جامعة كيرتن الماليزية تطور نموذجًا لدرجة حرارة الخلايا في الأنظمة الكهروضوئية العائمة بنجاح تنبؤي بلغ 11/12

أخبار ar.wedoany.com، طوّر فريق بحثي من جامعة كيرتن (Curtin University) الماليزية نموذجًا مبسطًا لدرجة حرارة تشغيل الخلايا في أنظمة الطاقة الكهروضوئية العائمة (FPV). يتوافق هذا النموذج مع نموذج درجة حرارة التشغيل الاسمية للخلايا (NOCT) الحالي، مما يتيح دمجه في البرمجيات الكهروضوئية القائمة.

أوضح رامانان شيدامبارام جاياراج، المؤلف المراسل للفريق، أن نموذج FPV-NOCT يعتمد على نموذج NOCT الكهروضوئي القياسي، مع إدراج درجة حرارة الماء لتقدير درجة حرارة الخلايا الشمسية المثبتة على المسطحات المائية. وتتمثل ميزته الرئيسية في استمرار توافقه مع نماذج درجات الحرارة الكهروضوئية الحالية، حيث لا يتطلب سوى درجة حرارة الماء كبيانات إضافية، مع الحفاظ على بساطة إطار NOCT الأصلي. وأشار جاياراج إلى أنه يعمل حاليًا على تحسين النموذج لرفع دقة التنبؤ، ويخطط لتوسيع نطاق تطوير نماذج درجة حرارة الخلايا ليشمل تقنيات الخلايا الشمسية الناشئة.

خلال الدراسة، جمع الفريق بين القياسات الميدانية، وديناميكا الموائع الحسابية (CFD)، والتحليل الإحصائي، والنمذجة النظرية. بدأ الفريق بجمع البيانات كل دقيقة من نظامين كهروضوئيين عائمين مخصصين في ماليزيا، باستخدام وحدات بقدرة 100 واط، مثبتة على ارتفاع 250 ملم و800 ملم فوق سطح الماء على التوالي. استخدم الفريق هذه القياسات لاشتقاق نموذج انحدار تجريبي، والتحقق من نموذج CFD ثنائي الأبعاد الذي طُوّر في برنامج Ansys Fluent.

بعد ذلك، استخدم الفريق التحليل الإحصائي بطريقة تاغوشي (Taguchi) لتوليد نماذج انحدار CFD بعشرة عوامل وسبعة عوامل، بهدف تقييم تأثير المتغيرات البيئية والتصميمية. وبناءً على هذه النتائج، طوّر الباحثون نموذج NOCT مخصصًا للأنظمة الكهروضوئية العائمة، يتضمن فرق درجة حرارة الماء البيئية، وأضافوا إليه نسخة مزودة بمعامل تصحيح الرياح.

قارن الباحثون خمسة نماذج — نموذج الانحدار التجريبي، ونموذجي انحدار CFD-تاغوشي بعشرة عوامل وسبعة عوامل، ونموذج FPV-NOCT، ونموذج FPV-NOCT مع معامل تصحيح الرياح — بالبيانات التجريبية. بعد ذلك، تحققوا من صحة النماذج الأكثر متانة، ولا سيما نموذج FPV-NOCT، باستخدام مجموعات بيانات مستقلة للأنظمة الكهروضوئية العائمة من بحيرة باساونا (Passaúna) في البرازيل، ومن منطقتي ويندسور (Windsor) وأوكفيل (Oakville) في كاليفورنيا. أظهر نموذج FPV-NOCT الأساسي أفضل أداء إجمالي. ووفقًا لجاياراج، فقد نجح النموذج في اختبار بيانات النظام الكهروضوئي العائم في بحيرة باساونا في التنبؤ بدرجة حرارة الخلايا المرصودة في 11 شهرًا من أصل 12 شهرًا، بينما نجح في التنبؤ بجميع الأشهر الـ12 عند تضمين معامل تصحيح الرياح. ولوحظ نمط مماثل في ويندسور وأوكفيل، حيث حقق نموذج FPV-NOCT دقة تنبؤ بلغت 92.3% في إحدى الحالتين. بالنسبة للأنظمة الكهروضوئية المثبتة على المسطحات المائية، أظهر النموذج المقترح أداءً أفضل من نموذج NOCT القياسي لدرجة حرارة الخلايا.

نُشرت النتائج في ورقة بحثية بعنوان "تأثير تأثير التبريد المائي في تقدير درجة حرارة الخلايا الشمسية لنمذجة الأنظمة الكهروضوئية العائمة" (Water cooling effect in solar cell temperature estimation for floating photovoltaics modeling)، في مجلة "الطاقة الشمسية" (Solar Energy).