يعتزم أستاذ في كلية الفنون التطبيقية استخدام بيانات محطات الأرصاد الجوية للتنبؤ بتوافر الطاقة الشمسية

لطالما ساعدت بيانات الطقس خبراء الأرصاد الجوية على التنبؤ بالغيوم والأمطار والعواصف. وتسعى ليزا بوزمان من معهد بيردو للفنون التطبيقية إلى تغيير هذا الواقع، بحيث يتمكن أصحاب شركات الكهرباء وأنظمة الطاقة الشمسية من التنبؤ بموعد ومكان ظهور ضوء الشمس، وبالتالي زيادة إنتاج الطاقة الشمسية.
"الأمر لا يقتصر فقط على مدى زرقة السماء،" قالت بوزمان، الأستاذة المساعدة الحاصلة على درجة الدكتوراه في الهندسة الصناعية. "الأمر يتعلق أيضاً بتحديد إنتاج واستهلاك الكهرباء."
تُجري بوزمان أبحاثًا حول كيفية دمج بيانات الطقس مع مجموعات البيانات الأخرى المتاحة للجمهور لتحسين استجابة وكفاءة الشبكة الوطنية للطاقة من خلال التنبؤ بدقة أكبر بإنتاج الطاقة الشمسية. غالبًا ما تواجه شركات المرافق تحدي تلبية الطلب خلال فصول الصيف الحارة وفصول الشتاء شديدة البرودة.
قال بوزمان: "حالياً، تتوفر لشركات الكهرباء نماذج محدودة للتنبؤ بالطاقة الشمسية وتحسينها فيما يتعلق بالتأثير اليومي للطاقة الشمسية على الشبكة. ومن خلال تحديد كيفية استخدام البيانات المتاحة لتقييم توليد الطاقة الشمسية، نأمل في دعم الشبكة. وبذلك، يصبح بإمكان متخذي القرارات الإدارية إدارة الظروف الجوية القاسية وتقلبات استهلاك الطاقة بشكل أفضل."
تراقب الهيئات الحكومية والمطارات ومحطات البث الأحوال الجوية لحظة بلحظة. كما يجمع الأفراد معلومات الطقس الحالية باستخدام أجهزة متصلة بالإنترنت مثبتة في منازلهم. إضافةً إلى ذلك، تُجمع البيانات بواسطة أقمار الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) ووكالة ناسا (الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء). تُدمج البيانات من محطات الأرصاد الجوية المختلفة هذه وتُتاح للجمهور.
يستكشف فريق بحثي في ​​بوزمان طرقًا لدمج المعلومات الآنية مع بيانات الطقس التاريخية من المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL)، وهو المختبر الوطني الرئيسي التابع لوزارة الطاقة الأمريكية والمتخصص في أبحاث وتطوير الطاقة المتجددة وكفاءة الطاقة. يُنتج المختبر الوطني للطاقة المتجددة مجموعة بيانات تُسمى "السنة المناخية النموذجية" (TMY)، والتي توفر قيم الإشعاع الشمسي وعناصر الأرصاد الجوية كل ساعة لسنة نموذجية. ويمكن 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، استعان المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) ببيانات محطات الأرصاد الجوية من الخمسين إلى المئة عام الماضية، ثم قام بحساب متوسطها، وحدد الشهر الأقرب إلى المتوسط، كما أوضح بوزمان. يهدف هذا البحث إلى دمج هذه البيانات مع البيانات الحالية من محطات الأرصاد الجوية المحلية في جميع أنحاء البلاد للتنبؤ بدرجة الحرارة وكمية الإشعاع الشمسي في مواقع محددة، بغض النظر عن قرب أو بعد هذه المواقع عن مصادر البيانات الآنية.
قال بوزمان: "باستخدام هذه المعلومات، سنحسب الاضطرابات المحتملة في شبكة الكهرباء الناتجة عن أنظمة الطاقة الشمسية المتصلة بالعدادات. وإذا استطعنا التنبؤ بإنتاج الطاقة الشمسية في المستقبل القريب، فسنتمكن من مساعدة شركات الكهرباء على تحديد ما إذا كانت ستواجه نقصًا أو فائضًا في الكهرباء".
بينما تستخدم شركات الكهرباء عادةً مزيجًا من الوقود الأحفوري والطاقة المتجددة لإنتاج الكهرباء، يقوم بعض أصحاب المنازل والشركات بتوليد الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح في مواقعهم مباشرةً. ورغم اختلاف قوانين صافي القياس من ولاية لأخرى، إلا أنها تلزم شركات الكهرباء عمومًا بشراء فائض الكهرباء المولدة من الألواح الكهروضوئية لدى العملاء. لذا، ومع ازدياد توافر الطاقة الشمسية على الشبكة، قد يُسهم بحث بوزمان أيضًا في مساعدة شركات الكهرباء على تقليل اعتمادها على الوقود الأحفوري.