توسط : تیم پژوهشی از شرکت چینی Yunnan Longyuan New Energy روش تازهای برای طراحی نیروگاههای خورشیدی در مقیاس بزرگ واقع در مناطق تپهای و کوهستانی ارائه کردهاند.
این تیم مطالعه شبیهسازی روی یک مزرعه خورشیدی ۳۸۶.۴ مگاواتی در نزدیکی شهر پُوئر در جنوب چین — در ارتفاع ۱۰۳۷ متری از سطح دریا — انجام داده است. پژوهشگران برای ایجاد مدل دقیق از محیط، از دادههای مدل ارتفاعی دیجیتال (DEM) با وضوح بالا استفاده کردند که از طریق فتوگرامتری پهپادی (UAV) بهدست آمده بود. این دادهها مبنای ساخت یک مدل سهبعدی از توپوگرافی سایت نیروگاه بودند.
پژوهشگران توضیح دادند: «مدل سهبعدی زمین با استفاده از نرمافزار Rhino ایجاد شد و تحلیل کمّی نیروگاه از طریق پلتفرم PVsyst انجام شد تا عوامل کلیدی مؤثر بر راندمان آن، ازجمله افت دما، افت تابش، و تلفات ناشی از سایهاندازی ارزیابی شود.»
بهگفته تیم تحقیقاتی، نتایج این تحلیل میتواند راهنمای تصمیمگیری عملی برای نگهداری و بهینهسازی آرایههای خورشیدی در مناطق با توپوگرافی پیچیده فراهم کند.
طراحی نیروگاههای خورشیدی در مناطق کوهستانی
پژوهشگران برای ناحیه پُوئر، دادههای هواشناسی شامل میانگین دمای سالانه، بارش، و تابش خورشیدی را از نرمافزار Meteonorm استخراج کردند. ارتفاع میانگین این تپه ۱۰۳۷ متر از سطح دریا بود و نیروگاه خورشیدی شبیهسازیشده روی آن به دو ناحیه تقسیم شد:
- ناحیه A دارای توپوگرافی محدب با مساحت 1175 مترمربع و شیب متوسط ۲۰.۳۷۸ درجه بود و در این بخش ۴۵۶ پنل خورشیدی نصب شد.
- ناحیه B دارای توپوگرافی مقعر با مساحت ۵۶۱ مترمربع و شیب متوسط ۱۷.۷۰۳ درجه بود. تعداد پنلهای نصبشده در این بخش ۲۱۶ عدد بود.
هر پنل، یک ماژول منوکریستال n-type با توان نامی ۵۷۵ وات و راندمان ۲۲.۳ درصد بود. ابعاد فیزیکی پنل ۲۲۷۸ × ۱۱۳۴ × ۳۰ میلیمتر و مساحت مؤثر دریافت نور حدود ۲.۵۸ مترمربع اعلام شده است.
در طراحی سیستم، چهار اینورتر در نظر گرفته شده که هر یک به ۱۲ استرینگ PV متصل است. هر استرینگ شامل ۱۴ پنل بوده و درمجموع آرایش کامل نیروگاه را تشکیل میدهد. بیشینه راندمان تبدیل اینورترها ۹۹ درصد گزارش شده است.
پژوهشگران توضیح دادند: «توپوگرافی باز و دارای تهویه مناسب در ناحیه کوهستانی محدب A عملکرد حرارتی بهتری ایجاد میکند، بهطوریکه اتلاف انرژی سالانه هر ماژول ۳۸.۱ کیلوواتساعت است؛ این میزان در ناحیه مقعر B برابر ۳۹.۵ کیلوواتساعت است. بازده کلی آرایه فتوولتائیک در ناحیه A بالاتر از ناحیه B است و اتلاف ناشی از افزایش دمای پنل برای هر ماژول ۳.۵ درصد کاهش یافته است.»
نتایج نشان داد که ناحیه محدب A نسبت به ناحیه مقعر B دارای ۶۵.۵ درصد پوشش سایهزنی کمتر و ۶۶.۹ درصد تلفات الکتریکی پایینتر است. همچنین شکاف عملکردی میان دو ناحیه در ماه ژانویه به بیشترین مقدار میرسد؛ بهطوریکه راندمان تولید هر پنل در ناحیه A معادل ۶۶.۴ کیلوواتساعت و در ناحیه B ۶۴.۳ کیلوواتساعت بوده است.
در انقلاب زمستانی، ناحیه A تنها ۰.۱ درصد تلفات در تابش مستقیم و بخش الکتریکی تجربه میکند، درحالیکه ناحیه B بهترتیب با ۱ درصد و ۶.۹ درصد تلفات مواجه است.
پژوهشگران تأکید کردند: «ارزیابی در سطح سیستم نشان میدهد که پیکربندی باز و بدون مانع در ناحیه A، علاوه بر بهبود عملکرد هر پنل، بازده کلی نیروگاه را نیز بهینه میکند. تلفات الکتریکی ناشی از سایهزنی در ناحیه A معادل ۰.۴- درصد (۳.۵۷ کیلوواتساعت بهازای هر پنل) است، درحالیکه این مقدار در ناحیه B به ۲.۹- درصد (۲۶.۳ کیلوواتساعت) میرسد. این اختلاف قابلتوجه نشان میدهد که ویژگیهای توپوگرافی مناطق کوهستانی باید از ابتدا در طراحی آرایههای فتوولتائیک لحاظ شود.»
نتایج کامل این پژوهش در مجله Scientific Reports منتشر شده است.
