يبدأ كل تقدير لإنتاج الطاقة الشمسية برقم المورد: مقدار ضوء الشمس الذي يصل إلى الموقع، وبأي شكل، ومن أي اتجاه. ثلاثة مكونات للإشعاع - الإشعاع الأفقي العالمي (GHI)، والإشعاع العادي المباشر (DNI)، والإشعاع الأفقي المنتشر (DHI) - تصف جوانب مختلفة من هذا المورد. إن اختيار الخيار المناسب لنوع نظامك ليس أمرًا اختياريًا: فاستخدام DNI حيث يكون GHI مناسبًا، أو العكس، يمكن أن يؤدي إلى حدوث أخطاء في الإنتاجية بنسبة 10-30% قبل تثبيت وحدة واحدة.
المكونات الثلاثة للإشعاع الشمسي
الإشعاع الأفقي العالمي (GHI) هو إجمالي الإشعاع الشمسي الوارد على سطح أفقي. وهو مجموع إشعاع الحزمة المباشرة المسقطة على مستوى أفقي بالإضافة إلى كل إشعاع السماء المنتشر. يتم قياس GHI بواسطة مقياس البيرانومتر المثبت بشكل مسطح. إنها مجموعة بيانات الإشعاع الأكثر توفرًا على نطاق واسع ونقطة البداية القياسية لنمذجة إنتاجية الطاقة الكهروضوئية ذات الميل الثابت.
الإشعاع الطبيعي المباشر (DNI) هو الإشعاع الشمسي الذي يتم تلقيه على سطح متعامد دائمًا مع الشمس، أي أنه يتتبع الشمس طوال اليوم. يقيس DNI مكون الشعاع المباشر فقط، دون أي مساهمة منتشرة. يتم قياسه بواسطة مقياس البيرلومتر المثبت على جهاز تعقب الشمس. DNI هو مقياس الموارد ذو الصلة لأنظمة التركيز (CSP، CPV) وهو المكون الذي يتم تعظيمه بواسطة أجهزة تتبع الطاقة الشمسية أحادية المحور وثنائية المحور.
الإشعاع الأفقي المنتشر (DHI) هو الإشعاع الشمسي الوارد من قبة السماء باستثناء الشعاع المباشر المتناثر بواسطة السحب والهباء الجوي وجزيئات الهواء. يتم قياسه بواسطة مقياس البيرانومتر مع قرص تظليل يحجب الشعاع المباشر. في المناخات الغائمة، يمكن أن يمثل DHI 40-60% من GHI. وفي الظروف الصحراوية الصافية قد تنخفض إلى 10-15%.
العلاقة بين الثلاثة هي: GHI = DNI × cos(θ) + DHI، حيث θ هي زاوية سمت الشمس (الزاوية بين الشمس والعمودي). تعد هوية التحلل هذه أمرًا أساسيًا لجميع حسابات التحويل.
المكون الذي يجب استخدامه لأنواع الأنظمة المختلفة
| نوع النظام | مقياس الموارد الأولية | لماذا |
|---|---|---|
| PV ذات إمالة ثابتة (على السطح أو على الأرض) | غي | تتلقى الألواح كلا من الإشعاع الشعاعي والمنتشر؛ GHI هي نقطة البداية للانتقال إلى السطح المائل (POA) |
| جهاز تعقب أحادي المحور (SAT) | GHI (أو طراز GTI) | تقوم أدوات الإنتاجية بنقل GHI إلى إشعاع الطائرة الدوارة؛ تستفيد مواقع DNI العالية من التتبع |
| تعقب ثنائي المحور | دي إن آي + دي إتش آي | المحور المزدوج يتبع الشمس بشكل مثالي؛ العائد = مكون DNI + DHI على السطح الطبيعي |
| تركيز الطاقة الشمسية (CSP) | DNI فقط | المرايا تركز الشعاع المباشر فقط؛ لا يمكن تركيز الإشعاع المنتشر |
| ذو وجهين وذو ميل ثابت | غي + البياض | الاستخدامات الأمامية منقولة GHI؛ يلتقط الجزء الخلفي الإشعاع المنتشر + المنعكس عن الأرض |
| الطاقة الكهروضوئية المدمجة في البناء (BIPV) | GTI (مستوى الصفيف) | تتطلب الأسطح العمودية أو الزاوية تبديلًا كاملاً بما في ذلك الانتشار الشمسي المحيطي |
مصادر بيانات الإشعاع: ما يجب استخدامه لتطوير المشروع
توفر العديد من قواعد البيانات الموثوقة بيانات الإشعاع الشهرية والساعة طويلة المدى:
- قوة ناسا: تغطية عالمية مجانية، بيانات كل ساعة تعود إلى عام 1984. الدقة ~50 كم. الأفضل للفحص المبكر.
- PVGIS (مركز الأبحاث المشترك للاتحاد الأوروبي): تغطية مجانية وممتازة لأوروبا وأفريقيا وآسيا. القرار ~ 5 كم. معيار للمشاريع الأوروبية.
- سولار أنيوير / سولارجيس: المنتجات التجارية بدقة تصل إلى 250 مترًا، وتحليل عدم اليقين P50/P90، وبيانات الاتجاه طويلة المدى. مطلوب لتقارير العائد المقبولة للمشاريع التي تزيد عن 500 كيلوواط أقصى.
- نيزك: مولد TMY (السنة النموذجية للأرصاد الجوية) المتوافق مع معايير الصناعة يُستخدم مباشرة في PVsyst. يجمع بين بيانات الأقمار الصناعية والمحطة الأرضية.
- مقاييس البيرانومتر للمحطة الأرضية: الأكثر دقة ولكنها تتطلب 1-3 سنوات من القياس في الموقع. بتكليف من بعض المقرضين للمشاريع التي تزيد عن 10 ميجاوات أو في المناطق التي تتناثر فيها البيانات (أجزاء من آسيا الوسطى وأفريقيا جنوب الصحراء الكبرى).
خرائط GHI والمعايير الإقليمية
| المنطقة | غي السنوي (كيلوواط ساعة / م 2 / سنة) | DNI (كيلووات ساعة/م²/سنة) | Utility المتتبع |
|---|---|---|---|
| شمال أوروبا (ألمانيا، بولندا) | 950-1200 | 700-950 | منخفض (10-15%) |
| جنوب أوروبا (إسبانيا، إيطاليا) | 1500-1900 | 1400-1800 | معتدل (18-22%) |
| الشرق الأوسط (الإمارات العربية المتحدة والمملكة العربية السعودية) | 1900-2400 | 2000-2600 | عالية (22-28%) |
| آسيا الوسطى (KZ، UZ) | 1400-1700 | 1300-1600 | معتدل (18-24%) |
| جنوب شرق آسيا (تايلاند، فيتنام) | 1400-1700 | 1000-1400 | منخفض (12–18%) — عالي الانتشار |
| أستراليا (الداخلية) | 1800-2200 | 1900-2400 | عالية (22-27%) |
من GHI إلى إشعاع مستوى الصفيف (POA).
يترجم سير عمل نمذجة الإنتاجية GHI إلى الإشعاع الواقع على الألواح المائلة - والذي يسمى إشعاع POA (مستوى الصفيف).. وهذا يتطلب ثلاث خطوات:
- التحلل: تقسيم GHI إلى شعاع مباشر (Bh) وDHI باستخدام نموذج التحلل (Erbs، Reindl، أو Perez). يعد ذلك ضروريًا عندما يكون GHI متاحًا فقط ولا يتم قياس DNI/DHI بشكل منفصل.
- النقل: تحويل مكونات الشعاع والمنتشر من الأفقي إلى زاوية السطح المائلة باستخدام نموذج النقل (Hay-Davies، Perez، أو Reindl). يعد نموذج بيريز هو الأكثر دقة للتبديل المنتشر على الأسطح المائلة.
- التظليل وتصحيح الاتساخ: قم بتطبيق ملامح الأفق القريبة من التظليل وخسائر التلوث - راجع مقالتنا حول عوامل فقدان التربة - للوصول إلى صافي الإشعاع الحادث.
والنتيجة هي إشعاع POA كل ساعة، والذي يتم بعد ذلك دمجه مع معاملات درجة الحرارة الوحدة ومنحنيات كفاءة العاكس لإنتاج تقدير إنتاجية الطاقة السنوية P50.
P50 vs P90: فهم احتمالية العائد
تقدير العائد P50 هو مستوى الإنتاج المتوقع تجاوزه خلال 50% من السنوات - المتوسط. يمثل تقدير P90 (الذي تم تجاوزه في 90٪ من السنوات) تقلب الإشعاع بين السنوات ويستخدم كحالة متحفظة في تمويل الديون. عادة ما يكون الفرق بين P50 وP90 5-10% للمواقع ذات الخصائص الجيدة والتي تحتوي على سجلات بيانات طويلة، ويتسع إلى 10-20% في المناطق التي تتناثر فيها البيانات حيث يكون عدم اليقين في النماذج الساتلية أعلى.
بالنسبة لأسواقنا المستهدفة في آسيا الوسطى والشرق الأوسط - المناطق ذات DNI العالي، والجزء المنتشر المنخفض نسبيًا، والنشر السريع للطاقة الشمسية - تتوفر بيانات GHI الدقيقة في مواقع المشاريع بشكل متزايد من Solargis وPVGIS. اتصل بنا لمناقشة مصادر بيانات الإشعاع الخاصة ببلدك المحدد وكيفية أخذها في الاعتبار عند تحديد حجم المعدات العاكس التجاري و وحدة اختيار.