كيف تتكيف مكيفات الهواء الشمسية من ديمكس مع التقلبات في الطاقة الشمسية؟

تُعَدّ تقنية التتبع النقطة القصوى للطاقة (MPPT) إنجازًا كبيرًا في مجال تقنيات العاكس، وهي تتيح تحكُّمًا أكثر ذكاءً واستجابةً في استخدام الطاقة الشمسية، مما يحقِّق كفاءة طاقية أعلى واستجابة أفضل للنظام حتى في ظروف الإشعاع الشمسي المتغيرة. فالتغيرات في الغطاء السحابي، والمواسم المختلفة، وغيرها من التقلبات الشمسية تؤدي إلى تغيُّرات في كمية الطاقة الشمسية المُستخلصة المتاحة للنظام. ونتيجةً لتقلُّب شدة الإشعاع الشمسي، يقوم العاكس بضبط الجهد والتيار المطلوبين لنظام تكييف الهواء. وهذا يساعد على تجنُّب هدر الطاقة. وفي الواقع، حتى عند حدوث انخفاض عابر سريع في شدة الإشعاع الشمسي بنسبة ٣٠٪، يظل النظام قادرًا على الحفاظ على حمل التبريد المطلوب. ففي ظروف شدة الإشعاع الشمسي المنخفضة، تقوم تقنية MPPT بضبط ضاغط نظام التكييف ليشتغل عند حمل منخفض (لتوفير الطاقة)، وعندما تزداد شدة الإشعاع الشمسي إلى مستويات كافية، يرتفع حمل الضاغط تدريجيًّا ليصل إلى أقصى قدراته. ويوفِّر النظام تبريدًا متواصلًا ويحافظ على درجة حرارة مريحة داخل المبنى دون الاعتماد على الشبكات الكهربائية المساعدة.

تكيف الجهد-التردد أثناء التظليل الجزئي أو الانتقالات السحابية

محولات مُتتبِّعات نقطة القدرة القصوى (MPPTs) تُكيّف وظائفها لتحسين إنتاج الطاقة من خلال تعديل الجهد والتردد لمراعاة ظروف العزل المتغيرة والمُنخفضة. وتكتشف هذه الوحدات التحكمية وجود أو غياب الطاقة في حالات الظلال أو الغيوم، ثم تحوّل الحمل إلى الألواح الشمسية الأكثر إضاءةً. وبعد ذلك، تقوم بتعديل تردد الموجات الكهربائية لتفادي التأثير السلبي على مواد التبريد في الضاغط. وعند حدوث انخفاض مفاجئ في شدة الإضاءة، تقلّل المحولات الذكية من متطلبات الجهد في الدائرة المستمرة (DC) لضمان استمرار عمل الأنظمة وعدم توقفها، مع الاستفادة من أصغر كمية ممكنة من الطاقة المتاحة. وعادةً ما تستمر الأنظمة في الحفاظ على نحو تسعين في المئة من قدرة التبريد الناتجة خلال فترات الإشعاع الشمسي دون المستوى الأمثل. علاوةً على ذلك، تقوم أجهزة استشعار الحرارة المدمجة في النظام بتحسين أدائه تلقائيًّا لمراعاة ارتفاع درجات حرارة الجو المحيط.

دمج شبكة الكهرباء ونظام الطاقة الاحتياطي بالبطاريات مع أنظمة مكيفات الهواء الشمسية

التبديل الفائق السرعة (أقل من ١٥٠ مللي ثانية) أثناء انهيار الإشعاع الشمسي

تستخدم أحدث تقنيات مكيفات الهواء الشمسية مستشعرات متقدمة لمستوى الإضاءة التي تستجيب بسرعة للانخفاض المفاجئ في إنتاج الألواح الشمسية الناتج عن تغطية السحب. وخلال هذه الأحداث، يُفعَّل مفتاح الانتقال التلقائي خلال ١٥٠ ملي ثانية لتحويل مصدر طاقة التبريد إما إلى الشبكة الكهربائية أو إلى أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات، دون أي انقطاع في عملية التبريد. ويتمتَّع النظام بالقدرة على إجراء التعديلات التلقائية على الجهد والتردد، مما يضمن استمرارية تشغيل الضاغط دون توقف. أما أنظمة التدفئة والتبريد القياسية فتتفاعل بشكل ضعيف مع هذا النوع من انقطاعات مصدر الطاقة، ما يؤدي إلى اختلال ملحوظ في درجة الحرارة. وتتنبَّأ خوارزميات البرمجيات المتقدمة بالتغيرات الجوية الوشيكة، وتشحن مكوِّنات مختارة مسبقًا لتقليل أي تأخير قد يحدث أثناء الانتقال بين مصادر الطاقة. وينتج التشغيل الاستباقي للنظام تحسُّنًا كبيرًا في مستوى الراحة العامة داخل المبنى.

قواعد تحديد أولوية الوضع الهجين: الأفضلية للطاقة الشمسية مقابل سيناريوهات دعم الشبكة الكهربائية

يجمع الإدارة الذكية لهذه الأنظمة بين مصادر الطاقة المختلفة بشكلٍ مرن وفقًا للظروف المتغيرة. فعلى سبيل المثال، عند توفر أشعة شمس قوية، يسعى وحدة التحكم إلى تحقيق أقصى استفادة ممكنة من الطاقة الناتجة عن الألواح الشمسية. ويؤدي ذلك إلى خفض الاعتماد على الكهرباء الخارجية، ما يوفّر ما نسبته ٣٥–٤٠٪ من تكاليف الكهرباء، وذلك حسب الموقع الجغرافي. ومع ذلك، يتغير السيناريو عند ارتفاع درجات الحرارة أو في الأيام الغائمة. وفي هذه الحالات، يُفعَّل النظام الاحتياطي تلقائيًّا لتحديد المزيج الأمثل من الطاقة الشمسية والطاقة المستمدة من الشبكة الكهربائية لتبريد المعدات العاملة وتخزين الطاقة في البطاريات للاستخدام المستقبلي. وبجانب إدارة طاقة البطاريات، تقوم هذه البرامج أيضًا بحجز جزء من الطاقة أثناء انقطاع التيار الكهربائي لضمان ألا تنفذ شحنة البطاريات تمامًا. ويمكن لمستخدمي هذه الأنظمة اختيار تفضيلات إدارة الطاقة وفقًا لهذه الأنظمة بناءً على مدى الرغبة في التوفير المالي وموثوقية إمداد الطاقة، وذلك لضمان مستويات الراحة في المنازل وتمديد عمر المعدات.

القابلية الحقيقية للتكيف لمكيفات الهواء الشمسية أثناء الإجهاد البيئي

فهم الحرارة المحيطة، وانخفاض كفاءة الألواح الكهروضوئية، وانخفاض سعة التبريد

وكما ورد في تقرير «جرد فورسايت» لعام ٢٠٢٣، تنخفض كفاءة الألواح الشمسية مع ارتفاع درجات الحرارة، وهذا يشمل درجة حرارة تشغيل الألواح نفسها. وفي الواقع، تُعَدُّ إحدى المشكلات الرئيسية التي تواجه الاستفادة المحتملة من الطاقة الشمسية في البيئة هي أن ارتفاع درجات الحرارة يؤدي إلى زيادة الحاجة إلى تشغيل مكيفات الهواء. علاوةً على ذلك، فإن الحرارة تُسرِّع عملية تآكل الألواح الشمسية، ما يؤدي إلى ازدياد المقاومة الكهربائية وبالتالي انخفاض الإنتاج الكهربائي. وخلال موجات الحر، تنخفض الطاقة الشمسية المتاحة لتشغيل الضواغط بشكل كبير، ولذلك تقوم الأنظمة الذكية إما بضبط حمل التبريد تلقائيًّا لتوفير الطاقة أو بالتحول إلى مصادر طاقة مساعدة. أما الأنظمة المتقدمة المصمَّمة خصيصًا لهذه الظروف، فهي ستواصل توفير التبريد المطلوب باستخدام طاقة البطاريات المخزَّنة، وتتيح تحكُّمًا أكبر في تشغيل الضواغط، مما يمكنها من تقديم تبريدٍ أكبر كلما ارتفعت درجة الحرارة مقارنةً بأنظمة تكييف الهواء التقليدية.

هندسة التحكم في الضاغط: وبسبب التقلبات في إنتاج الطاقة الشمسية، يمكن لأنظمة تكييف الهواء الشمسية إدارة هذه التغيرات بفضل استخدامها لضواغط تعمل بالتيار المستمر وذات سرعة متغيرة. وحسب إنتاج الألواح الشمسية، يمكن للنظام ضبط هذا الإنتاج. فإذا انخفض إنتاج الألواح، فإن أنظمة التحكم الذكية تُمكّن النظام من خفض إنتاج الضاغط بنسبة تتراوح بين ٣٠٪ و٦٠٪. ويستمر النظام في التشغيل مع الحفاظ على التبريد، لكن ليس عند السعة القصوى للضاغط. وعلى العكس، في الأيام المشمسة يكون إنتاج الألواح عند أقصى حد له، فتؤدي هذه الضواغط إلى تشغيل النظام عند سعته القصوى لتحقيق أقصى تبريد دون الاعتماد على طاقة إضافية من شبكة الكهرباء العامة. ويُعد هذا النظام مناسبًا جدًّا للحفاظ على درجات حرارة مريحة حتى في غياب أشعة الشمس المستمرة. وبالمقارنة مع النماذج الأقدم ذات السرعة الثابتة، ثبت أن هذه الأنظمة تستهلك طاقة أقل بنسبة تصل إلى ٤٠٪ تقريبًا. وتستخدم هذه الأنظمة ما يُشبه «الدماغ الإلكتروني» الحاسوبي الذي يراقب ثلاث متغيرات رئيسية: جهد إنتاج المصفوفة الشمسية، ودرجة الحرارة الخارجية، وطلب التبريد للمبنى.

ستستمر هذه الأنظمة في العمل حتى عند ظهور سحب مفاجئة أو عندما يغطي الظل جزءًا من اللوحة الشمسية.

الأسئلة الشائعة

ما هو نظام تتبع نقطة القدرة القصوى (MPPT) وكيف يساعد أنظمة تكييف الهواء الشمسية؟

يُحسِّن نظام تتبع نقطة القدرة القصوى (MPPT) أداء أنظمة تكييف الهواء الشمسية من خلال التحسين، ويساعد في موازنة إنتاج اللوحة الشمسية وحمل الضاغط.

كيف تتعامل أنظمة تكييف الهواء الشمسية مع الانخفاض المفاجئ في شدة ضوء الشمس؟

عند حدوث انخفاض سريع في شدة ضوء الشمس، تكون أنظمة تكييف الهواء الشمسية مزوَّدة بمبدِّل كهربائي ومنطقٍ كافيين للسرعة للتحول إلى طاقة البطارية أو الشبكة الكهربائية لضمان استمرار عملية التبريد.

هل يمكن لمكيفات الهواء الشمسية أن تعمل بكفاءة أثناء الظروف الغائمة أو الجزئيّة الظلّية؟

نعم، وبفضل استخدام المبدلات الذكية ونظام تتبع نقطة القدرة القصوى (MPPT)، يمكن لأنظمة تكييف الهواء الشمسية أن تُكيّف وظائفها بكفاءة تحت الظروف الغائمة أو عند وجود ظل جزئي عليها.

كيف تختار مكيفات الهواء الشمسية الهجينة بين الطاقة الشمسية والطاقة المُستمدة من الشبكة الكهربائية؟

تتمتع مكيفات الهواء الشمسية الهجينة بقواعد أولوية تعتمد على توفر أشعة الشمس والظروف البيئية الأخرى لاختيار الطاقة الشمسية أو طاقة الشبكة الكهربائية أو مزيج منهما. ولها القدرة على تخزين الطاقة الزائدة الناتجة عن الألواح الشمسية وشبكة الكهرباء في البطاريات لاستخدامها لاحقًا.

ما المشكلات التي تواجهها مكيفات الهواء الشمسية في درجات الحرارة المرتفعة جدًّا؟

في الظروف شديدة الحرارة، تنخفض كفاءة الألواح الشمسية، مما يحد من كمية الطاقة الشمسية المتاحة للمكابس. وتستخدم الأنظمة الأكثر تطورًا تقنيًّا أنظمة تخزين الطاقة والتنبؤات المناخية لتوفير تبريدٍ موثوقٍ.