كشف بحث حديث عن تأثير سرعات الرياح المختلفة في أداء أنظمة الألواح الشمسية العائمة، ودور هذه العوامل في تقييمها الاقتصادي.

وحقّقت مجموعة بحثية، بإشراف علماء من جامعة تايوان الوطنية للعلوم والتكنولوجيا، في الأداء الديناميكي الهوائي لأنظمة الألواح الشمسية العائمة وفق سرعات رياح مختلفة وشدات اضطرابات، وحددت فرص توفير التكاليف من خلال تحسين المواد، بحسب متابعة منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن) لتحديثات القطاع.

وقالت المجموعة: "توفر هذه الدراسة تحقيقًا مفصلًا في نفق الرياح لنظام طاقة شمسية عائم موسع؛ ما يوفر رؤى مهمة حول سلوكه الديناميكي الهوائي في التكوينات ذات الجزيرة الفردية والمصفوفة في ظل ظروف الرياح المتنوعة وشدات الاضطرابات".

وأوضحت أن "الدراسة تؤكد التأثير الكبير لقوى السَّحب والرفع الناجمة عن الرياح في سلامة هياكل أنظمة الألواح الشمسية العائمة، خصوصًا في السيناريوهات البحرية القاسية مثل الأعاصير".

بيئة الدراسة

اعتمدت دراسة الأداء الديناميكي الهوائي لأنظمة الألواح الشمسية العائمة على تصنيع كل من التكوينات ذات الجزيرة الفردية والمصفوفة كنماذج بمقياس 1/50.

وصُممت الجزيرة بوصفها وحدةً عائمة مع 16 لوحًا شمسيًا، كانت أبعادها 19.5 سم طولًا و9.5 سم عرضًا و3.8 سم ارتفاعًا.

وعلى الرغم من أن الجزيرة الفردية كانت بمثابة الأساس لفهم القوى المختلفة؛ فقد صُممت مجموعة الجزر لدراسة تأثيرات التفاعل بين وحدات الطاقة الشمسية المتعددة.

وبشكل أكثر تحديدًا، تضمّنت 15 نموذجًا لجزيرة فردية في تكوين 3 × 5، تغطي مساحة أفقية تبلغ 60 سم × 60 سم، حسب تقرير طالعته منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).

اختبار نماذج الألواح الشمسية العائمة

اختبر الباحثون نماذج نظام الألواح الشمسية العائمة في بيئة نفق الرياح الخاضعة للرقابة.

ويبلغ عرض قسم الاختبار في نفق الرياح 2.2 مترًا، وارتفاعه 1.8 مترًا، وطوله 12 مترًا، إلى جانب نموذج مجموعة الألواح الشمسية الموضوع في وسط القرص الدوار لقسم الاختبار بقطر 3 أمتار وبعيدًا عن المدخل بـ4.5 مترًا"، حسبما أوضح الأكاديميون.

وقالوا: "لمحاكاة ظروف الرياح البحرية الواقعية، أُنشئت شدتا اضطراب باستعمال شبكات موضوعة على بعد 1.8 مترًا و2 متر من الحافة الأمامية للوحة الطرفية".

من ناحية ثانية، استعمل اكتساب البيانات 56 صنبور ضغط لكل نموذج، ونُقل الضغط الذي تعرضوا له إلى قرص أكريليك من خلال الأنبوب الفولاذي ثم نُقل إلى عوامة مسح الضغط من خلال الخرطوم البلاستيكي.

وضُبِط وقت أخذ العينات لقياس ضغط الرياح على 5 دقائق، في حين ضُبِط تردد أخذ العينات على 300 مرة في الثانية.

وأظهرت الاختبارات التجريبية أن توزيعات مُعامل السَّحب وتأثيرات ضغط الرياح في أنظمة الألواح الشمسية العائمة تختلف حسب زاوية المدخل.

وأكد فريق الباحثين أن "الضغوط الإيجابية والسلبية تخلق أزواجًا من القوة؛ ما يؤثر في دوران الألواح". كما أن "زوايا الرياح المنخفضة تتعرّض لاختلالات أقوى بسبب الاضطرابات، خصوصًا على الأسطح المواجهة للرياح، في حين تقلل الزوايا الأعلى من الاضطرابات وتأثيرات الشفط.

بشكل عام، يتغير ضغط الرياح بشكل كبير عند زوايا أصغر، وينخفض ​​مع زيادة الزاوية".

وبشكل أكثر تحديدًا، عند زوايا دخول 0 درجة و30 درجة، يزيد الضغط السلبي على السطح العلوي والإيجابي على السطح السفلي للسَّحب، ويتضخم ذلك أكثر بسبب الاضطرابات.

وعند 60 درجة، يرتفع السَّحب قليلًا بسبب إعادة توزيع الضغط، في حين يقلل توازن الضغط عند 90 درجة من السحب.

وأضافوا: "بالمثل، تكون قوى الرفع منخفضة عند 0 درجة، وتزداد مع الاضطرابات عند 30 درجة، وتبلغ ذروتها عند 60 درجة، ثم تنخفض مرة أخرى عند 90 درجة، حتى في ظل الظروف المضطربة".

التقييم الاقتصادي

وجدت مجموعة الباحثين أن الاضطرابات تقلل بشكل كبير من متوسط ​​مُعامل الرياح، وهو مقياس يصف مقدار قوة الرياح التي تؤثر في الألواح الشمسية العائمة.

وأظهرت النتائج أن الاضطرابات الأعلى في المنبع خفّضت المُعامل بنسبة 70-80% مقارنة بالاضطرابات المنخفضة.

وسلّط الباحثون الضوء على أن "الزوايا الأصغر تشهد اضطرابات رياح أقوى، وتتضخم بسبب الاضطرابات. تزيد الاضطرابات من الأحمال الإجمالية للرياح والتباين عبر زوايا الرياح؛ ما يؤثر في القوى الديناميكية الهوائية".

أما بالنسبة للجانب المالي؛ فقد قارن الفريق بين نوعين من البولي إيثيلين يُستعملان في أنظمة الألواح الشمسية لدعم مجموعات الألواح الشمسية - البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) والبولي إيثيلين متوسط ​​الكثافة (MDPE).

وعلى الرغم من أن الأول يستعمل على نطاق واسع بسبب قوته؛ فإن الثاني يوفر بديلًا أكثر فاعلية من حيث التكلفة.

وقالت المجموعة: "إن استبدال البولي إيثيلين عالي الكثافة والاعتماد على آخر متوسط ​​الكثافة في المناطق المركزية، حيث تكون قوى السحب والرفع أقل، يمكن أن يقلل من تكاليف النظام بنسبة 10.2%".

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..

المصدر: