فريق بحثي من جامعة قطر يحسّن تصميم البيوت المحمية الكهروضوئية شبه الشفافة ويرفع إنتاج الطاقة بنسبة 20.1%

أخبار ar.wedoany.com، قدّم فريق بحثي بقيادة باحثين من جامعة قطر (Qatar University)، وبمشاركة جامعة براك في بنغلاديش (BRAC University) وجامعة شنغهاي البحرية الصينية (Shanghai Maritime University)، تكوينًا هندسيًا جديدًا للبيوت المحمية الكهروضوئية شبه الشفافة (STPV). ويتيح التكوين الجديد تحقيق إنتاج كهرباء أعلى دون تغيير المساحة الإجمالية للبيت المحمي أو مساحة التغطية الكهروضوئية.

تتمثل فكرة التصميم في تركيز نسبة أكبر من أسطح STPV على السقف المواجه للجنوب والجدران العمودية، بما يتوافق مع الظروف المناخية المحلية في قطر. واشتملت الدراسة على أربعة تكوينات شائعة للبيوت المحمية كمجموعات مقارنة، وهي: التكوين متساوي الامتداد (even-span)، وغير متساوي الامتداد (uneven-span)، والكرومي (vinery)، والقوسي المحسّن (modified-arch)، وجميعها صُممت باستخدام وحدات STPV ثنائية الوجه وثنائية الزجاج من النوع p بقدرة 280 واط. تبلغ مساحة أرضية كل بيت محمي 24 م²، بينما تبلغ مساحة أسطح STPV المثبّتة فعليًا 71 م² في جميع التكوينات.

أجرى الباحثون أولًا تقييمًا مرجعيًا للتكوينات التقليدية الأربعة بمعايير هندسية ثابتة، وقارنوها بالنسخة الأولية للتكوين الجديد؛ ثم طبقوا خوارزمية تحسين محسّنة تعتمد على مطابقة التباين والوسط (IMVMO) للوصول إلى الحل الأمثل للتكوين الجديد. تنتمي هذه الخوارزمية إلى أساليب التحسين الميتا-إرشادية (meta-heuristic)، وتتيح استخدام طول البيت المحمي وعرضه وارتفاعه الأقصى وزوايا ميلان السقف والجدران كمتغيرات قابلة للضبط، بهدف تعظيم إنتاج الطاقة السنوي. وبالمقارنة مع خوارزمية مطابقة التباين والوسط (MVMO)، تضيف خوارزمية IMVMO آليات لتجنب التقارب المبكر والوقوع في الحلول المثلى المحلية، مما يعزز متانتها في حل مشكلات التحسين المعقدة.

من حيث مقارنة إنتاج الكهرباء، يتفوق التكوين الجديد على التكوينات التقليدية الأربعة ذات المواصفات الموحدة، مع ثبات قيود المساحة الأرضية ومساحة أسطح STPV: حيث بلغت الزيادة في الطاقة مقارنة بالتكوين الكرومي 56.86%، ومقارنة بالتكوينين متساوي الامتداد والقوسي المحسّن 25.14% و24.60% على التوالي، ومقارنة بالتكوين غير متساوي الامتداد 6.03%. وفيما يتعلق بتركيبة الإنتاج، تساهم الجدران العمودية في التكوين الجديد بـ 7,518.3 كيلوواط ساعي، بينما يساهم السقف بـ 5,493.5 كيلوواط ساعي. قبل تحسين المعاملات، كان البيت المحمي مضبوطًا على طول 6 أمتار وعرض 4 أمتار وارتفاع أقصى 3 أمتار وزاوية ميلان سقف 50 درجة؛ وبعد التحسين باستخدام خوارزمية IMVMO، تم تعديل الأبعاد الهندسية إلى 4 أمتار × 6 أمتار، وارتفاع أقصى 2.5 متر، وزاوية ميلان سقف 26 درجة، مما أدى إلى رفع إنتاج الطاقة السنوي بنسبة 20.1% مقارنة بما قبل التحسين.

أشار الفريق البحثي في الخاتمة التحليلية للدراسة إلى أن أسلوب التحسين هذا يُظهر الدور المهم للاختيار الاستراتيجي للمعاملات في تصميم البيوت المحمية الموفرة للطاقة، كما توفّر نتائج الدراسة مرجعًا عمليًا قيّمًا لدمج حلول الطاقة المتجددة في الزراعة الحديثة. وقد نُشرت الدراسة في دورية "Energy Reports" تحت عنوان "Optimizing semi-transparent PV-integrated greenhouse: A novel design for enhanced solar energy harvesting".