وحدة تتنبأ بأعطال الألواح الشمسية

[القاهرة] طور فريق بحثي في الجامعة الأمريكية بالقاهرة تقنيةً جديدةً لمراقبة محطات الطاقة الشمسية وقياس كفاءتها.

جرى التطوير في إطار مشروع بالشراكة بين مركز أجهزة وإلكترونيات النانو بالجامعة، وشركة TSK الإسبانية، وهي من كُبريات الشركات المعنية بتقنيات الطاقات المتجددة في أوروبا، وشركة ’تمكين أنظمة الطاقة‘ في مصر.

”تم اختبار النظام بنجاح على المحطة الكهروضوئية التي بنتها شركة تمكين أنظمة الطاقة في ديسمبر الماضي بمقر الجامعة“، وفق إيضاح يحيى إسماعيل، مدير المركز.

يقول إسماعيل لشبكة SciDev.Net: ”توضع وحدة صغيرة خلف كل لوح شمسي، ليقوم مستشعر موجود فيها بعمل قياسات مستمرة، وذلك من خلال برنامج بسيط ينبه مشغل المحطة إلى وجود عطل في موقع محدد“.

صمم نظام التشغيل والتنبؤ بالصيانة باستخدام تحليلات الذكاء الاصطناعي، ويتم جمع البيانات على منصة تحليلات البيانات الضخمة، بهدف نهائي يتمثل في تحسين أداء المحطة ودورة حياتها والاستفادة من البيانات المجمَّعة لتحسين وقت التشغيل وزيادة الإنتاج.

وتتنوع أعطال الألواح في محطات الطاقة الشمسية ما بين حدوث صنفرة بزجاجها نتيجة العواصف الرمليه في أماكن وجود محطات الطاقة الشمسية، أو احتراق جزء منها نتيجة ارتفاع حرارتها لوجودها في مناطق شديدة الحرارة، أو بسبب وجود رمال وأتربة تحجب أشعة الشمس، أو وجود ظل يحجبها أيضًا، أو حتى بسبب عدم جودة الألواح الشمسية نفسها.

وللتعامل مع هذه الأعطال، يضطر مشغل المحطة إلى وقف المحطة تمامًا، أو وقف الجزء المعطل منها إذا أمكن تحديد نطاق العطل، وذلك حتى يصل إلى موقع اللوح أو الألواح التالفة، وهو ما يترتب عليه وقف إنتاج الكهرباء لفترة، ما يترتب عليه إهدار مبالغ طائلة.

فضلًا عن أن التأخر في علاج المشكلة قد يؤدي إلى امتداد التلف الذي يصيب أحد الألواح إلى المجاور منها، لينتشر إلى نطاق واسع بالمحطة.

يقول إسماعيل: ”من خلال المستشعر، أمكن تجاوز هذه المشكلات، وهو ما يساعد على تقليل الفاقد من إنتاج محطات الطاقة الشمسية، الذي قد يصل إلى نسبة تتراوح بين 20 و30%“.

ويضيف إسماعيل: ”الأمر المهم أيضًا أن مشغل محطات الطاقة الشمسية يستطيع مراجعة منتجي الألواح الشمسية، إذا بدأت في التقادم أسرع من المعدلات الطبيعية، إذ توفر له الوحدة القياسات اللازمة لتحديد ما إذا كان انخفاض إنتاج الوحدة متعلقًا بأسباب تخص صناعة الألواح نفسها، لا بأسباب أخرى“.

ومع كل هذه المزايا، فإن تشغيل تلك الوحدة والمستشعرات الموجودة فيها لا يحتاج إلى طاقة إضافية، كما أنها لا تمثل ثقلًا على الألواح الشمسية.

يوضح إسماعيل: ”حجمها لا يتجاوز 10×10 سنتيمترات، ويتصل بعضها مع بعض عبر شبكة لاسلكية، فلا حاجة إلى تركيب أسلاك، وتعتمد في تشغيلها على الكهرباء المنتَجة من اللوح الشمسي نفسه“.

يُثني صلاح عبية -مدير ومؤسس مركز الفوتونات والمواد الذكية بمدينة زويل للعلوم والتكنولوجيا- على هذه الوحدة؛ لكونها تحل مشكلةً كبيرةً تواجه مشغلي محطات الطاقة الشمسية، ولكنه يطرح تساؤلات حول المستشعرات المستخدمة فيها، والجانب التسويقي المتوقع لها.

أما عن الأسئلة التي تخص المستشعرات، فهي تلك التي تُطرح دومًا لتقييم أي مستشعر، وهي دقة الكشف عن المشكلة، وسرعة الكشف عنها، أما الجانب التسويقي فهو السعر المتوقع للوحدة.

يرد عمر مرسي -الباحث بمركز أجهزة وإلكترونيات النانو بالجامعة الأمريكية- للشبكة: ”التجارب التي أُجريت بالوحدة التجريبية أظهرت قدرتها على اكتشاف الأعطال بدقة عالية، وتتم القياسات التي تتيحها خلال مدى زمني لا يتعدى 20 ثانية، وسيتم النزول بهذا المدى إلى 10 ثوانٍ خلال عملية تطوير الوحدة التي تجري حاليًّا“، لاستيعاب محطات كبيرة الحجم.

أما ما يتعلق بالسعر، فيوضح مرسي أنها تتكلف في الوقت الراهن وقبل الإنتاج الكبير 300 جنيه (حوالي 18 دولارًا)، ومن المتوقع أن ينخفض هذا الرقم في حالة الإنتاج الكبير.

ويشير مرسي إلى أن الخامات المستخدمة في إنتاجها متوافرة في كل مصانع الإلكترونيات، ولا يحتاج إنتاجها سوى تزويد المصانع بالرسم الخاص بتصميمها.

يشير إسماعيل إلى أن الشركة الإسبانية ستبدأ في استخدام هذه الوحدة في محطاتها المنتشرة حول العالم نهاية العام الجاري، بعد الانتهاء من مرحلة التطوير الحالية.

هذا الموضوع أنتج عبر المكتب الإقليمي لموقع SciDev.Net بإقليم الشرق الأوسط وشمال أفريقيا