مقالات مشابهة
يتم قياس كمية الإشعاع الشمسي الساقط على الألواح في مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية التجارية والمشاريع ذات الأحجام الكبيرة (أكبر من 1 ميجا واط عادة) بهدف مقارنتها مع كمية الإشعاع الشمسي المتوقعة والتي تم استخدامها أثناء مرحلة التصميم وبهدف حساب معامل الأداء (Performance Ratio) والذي يستخدم في كفالات إنتاجية أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية وفي كفالات التشغيل والصيانة.
مقدمة
يتم قياس كمية الإشعاع الشمسي الساقط على موقع ما، إما من خلال الأقمار الصناعية أو من خلال إجراء قياسات أرضية (Ground-Based Measurements) باستخدام مستشعرات إشعاعية (Radiation Sensors) يتم تركيبها في المشاريع. وغالباً ما يتم استخدام معلومات الأقمار الصناعية في مرحلة تصميم المشاريع وتطويرها في حال عدم وجود محطات رصد جوي قريبة من موقع المشروع ولتعذر تركيب مستشعرات إشعاعية لمدة عام كامل أو أقل قبل تنفيذ المشروع لقياس كمية الإشعاع الشمسي المتوقع.
بينما يتم استخدام معلومات الإشعاعية الناتجة عن القياسات الأرضية (Ground-Based Measurements) بعد تنفيذ المشاريع، لحساب معامل الأداء (Performance Ratio) بالإضافة لمقارنة كمية الإشعاع الساقط مقارنة مع كمية الإشعاع الشمسي المتوقع الذي تم أخذه بعين الاعتبار في مرحلة التصميم.
سوف نتناول في مقال لاحق الفرق بين معلومات الإشعاع من الأقمار الصناعية وبين معلومات الإشعاع الناتجة عن القياسات الأرضية بالإضافة إلى إيجابيات وسلبيات كل طريقة. أما في هذا المقال فسوف نتحدث عن القياسات الأرضية (Ground-Based Measurements) باستخدام المستشعرات (Sensors).
القياسات الأرضية (Ground-Based Measurements)
يوجد أنواع متعددة من مستشعرات الإشعاعية لقياس كمية الإشعاع الشمسي الساقط على سطح ما من شركات مختلفة، مع اختلاف الدقة والكلفة لهذه الأجهزة. ولكن بشكل أساسي يمكن تقسيم مستشعرات الإشعاعية من حيث التكنولوجيا المستخدمة فيها إلى نوعين أساسيين:
-
مقياس الإشعاع السماوي- البيرانوميتر (Pyranometer):
مقياس الإشعاع السماوي- البيرانوميتر هو جهاز يستخدم لقياس شدة الاشعاع الشمسي المباشر والمتشتت (Direct and Diffuse Radiation) على سطح ما، ويتكون من مستشعر حراري مثبت داخل قبتين زجاجيتين يتم تثبيتهم على غطاء معدني أبيض وينفذ الاشعاع الشمسي من خلال القبتين نحو قاعدة مكونة من قطعة معدنية سوداء تمتص جميع الأشعة الواصلة إليها.
يعمل الإشعاع الشمسي على رفع درجة حرارة القطعة المعدنية السوداء بما يتناسب مع شدة الإشعاع، ثم يتم حساب شدة الإشعاع من خلال قياس الفرق في درجة الحرارة ما بين القطعة المعدنية السوداء وما بين الغلاف المعدني الأبيض حيث يتم قياس درجة الحرارة باستخدام مستشعر حرارة (Thermocouple). وقد تصل دقة أجهزة البيرانوميتر المعايرة بشكل جيد إلى 1-2%
-
الخلية المرجعية (Reference Cells)
تتميز الخلايا المرجعية (Reference Cells) بانخفاض سعرها مقارنة مع أجهزة البيرانوميتر، وتتكون من خلية كهروضوئية صغيرة ويفضل عادةً أن تكون من نفس نوع التكنولوجيا المستخدمة في المشروع (بولي كريستالين، مونو كريستالين، ثن فيلم، إلخ).
ولأن التيار الخارج من الخلايا الكهروضوئية يتناسب مع كمية الإشعاع الشمسي الساقط عليها، يتم قياس قيمة التيار الخارج من الخلية الكهروضوئية ومن ثم تحديد كمية الإشعاع الشمسي من خلال النسبة والتناسب مع مقدار التيار الخارج من الخلية. بعض الخلايا المرجعية (Reference Cells) يتم فيها تصحيح التيار بالنسبة لدرجة حرارة الخلية الكهروضوئية للحصول على قيم أدق للإشعاع الشمسي.
دقة الخلايا المرجعية أقل من دقة أجهزة مقياس الإشعاع السماوي بنسب قد تصل إلى +/-5%.
احتياطات يجب أخذها عند قياس الإشعاع الشمسي:
تعتبر عملية قياس الإشعاع الشمسي عملية صعبة، وتتطلب عناية ودقة كبيرة، وذلك لأسباب عديدة نذكر منها:
- يجب الحفاظ على مستعشر الإشعاع نظيفاً بشكل مستمر.
- يجب التأكد من معايرة أجهزة قياس الإشعاع الشمسي قبل تركيبها ومقارنتها مع معايرة الشركات المصنعة، كما يجب إعادة معايرتها كل فترة زمنية معينة حسب الشركة المصنع على أن لا تزيد عن سنتين.
- يجب تحديد آلية حساب الإشعاع الشمسي مسبقاً في مسجل البيانات (Datalogger) وذلك بقياس كمية الإشعاع الشمسي كل مدة زمنية قصيرة (عدة ثواني) ومن ثم حساب متوسط الإشعاع الشمسي لكل فترة زمنية محددة. وفي حال تم تغيير الإعدادات او تغيير المدد الزمنية سوف تنخفض دقة القراءات.
- يجب التأكد من زوايا تركيب المستشعرات عند تركيبها، والحفاظ على هذه الزوايا خلال فترة القياس والتاكد منها كل فترة زمنية معينة للحفاظ على دقة قراءات الإشعاعية.
- التأكد من عدم تعرض مستشعر الإشعاعية للظلال على مدار العام.
