الفهرس
مقدمة
تعد النمذجة والمحاكاة أداة رقمية يمكن استخدامها لتحليل نظام أو التنبؤ بسلوكه قبل إنشائه أو تركيبه على أرض الواقع.
ونتيجة لزيادة الاهتمام بأنظمة الطاقة المتجددة وبالتزامن مع تطور علم النمذجة والمحاكاة أدى ذلك إلى إيجاد واعتماد مجموعة متنوعة من الأدوات البرمجية التي يمكن استخدامها في تصميم وتحليل ومحاكاة والتخطيط الاقتصادي للأنظمة ودراستها قبل تطبيقها على أرض الواقع. أصبحت النمذجة والمحاكاة ممارسة عالمية متبعة في مختلف القطاعات، مما أدى إلى توفر برامج هندسية بأسعار منخفضة وسهلة التعلم. وقد تم تطوير عدد من هذه البرامج للتغلب على التحديات المتعلقة بتحقيق التصميم الأمثل وتحديد السعة المناسبة لمشاريع الطاقة المتجددة مما ساهم في تجنب بعض التكاليف المالية الزائدة للنظام.
نستعرض في هذا المقال أكثر البرامج الهندسية استعمالا في نمذجة ومحاكاة أنظمة الطاقة المتجددة، وما يميز كل برنامج عن الآخر.
البرامج الهندسية التي سيتم تناولها في هذا المقال
مع التقدم التقني الكبير الذي شهده مجال أنظمة الطاقة المتجددة حول العالم، دعت الحاجة الي معرفة أهم البرامج التي تهم مهندسين الكهرباء والميكانيك والطاقة المتجددة في مجال تصميم أنظمة الطاقة المتجددة. فما هي هذه البرامج وكيف تعمل ؟
هناك العديد من البرامج الهندسية التي تستخدم على نطاق واسع في نمذجة ومحاكاة أنظمة الطاقة المتجددة. وفيما يلي بعض البرامج الشائعة والأكثر استخداماً والتي سنتطرق إليها في هذا المقال:
- برنامج «بيفي سيست – PVsyst»
- برنامج «هومر – HOMER»
- برنامج «سكيتش أب – Sketch up»
- برنامج «بي في سول – PVsol»
برنامج «بيفي سيست – PVsyst»
يستخدم برنامج «PVsyst» لتصميم الأنظمة الكهروضوئية المتصلة والمنفصلة عن الشبكة الكهربائية، بنوعيها التيار المتناوب (AC) و التيار المباشر (DC)، ويدرس التقييم الاقتصادي وحسابات تأثير الظل بالأبعاد الثلاثة (3D) كما ويستخدم هذا البرنامج في حسابات تصميم العاكس وتوزيع الألواح الشمسية على العاكس بحيث تظهر جميع اقتراحات التصميم الممكنة، فيما يلي أهم الجوانب التي يحاكيها البرنامج :
- القدرة على تحليل عناصر الطاقة الشمسية حسب منطقة المشروع والمدينة التي يقع فيها.
- القدرة على حساب الأحمال الكهربائية وتحليل منحنى الحمل طول العام للمنشأة.
- يتيح اختيار الألواح الشمسية حسب المعايير والمواصفات العالمية.
- تصميم وتحجيم المصفوفة الشمسية.
- تحجيم وتصميم العاكسات الشمسية ومنظمات الشحن.
- تحجيم وتصميم أنظمة التخزين بالبطاريات.
- يتيح الاختيار لعناصر متطلبات نظامي التأريض وحماية الصواعق.
- تحجيم وتصميم منظومات الطاقة الشمسية المختلفة : منظومة طاقة شمسية متصلة و مستقلة عن الشبكة (تتضمن النظام الشمسي والبطارية).
برنامج «هومر – HOMER»
يستخدم برنامج «HOMER» لتحليل ودراسة مشاريع الطاقة المتجددة الصغيرة المستقلة عن الشبكة الكهربائية أو المرتبطة بالشبكة، بالاضافة إلى تحليل المنظومات الهجينة التي تضم أكثر من نوع واحد من أنظمة الطاقة المتجددة والتقليدية، على سبيل المثال مشروع يشمل دمج نظام طاقة شمسية مع نظام طاقة رياح، أو مشروع طاقة شمسية مع مولد كهربائي يعمل على الديزل، كما ويدرس آلية التخزين في أنظمة الطاقة المختلفة، فيما يلي أهم الجوانب التي يحاكيها البرنامج :
- إمكانية معرفة الحجم الأمثل لأنظمة الطاقة الهجينة.
- إمكانية معرفة الحجم الأمثل لتخزين الطاقة في أنظمة نطاق المرافق.
- تحلیل استراتيجيات تدهور طاقة البطارية وزيادتها، في سبيل زيادة الإيرادات وتقليل النفقات في مشاريع الطاقة المتجددة .
- التحليل التراكمي للإيرادات من مشاريع الطاقة المتجددة المزودة بأنظمة التخزين وتحليل المكاسب التي يمكن تحقيقها في أسواق الطاقة بمختلف تصنيفاتها.
- إجراء تحليلات فنية واقتصادية لزيادة الإيرادات إلى الحد الأقصى.
- تحليل المخاطر في المشروع والجدوى الاقتصادية ومعدل العائد الداخلي للتخلص من المخاطر.
برنامج «سكيتش أب – Sketch up»
يستخدم برنامج «Sketch up» في تصميم أنظمة الطاقة الشمسية مقرونة بتصميم المنشأة المراد تركيب المشروع فيها، إذ يقوم مبدأ عمله على محاكاة الواقع في التصميم بحيث يتم التصميم بناءاً على الأبعاد الحقيقة للموقع والشكل الجمالي المطابق للواقع.
ويتميز هذا البرنامج بكونه يحتوي على عدد من الحزم الجاهزة المتخصصة في أنظمة الطاقة الشمسية، مثل الألواح الشمسية ذات القدرات المختلفة لأكثر من 100 شركة متخصصة في تصنيع الألواح الشمسية حول العالم، فيما يلي أهم الجوانب التي يحاكيها البرنامج :
- تصميم النماذج ثلاثية الأبعاد (3D) لأنظمة الطاقة المتجددة المركبة في المنازل والمنشآت المعمارية المختلفة.
- يتيح إضافة التفاصيل والأبعاد والمواد المستخدمة في المشروع المراد تصميمه.
- تطبيق الإضاءة والظلال لإنشاء تصور واقعي، ومدى تأثيرها على أنظمة الطاقة الشمسية.
- تحديد المنطقة الجغرافية المراد إنشاء مشروع الطاقة الشمسية عليها مع تحديد الإحداثيات (خطوط الطول ودوائر العرض) الفعلية للمنطقة.
- يحتوي على جميع المكونات اللازمة لبناء نظام الطاقة الشمسية، التي تشمل الألواح الشمسية والعاكس والهيكل الحديدي .
برنامج «بي في سول – PVsol»
يستخدم برنامج «PVsol» لتصميم ومحاكاة جميع أنواع الأنظمة الشمسية (الأنظمة الصغيرة والمتوسطة والكبيرة)، إذ يساعد هذا البرنامج في إظهار المشاكل التي يمكن مواجهتها بالمشروع في سبيل إيجاد الحل المناسب وتعديله على البرنامج قبل البدء في تنفيذ المشروع على أرض الواقع. بالإضافة الى أنه يمكن من خلال برنامج «PVsol» إعداد تقارير عن المشروع بدقة متناهية، يمكن تكوينها والتعديل عليها من أجل سلامة مخطط النظام الشمسي، فيما يلي أهم الجوانب التي يحاكيها البرنامج :
- استيراد بيانات الطقس في موقع مشروع النظام الشمسي.
- يتيح تحديد أبعاد المبنى المستخدم في المشروع بدق عالية.
- يتيح تحديد نوع وموديل اللوح المراد تركيبه بالمشروع.
- تحديد المسافات بين الألواح الشمسية وطريقة تركيبها بحيث لا تتأثر بالظل.
- التحليل الاقتصادي للمشروع.
- تقدير مساحة مقطع الكابلات الكهربائية.
- يتيح عرض تقرير فني ومالي كامل بشكل احترافي عن النظام الشمسي من أجل عرضه للعملاء.
- يتيح إنتاج تقرير مفصل عن الطاقة المنتجة من المحطة.
- يتيح عمل دراسة مالية لمعرفة فترة استرداد رأس المال من المحطة وسعر الطاقة المنتجة.
قدمنا في هذا المقال نظرة عامة على مجموعة متنوعة من البرامج المستخدمة في نمذجة ومحاكاة وتحسين أدوات الطاقة المتجددة، إذ يتميز كل برنامج بمجموعة فريدة من الخصائص التي تشمل مدخلات المستخدم ودقة النتائج. تهدف بعض الأدوات الموجودة في البرامج إلى سهولة إجراء فحص سريع ومسبق قبل تطبيق المشروع على أرض الواقع. قد يقدم بعضها نموذجاً محسناً في إحدى الجوانب بشكل يختلف عن البرامج الاخرى، لكن يتمتع جميعها بالهدف المشترك لتزويد المستخدم بمعلومات مفيدة حول أعمالهم في مجال الطاقة المتجددة.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…
نتمنى لكم يوماً مشمساً
المصدر : ورقة بحثية منشورة بعنوان
A comparative analysis of renewable energy simulation tools: Performance
