أستاذ في البوليتكنيك يعتزم استخدام بيانات محطة الأرصاد الجوية للتنبؤ بتوفر الطاقة الشمسية

لطالما ساعدت بيانات الطقس خبراء الأرصاد الجوية على التنبؤ بالغيوم والأمطار والعواصف. تسعى ليزا بوزمان من معهد بيردو بوليتكنيك إلى تغيير هذا الوضع، بحيث يتمكن مالكو المرافق وأنظمة الطاقة الشمسية من التنبؤ بموعد ومكان ظهور ضوء الشمس، وبالتالي زيادة إنتاج الطاقة الشمسية.
قالت بوسمان، الأستاذة المساعدة الحاصلة على درجة الدكتوراه في الهندسة الصناعية: "لا يقتصر الأمر على مدى زرقة السماء فحسب، بل يتعلق أيضًا بتحديد إنتاج الكهرباء واستهلاكها".
تبحث بوزمان في كيفية دمج بيانات الطقس مع مجموعات البيانات الأخرى المتاحة للجمهور لتحسين استجابة الشبكة الوطنية وكفاءتها من خلال التنبؤ بإنتاج الطاقة الشمسية بدقة أكبر. غالبًا ما تواجه شركات المرافق تحدي تلبية الطلب خلال فصول الصيف الحارة والشتاء القارس.
قال بوزمان: "حاليًا، تتوفر لشركات المرافق العامة نماذج محدودة للتنبؤ بالطاقة الشمسية وتحسينها فيما يتعلق بالتأثير اليومي للطاقة الشمسية على الشبكة". وأضاف: "من خلال تحديد كيفية استخدام البيانات المتاحة لتقييم توليد الطاقة الشمسية، نأمل في مساعدة الشبكة. سيتمكن صناع القرار الإداريون من إدارة الظروف الجوية القاسية ومستويات استهلاك الطاقة المرتفعة والمنخفضة بشكل أفضل".
تراقب الهيئات الحكومية والمطارات ومحطات البث الأحوال الجوية آنيًا. كما يجمع الأفراد معلومات الطقس الحالية باستخدام أجهزة متصلة بالإنترنت مثبتة في منازلهم. إضافةً إلى ذلك، تجمع أقمار الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) ووكالة ناسا (NASA) البيانات. وتُجمع بيانات محطات الأرصاد الجوية المختلفة هذه وتُتاح للجمهور.
يستكشف فريق بوزمان البحثي سبل دمج المعلومات اللحظية مع بيانات الطقس التاريخية من المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL)، وهو التجربة الوطنية الرئيسية لوزارة الطاقة الأمريكية في مجال أبحاث وتطوير الطاقة المتجددة وكفاءة الطاقة. يُنتج المختبر الوطني للطاقة المتجددة مجموعة بيانات تُسمى "السنة المناخية النموذجية" (TMY)، والتي توفر قيم الإشعاع الشمسي كل ساعة والعناصر المناخية لسنة نموذجية. يمكن استخدام بيانات "السنة المناخية النموذجية" من المختبر الوطني للطاقة المتجددة لتحديد الظروف المناخية النموذجية في موقع معين على مدى فترة زمنية طويلة.
لإنشاء مجموعة بيانات TMY، جمع المختبر الوطني للطاقة المتجددة بيانات محطات الأرصاد الجوية من آخر 50 إلى 100 عام، وحدد متوسطها، ووجد الشهر الأقرب إلى المتوسط، وفقًا لبوسمان. تهدف الدراسة إلى دمج هذه البيانات مع البيانات الحالية من محطات الأرصاد الجوية المحلية في جميع أنحاء البلاد للتنبؤ بدرجة الحرارة ووجود الإشعاع الشمسي في مواقع محددة، بغض النظر عما إذا كانت تلك المواقع قريبة أو بعيدة عن مصادر البيانات الفورية.
قال بوزمان: "باستخدام هذه المعلومات، سنحسب الانقطاعات المحتملة في الشبكة الكهربائية الناتجة عن أنظمة الطاقة الشمسية المثبتة خلف العداد". وأضاف: "إذا استطعنا التنبؤ بتوليد الطاقة الشمسية في المستقبل القريب، فسنتمكن من مساعدة شركات المرافق على تحديد ما إذا كانت ستشهد نقصًا أم فائضًا في الكهرباء".
بينما تستخدم شركات المرافق عادةً مزيجًا من الوقود الأحفوري والطاقات المتجددة لإنتاج الكهرباء، يُولّد بعض أصحاب المنازل والشركات طاقة الشمس أو طاقة الرياح في الموقع خلف العداد. ورغم اختلاف قوانين القياس الصافي من ولاية لأخرى، فإنها تُلزم شركات المرافق عادةً بشراء فائض الكهرباء المُولّد من الألواح الكهروضوئية للعملاء. لذا، مع تزايد توفر الطاقة الشمسية على الشبكة، يُمكن لبحث بوزمان أن يُساعد شركات المرافق أيضًا على تقليل استخدامها للوقود الأحفوري.