إدراك دقيق، توليد طاقة ذكي: تحسين كفاءة وحماية محطات الأرصاد الجوية الآلية في محطات الطاقة الكهروضوئية

مقدمة: عندما يصبح ضوء الشمس "متغيراً"

يكمن جوهر توليد الطاقة الكهروضوئية في تحويل طاقة الإشعاع الشمسي إلى طاقة كهربائية، وتتأثر الطاقة الناتجة عنها بشكل مباشر وفوري بالعديد من العوامل الجوية، مثل شدة الإشعاع الشمسي، ودرجة الحرارة المحيطة، وسرعة الرياح واتجاهها، والرطوبة الجوية، والهطول. لم تعد هذه العوامل مجرد أرقام في تقارير الأرصاد الجوية، بل أصبحت "متغيرات إنتاج" أساسية تؤثر بشكل مباشر على كفاءة توليد الطاقة في محطات الطاقة، وسلامة المعدات، وعائد الاستثمار. وبذلك، تحولت محطة الأرصاد الجوية الآلية من أداة بحثية علمية إلى "عصب حسي" لا غنى عنه و"ركيزة أساسية لاتخاذ القرارات" في محطات الطاقة الكهروضوئية الحديثة.

أولاً: العلاقة متعددة الأبعاد بين معايير مراقبة قلب المفاعل وكفاءة محطة توليد الطاقة
لقد شكلت محطة الأرصاد الجوية الآلية المخصصة لمحطات الطاقة الكهروضوئية نظام مراقبة عالي التخصيص، وكل جزء من البيانات مرتبط ارتباطًا وثيقًا بتشغيل محطة الطاقة:
مراقبة الإشعاع الشمسي ("قياس المصدر" لتوليد الطاقة)
الإشعاع الكلي (GHI): يحدد بشكل مباشر إجمالي الطاقة التي تتلقاها الوحدات الكهروضوئية وهو المدخل الأكثر أهمية للتنبؤ بتوليد الطاقة.
الإشعاع المباشر (DNI) والإشعاع المتناثر (DHI): بالنسبة للمصفوفات الكهروضوئية التي تستخدم أقواس التتبع أو الوحدات ثنائية الوجه المحددة، فإن هذه البيانات ضرورية لتحسين استراتيجيات التتبع وتقييم كسب توليد الطاقة من الجانب الخلفي بدقة.
قيمة التطبيق: يوفر بيانات مرجعية لا غنى عنها لتقييم أداء توليد الطاقة (حساب قيمة PR)، والتنبؤ قصير المدى بتوليد الطاقة، وتشخيص كفاءة الطاقة في محطات الطاقة.

2. درجة الحرارة المحيطة ودرجة حرارة اللوحة الخلفية للمكون (معامل درجة الحرارة للكفاءة)
درجة الحرارة المحيطة: تؤثر على المناخ المحلي ومتطلبات التبريد لمحطة الطاقة.
درجة حرارة اللوحة الخلفية للوحدة: تنخفض قدرة خرج وحدات الخلايا الكهروضوئية مع ارتفاع درجة الحرارة (عادةً من -0.3% إلى -0.5% لكل درجة مئوية). يمكن للمراقبة الآنية لدرجة حرارة اللوحة الخلفية تصحيح خرج الطاقة المتوقع بدقة، وتحديد أي تبديد غير طبيعي للحرارة في المكونات أو مخاطر النقاط الساخنة المحتملة.

3. سرعة الرياح واتجاهها (السلاح ذو الحدين: السلامة والتبريد)
السلامة الهيكلية: تُشكّل الرياح العاتية المفاجئة (التي تتجاوز سرعتها 25 مترًا في الثانية) اختبارًا حقيقيًا لتصميم الأحمال الميكانيكية لهياكل ووحدات دعم الخلايا الكهروضوئية. ويمكن لتحذيرات سرعة الرياح في الوقت الفعلي أن تُفعّل نظام الأمان، وعند الضرورة، تُفعّل وضع الحماية من الرياح في جهاز التتبع أحادي المحور (مثل "تحديد موقع العاصفة").
التبريد الطبيعي: تساعد سرعة الرياح المناسبة على خفض درجة حرارة تشغيل المكونات، مما يعزز بشكل غير مباشر كفاءة توليد الطاقة. تُستخدم البيانات لتحليل تأثير التبريد الهوائي وتحسين تصميم المصفوفة والمسافة بينها.

4. الرطوبة النسبية والهطول ("إشارات تحذيرية" للتشغيل والصيانة والأعطال)
الرطوبة العالية: قد تؤدي إلى تأثيرات PID (التوهين الناجم عن الجهد)، وتسريع تآكل المعدات، والتأثير على أداء العزل.
الهطول: يمكن استخدام بيانات هطول الأمطار لربط وتحليل تأثير التنظيف الطبيعي للمكونات (زيادة مؤقتة في توليد الطاقة)، ​​وتوجيه تخطيط دورة التنظيف الأمثل. ترتبط تحذيرات الأمطار الغزيرة ارتباطًا مباشرًا باستجابة أنظمة التحكم في الفيضانات والصرف.

5. الضغط الجوي والمعايير الأخرى (العوامل المساعدة المُحسّنة)
يُستخدم لتصحيح بيانات الإشعاع بدقة أعلى ولإجراء تحليلات على مستوى البحث.

ثانيًا: سيناريوهات التطبيقات الذكية القائمة على البيانات
يتدفق تدفق البيانات من محطة الأرصاد الجوية الآلية، عبر جامع البيانات وشبكة الاتصالات، إلى نظام المراقبة واكتساب البيانات (SCADA) ونظام التنبؤ بالطاقة لمحطة الطاقة الكهروضوئية، مما يؤدي إلى ظهور تطبيقات ذكية متعددة:
1. التنبؤ الدقيق بتوليد الطاقة وتوزيعها على الشبكة
التنبؤ قصير المدى (ساعة/يوم مضى): يجمع هذا النظام بين بيانات الإشعاع الشمسي في الوقت الفعلي، وخرائط السحب، والتنبؤات العددية للطقس، ويُشكّل الأساس الذي تعتمده إدارات إدارة شبكة الطاقة لموازنة تقلبات الطاقة الكهروضوئية وضمان استقرار الشبكة. وترتبط دقة التنبؤ ارتباطًا مباشرًا بإيرادات محطة الطاقة واستراتيجية التداول في السوق.
التنبؤ قصير المدى للغاية (على مستوى الدقيقة): يعتمد بشكل أساسي على مراقبة التغيرات المفاجئة في الإشعاع الشمسي في الوقت الحقيقي (مثل مرور السحب)، ويستخدم للاستجابة السريعة للتحكم التلقائي في التوليد داخل محطات الطاقة وإنتاج الطاقة بسلاسة.

2. تشخيص متعمق لأداء محطة الطاقة وتحسين عمليات التشغيل والصيانة
تحليل نسبة الأداء: بناءً على بيانات الإشعاع المقاسة ودرجة حرارة المكونات، يتم حساب الطاقة النظرية المولدة ومقارنتها بالطاقة الفعلية المولدة. قد يشير الانخفاض طويل الأمد في قيم نسبة الأداء إلى تلف المكونات، أو وجود بقع، أو انسدادات، أو أعطال كهربائية.
استراتيجية التنظيف الذكية: من خلال التحليل الشامل لهطول الأمطار، وتراكم الغبار (الذي يمكن استنتاجه بشكل غير مباشر من خلال تخفيف الإشعاع)، وسرعة الرياح (الغبار)، وتكاليف فقدان توليد الطاقة، يتم إنشاء خطة تنظيف المكونات المثلى اقتصاديًا بشكل ديناميكي.
تحذير بشأن حالة المعدات: من خلال مقارنة اختلافات توليد الطاقة للمصفوفات الفرعية المختلفة في ظل نفس الظروف الجوية، يمكن تحديد الأعطال في صناديق التجميع أو العاكسات أو مستويات السلسلة بسرعة.

3. أمن الأصول وإدارة المخاطر
تنبيه الطقس القاسي: قم بتحديد عتبات للرياح القوية والأمطار الغزيرة والثلوج الكثيفة ودرجات الحرارة المرتفعة للغاية وما إلى ذلك، لتحقيق التنبيهات التلقائية وتوجيه موظفي التشغيل والصيانة لاتخاذ تدابير وقائية مثل الشد أو التعزيز أو التصريف أو تعديل وضع التشغيل مسبقًا.
التأمين وتقييم الأصول: توفير سجلات بيانات الأرصاد الجوية الموضوعية والمستمرة لتقديم أدلة موثوقة من طرف ثالث لتقييم خسائر الكوارث، ومطالبات التأمين، ومعاملات أصول محطات الطاقة.

ثالثًا: تكامل الأنظمة والاتجاهات التكنولوجية
تتطور محطات الأرصاد الجوية الكهروضوئية الحديثة نحو مزيد من التكامل والموثوقية والذكاء.
التصميم المتكامل: تم دمج مستشعر الإشعاع ومقياس درجة الحرارة والرطوبة ومقياس سرعة الرياح وجامع البيانات ومصدر الطاقة (اللوحة الشمسية + البطارية) في نظام صاري مستقر ومقاوم للتآكل، مما يتيح النشر السريع والتشغيل بدون صيانة.
2. دقة عالية وموثوقية عالية: يقترب مستوى المستشعر من المستوى الثاني أو حتى المستوى الأول، ويتميز بوظائف التشخيص الذاتي والمعايرة الذاتية لضمان دقة البيانات واستقرارها على المدى الطويل.
3. دمج الحوسبة الطرفية والذكاء الاصطناعي: إجراء معالجة أولية للبيانات وتقييم الحالات الشاذة في محطة الرصد لتقليل عبء نقل البيانات. ومن خلال دمج تقنية التعرف على الصور بالذكاء الاصطناعي واستخدام جهاز تصوير شامل للسماء للمساعدة في تحديد أنواع السحب وأحجامها، يتم تعزيز دقة التنبؤات قصيرة المدى للغاية.
4. التوأم الرقمي ومحطة الطاقة الافتراضية: بيانات محطة الأرصاد الجوية، كمدخلات دقيقة من العالم المادي، تدفع نموذج التوأم الرقمي لمحطة الطاقة الكهروضوئية لإجراء محاكاة توليد الطاقة، والتنبؤ بالأعطال، وتحسين استراتيجية التشغيل والصيانة في الفضاء الافتراضي.

رابعاً: حالات التطبيق وتحديد القيمة
حققت محطة طاقة كهروضوئية بقدرة 100 ميجاوات، تقع في منطقة جبلية معقدة، بعد نشر شبكة مراقبة للأرصاد الجوية الدقيقة تتكون من ست محطات فرعية، ما يلي:
لقد تحسنت دقة التنبؤ قصير المدى للطاقة بنسبة 5% تقريبًا، مما أدى إلى تقليل الغرامات المفروضة على تقييم الشبكة بشكل كبير.
من خلال التنظيف الذكي القائم على البيانات المناخية، يتم تقليل تكلفة التنظيف السنوية بنسبة 15٪، بينما يتم تقليل فقدان توليد الطاقة الناتج عن البقع بأكثر من 2٪.
خلال عاصفة رعدية قوية، تم تفعيل نظام حماية المنشآت من الرياح قبل ساعتين بناءً على تحذير من هبوب رياح قوية، مما حال دون وقوع أضرار محتملة للدعامات. وتشير التقديرات إلى أن الخسائر انخفضت بملايين اليوانات.

الخلاصة: من "الاعتماد على الطبيعة لكسب العيش" إلى "التصرف بما يتوافق مع الطبيعة"
يمثل تطبيق محطات الأرصاد الجوية الآلية تحولاً في تشغيل محطات الطاقة الكهروضوئية، من الاعتماد على الخبرة والإدارة الشاملة إلى عصر جديد من الإدارة العلمية الدقيقة والذكية التي ترتكز على البيانات. فهي تُمكّن محطات الطاقة الكهروضوئية ليس فقط من "رؤية" ضوء الشمس، بل أيضاً من "فهم" الأحوال الجوية، مما يُعظّم قيمة كل شعاع شمسي، ويعزز عائدات توليد الطاقة، ويضمن أمان الأصول طوال دورة حياتها. ومع تحوّل الطاقة الكهروضوئية إلى القوة الدافعة الرئيسية في التحول العالمي للطاقة، سيزداد الدور الاستراتيجي لمحطة الأرصاد الجوية الآلية، التي تُعدّ بمثابة "العين الذكية" لهذا التحول، أهميةً.

للحصول على مزيد من المعلومات حول محطات الأرصاد الجوية،

يرجى الاتصال بشركة Honde Technology Co., LTD.

واتساب: +86-15210548582

Email: info@hondetech.com

موقع الشركة الإلكتروني:www.hondetechco.com