، تا ثبات شبکه حفظ شود.
• بهینهسازی سیستم: استفاده از بهینهسازهای توان و الگوریتمهای پیشرفته ردیابی نقطه حداکثر توان (MPPT) تا کارایی پنلها در شرایط تابش پراکنده بهبود یابد.
در نهایت، پیشرفتهای اخیر در این زمینه بر توسعه سلولهای فتوولتائیک نسل جدید (مانند پروسکایتها) که قادر به جذب بهتر تابش پراکنده هستند، و همچنین مدلهای یادگیری ماشینی برای پیشبینی دقیقتر نوسانات متمرکز شده است. این پیشرفتها به مدیریت خودکار و مؤثر نوسانات در شبکههای هوشمند کمک میکنند.
ارسال نظر
آموزش خورشیدی