خطوط العرض المرتفعة، وفصول الشتاء الطويلة، والثلوج الكثيفة - هل يمكن لمشاريع مثل هذه أن تستمر في استخدام الطاقة الشمسية؟
نعم. ودرجة الحرارة المنخفضة في حد ذاتها تعتبر ميزة إضافية. يتم تصنيف وحدات السيليكون البلورية عند 25 درجة مئوية؛ ففي مقابل كل انخفاض بمقدار درجة مئوية واحدة في درجة الحرارة، يرتفع الإنتاج بنحو 0.3% إلى 0.35%. السبب وراء انخفاض معدل توليد الشتاء ليس درجة الحرارة، بل ساعات النهار الأقصر والغطاء الثلجي. كلاهما يمكن حلهما من خلال التصميم.
البرودة تعزز المخرجات: غير بديهية، ولكنها مدعومة بالبيانات
معامل درجة الحرارة هو المعلمة الرئيسية
يكون معامل درجة حرارة الطاقة لوحدات السيليكون البلورية سالبًا - كلما انخفضت درجة الحرارة، زاد الناتج:
| تكنولوجيا الخلايا | معامل درجة حرارة الطاقة | أداء درجات الحرارة المنخفضة |
| أحادي البلورية التقليدية PERC | تقريبا. -0.30% إلى -0.35%/درجة مئوية | ≈ +10% ناتج في يوم صافٍ -5 درجة مئوية |
| N-نوع TOPCon | تقريبا. -0.25% إلى -0.30%/درجة مئوية | يفقد 0.05%-0.1% أقل لكل درجة تحت نفس الظروف |
| HJT | تقريبا. -0.24% إلى -0.26%/درجة مئوية | مكاسب أكبر في درجات الحرارة المنخفضة |
خذ وحدة 400 واط كمثال: عند درجة حرارة الخلية -5 درجة مئوية، يكون الإخراج الفعلي حوالي 442 واط، أي 10.5% أعلى من المعدل؛ في فترة ما بعد الظهيرة في منتصف الصيف عند درجة حرارة خلية تبلغ 45 درجة مئوية، يكون الخرج 372 وات فقط، أي أقل بنسبة 7% من المعدل.
يضيف انعكاس الثلج (تأثير البياض) دفعة أخرى: تعكس أسطح الثلج 80% إلى 90% من الضوء، في حين تعكس الأرض العادية 10% إلى 20% فقط. في الظروف الصافية والباردة والثلجية، يمكن أن يتجاوز الإخراج الطاقة المقدرة بنسبة 18%.
لماذا يبدو الأمر وكأن الطاقة الشمسية لا تتولد في الشتاء؟
لأن علم الفلك يتغير. عند خط العرض 42 درجة شمالًا، يستمر يوم يونيو حوالي 15 ساعة، ولكن يوم ديسمبر حوالي 9 ساعات فقط. وفي مناطق خطوط العرض الوسطى، يبلغ معدل توليد الشتاء الشهري عادةً 25٪ -50٪ من يوليو.
كمرجع: تقع ألمانيا عند خط عرض 50 درجة شمالاً، وفي عام 2023 كان حوالي 12٪ من الكهرباء الوطنية تأتي من الطاقة الكهروضوئية (Fraunhofer ISE). لا يعني ارتفاع خطوط العرض أن الطاقة الكهروضوئية غير قابلة للتطبيق، بل يعني فقط متطلبات تصميم أعلى.
الثلج: إنه الثلج الذي تديره، وليس البرد
الإخراج في ظل ظروف الثلوج المختلفة
| حالة الثلوج | تأثير الإخراج | وقت التعافي |
| ثلوج خفيفة (<2 سم) | نصف شفاف - لا يزال الإخراج 50%-80% | يمتص سطح الوحدة الداكن الحرارة؛ يذوب في 1-2 ساعات |
| تغطية جزئية (~50%) | تنخفض إلى حوالي 25% (السلسلة المغطاة تحد من السلسلة بأكملها) | يعتمد على الطقس |
| تغطية كاملة | 0% | ينزلق أو يحتاج إلى إزالة يدوية |
| خالية من الثلوج، واضحة وباردة | 10%-18% أعلى من التصنيف | — |
ثلاثة أساسيات التصميم
- زاوية الميل ≥30°-40°: السطح الزجاجي الناعم بالإضافة إلى الإمالة يسمح للثلج بالانزلاق من تلقاء نفسه خلال يوم أو يومين - لا حاجة إلى إزالة الثلج يدويًا في معظم السيناريوهات
- تصنيف حمل الثلج للوحدة ≥5400 Pa: تصنيف حمل الثلوج لوحدات المستوى 1 السائدة - يصمد تحت الثلوج الكثيفة دون تشوه
- اختر تقنية الخلايا من النوع N: معامل درجة الحرارة المنخفضة المتفوق يعني خسارة أقل في الشتاء
وفقًا لإحصائيات US NREL وPVPMC: تفقد معظم النباتات 0-10% من إنتاجها السنوي بسبب الثلوج، وأسوأ حالة في المناطق التي تتساقط فيها الثلوج باستمرار هي 10%-15%. لا يُنصح عمومًا بإزالة الثلوج يدويًا - فمخاطر الوصول إلى السقف وخدش الوحدة تفوق تكاليف الكهرباء التي تستردها.
منطق تصميم النظام الكامل لمشاريع خطوط العرض العالية
الجانب الكهروضوئي
إن الزيادة في درجة الحرارة المنخفضة حقيقية، وكذلك قصر ضوء النهار. منطق الحجم:
- إدارة الاقتصاد على التوليد السنوي، وليس على فصل الشتاء وحده
- استخدم التخزين لليالي والأيام الملبدة بالغيوم/الثلجية؛ تأخذ PV الأولوية خلال النهار
- في المناطق ذات الثلوج الكثيفة، أخطأ في الجانب الأكثر انحدارًا لإمالة المصفوفة - استبدل القليل من إشعاع الصيف بتساقط الثلوج في فصل الشتاء
جانب التخزين
| عنصر التكوين | توصية خطوط العرض العالية | السبب |
| كيمياء البطارية | LFP (فوسفات حديد الليثيوم) | نطاق التشغيل يصل إلى -20 درجة مئوية، دورة حياة طويلة |
| استراتيجية القدرات | الحجم لأطول فترة من الأيام الملبدة بالغيوم/الثلجية المتتالية | فترات طويلة بين إعادة الشحن بالطاقة الشمسية في فصل الشتاء |
| التحكم في درجة الحرارة | حاوية معزولة + إدارة التدفئة | يتطلب الشحن في درجة حرارة منخفضة تحكمًا نشطًا في درجة الحرارة |
مقارنة الديزل
أقل من 15 درجة مئوية تحت الصفر، تتعرض مولدات الديزل لخطر تبلور الوقود، ويحتاج التشغيل البارد إلى التسخين المسبق، وتتراوح فترات الصيانة بين 250 و500 ساعة. الشتاء هو بالضبط عندما يكون الديزل أكثر عرضة للخطر. لا تواجه مجموعة التخزين PV + مشكلة التبلور، وتحتفظ بطاريات التخزين بقدرة التفريغ عند درجات حرارة منخفضة (تصنيف LFP يصل إلى -20 درجة مئوية).
بالنسبة لإمدادات الطاقة في فصل الشتاء في المناجم الواقعة عند خطوط العرض العليا، فإن التكلفة الإجمالية لحل الديزل (نقل الوقود + الصيانة في الطقس البارد + الامتثال للانبعاثات) تستحق إعادة حسابها.
منتجات المناخ البارد من ZM-Besta
تم تصميم محطات الطاقة الشمسية المتنقلة التابعة لشركة ZM-Besta للتشغيل في درجات حرارة منخفضة:
| المعلمة | القيمة |
| درجة حرارة التشغيل | -20 درجة مئوية إلى +50 درجة مئوية |
| الحماية عند تخزينها | IP55 |
| تكنولوجيا الخلايا | TOPCon من النوع N، كفاءة التحويل ≥22% |
| مقاومة الرياح عند نشرها | قوة بوفورت 9 |
| تخزين الطاقة | LFP، قياسي مع توسيع اختياري |
| النشر | نشر السكك الحديدية في 4-20 ساعة؛ التوسع الآلي في ≥30 دقيقة |
تتراوح النماذج من 20 كيلو واط (جسم حاوية 3.6 متر، يتم تفريغه بواسطة رافعة شوكية) إلى 150-200 كيلو واط (حاوية 40 قدمًا). يتم تكوين المشاريع في المناطق الباردة خصيصًا عبر ثلاثة عناصر: متانة الصدمات، ووحدة تحميل الثلوج، والتحكم في درجة حرارة التخزين.
على جانب الهيكل الفولاذي: بالنسبة للورش ذات خطوط العرض العالية وسقائف التخزين المقببة، تم تحديد الفولاذ وفقًا لدرجات التأثير Q355D/S355J2 بناءً على درجة الحرارة الدنيا المحلية، وتم تصميم أنظمة السقف لحمل الثلوج. يعمل التصميم الهيكلي والتكوين الكهروضوئي على إغلاق الحلقة داخل كيان واحد مسؤول.
الأسئلة الشائعة
س1: ما هي كمية الطاقة التي يمكن أن تولدها الألواح الشمسية فعلياً في الشتاء؟
ج: يعتمد ذلك على متغيرين: خط العرض وظروف الثلوج. في مناطق خطوط العرض الوسطى، يبلغ معدل توليد الشتاء الشهري حوالي 25%-50% مما كان عليه في يوليو؛ في الأيام الصافية والباردة والخالية من الثلوج، يمكن أن يكون الإنتاج اليومي أعلى بنسبة 10%-18% من المعدل (كسب درجة حرارة منخفضة + انعكاس الثلج). الأرقام السنوية هي ما يهم في القرارات الاقتصادية.
س2: هل لا تزال الطاقة الكهروضوئية تعمل في مناطق -20 درجة مئوية؟
ج: تعمل الوحدات بشكل أفضل في درجات الحرارة المنخفضة. ما تحتاج إلى التحقق منه هو التكوين على مستوى النظام: التحكم في درجة حرارة بطارية التخزين، وحمل الثلج المتراكم، وتقييم درجة حرارة الكابل الباردة. تغطي محطات الطاقة المتنقلة ZM-Besta -20 درجة مئوية إلى +50 درجة مئوية.
س3: هل يجب إزالة الثلج يدويًا؟
ج: عموما لا. تقوم المصفوفات ذات زوايا الميل التي تزيد عن 30 درجة بإلقاء الثلوج من تلقاء نفسها خلال يوم إلى يومين، وتكون خسائر الثلوج السنوية عادةً من 0 إلى 10%. إن مخاطر سلامة العمل وتلف الوحدة الناتجة عن الإزالة اليدوية عادة ما تفوق الكهرباء المستردة. تعتبر مناطق الثلوج الكثيفة المستمرة هي الاستثناء وتحتاج إلى استراتيجية مخصصة لإدارة الثلوج.
س4: كيف يمكنك تغطية نقص الطاقة في فصل الشتاء؟
ج: حجم تخزين LFP لأطول فترة من الأيام الملبدة بالغيوم/الثلجية. تحظى الطاقة الكهروضوئية بالأولوية خلال النهار، ويغطي التخزين الليل، ويتم الاحتفاظ بمولدات الديزل كنسخة احتياطية للطقس القاسي - وهذا هو المنطق الهجين الذي تستخدمه معظم المناجم الموجودة في خطوط العرض العليا.
س5: ما مدى أهمية مزايا N-type TOPCon في الشتاء؟
ج: يبلغ معامل درجة الحرارة حوالي -0.25% إلى -0.30%/درجة مئوية، مما يفقد 0.05%-0.1% أقل لكل درجة من PERC التقليدي. تتسع ميزة درجة الحرارة المنخفضة عند -20 درجة مئوية، لذلك يوفر النوع N مخرجًا إجماليًا أكثر ثباتًا في البرد القارس.
هل تريد تحديد حجم الجيل الشتوي وتكوين التخزين لمشروعك في خطوط العرض العليا؟
البريد الإلكتروني: info@xzbesta.com
