وضع معيار الأداء الشمسي

التوسع العالمي في القدرة الشمسية الفولطية قد خلق حاجة ملحة لطرق موحدة وموثوقة لقياس أداء النظام والتحقق منه، بدون إطار مشترك، مقارنة ناتج صفيفة سطحية في ألمانيا مع مصنع على نطاق واسع في أريزونا يصبح عملية تخمينية، المعيار الدولي للكهرباء 6174 يعالج هذا التحدي مباشرة من خلال وضع بروتوكول صارم ومعترف به دولياً لرصد النظام المغناطيسي اللاحق

ما هو IEC 61724؟

(أ) اللجنة التنفيذية المشتركة 61724 معيار دولي متعدد الجوانب يحدد المصطلحات، وإجراءات القياس، ومتطلبات اقتناء البيانات، وأساليب تحليل الأداء للنظم الفوتاتية، وقد وضعته اللجنة التقنية 82 التابعة للجنة الانتخابية المستقلة، وهي هيئة عالمية تضع معايير قائمة على توافق الآراء بشأن التكنولوجيات الكهربائية والإلكترونية، وهذا المعيار ليس وثيقة ثابتة؛ وقد تم تنقيحه وتوسيعه بمرور الوقت لتعكس التقدم المحرز في تكنولوجيا الاستشعار وتجهيز البيانات والخبرة التشغيلية.

والهدف الرئيسي للشبكة الدولية للكهرباء 61724 هو ضمان أن تكون بيانات الأداء التي تجمع من مختلف المنشآت المكلورة بالكهرباء متسقة ودقيقة وقابلة للمقارنة، وهي تنطبق على جميع النظم المزودة بالشبكة - بدءاً من صفائف سكنية صغيرة إلى مزارع شمسية واسعة النطاق - وتوفر لغة مشتركة للمهندسين ومطوري المشاريع والمستثمرين والمرافق، ومن خلال التقيد بالمبادئ التوجيهية للمعيار، يمكن لأصحاب المصلحة اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن تصميم النظم وتشغيلها وصيانتها والتخطيط المالي.

هيكل اللجنة الانتخابية المستقلة 61724

ويُنظَّم هذا المعيار إلى ثلاثة أجزاء رئيسية، يتناول كل منها جانباً متميزاً من رصد نظام البرامجيات:

  • IEC 61724-1: General] - يغطي هذا الجزء التأسيسي المصطلحات والرموز، ويحدد فئات نظم الرصد (Clas A, B, and C)، ويحدد المتطلبات الدنيا لكل فئة، ويجمل أيضا المبادئ العامة لاقتناء البيانات ودقة البيانات والإبلاغ عنها.
  • IEC 61724-2: Data Acquisition and Monitoring Systems] - يقدم هذا الجزء مواصفات تقنية مفصلة لرصد المعدات والبرامجيات، ويتناول أنواع الاستشعار، وطرائق التركيب والتركيب، وفترات تسجيل البيانات، وبروتوكولات الاتصال، وإجراءات ضمان جودة البيانات.
  • IEC 61724-3: Performance Metrics and Analysis] - يحدد هذا الجزء مؤشرات الأداء الرئيسية المستخدمة لتقييم أداء النظام الفلطائي، ويصف كيفية حساب القياسات مثل غلة الطاقة، ونسبة الأداء، وكفاءة النظام، والخسائر، ويقدم التوجيه بشأن تفسير النتائج.

وهذه الأجزاء الثلاثة مجتمعة تهيئ إطارا شاملا يغطي دورة الرصد بأكملها، بدءا من اختيار أجهزة الاستشعار وتركيبها إلى تحليل البيانات والإبلاغ عنها.

مؤشرات الأداء الرئيسية التي حددتها اللجنة الانتخابية المستقلة 61724

واحدة من أهم المساهمات في البرنامج 61724 هو توحيد مقاييس الأداء قبل أن يتم اعتماد المعيار على نطاق واسع، كثيرا ما تستخدم منظمات مختلفة تعاريف وطرق حساب مختلفة، مما يجعل المقارنات الشاملة لعدة نظم أمرا غير موثوق به، ويوضح المعيار بالضبط كيف ينبغي قياس كل متر وحسابه، ويكفل أن نسبة أداء تبلغ 82 في المائة تعني نفس الشيء سواء أُبلغ عنها في اليابان أو البرازيل أو جنوب أفريقيا.

معدل الأداء

ويقال إن نسبة الأداء هي أكثر القياسات استخداما في الصناعة الشمسية، وهي تقيس نسبة ناتج الطاقة الفعلي إلى الناتج النظري للطاقة الذي سينتجه النظام إذا كان يعمل بكفاءة معدلة في ظل ظروف اختبارية قياسية، وتستأثر استراتيجية الحد من الفقر بجميع خسائر النظم، بما في ذلك آثار الحرارة، وعدم الكفاءة اللافتية، وخسائر الأسلاك، والظلال، وتدهور الوحدات.

ويحدد البرنامج الدولي للحساب الإلكتروني 61724 الصيغة الدقيقة لحساب استراتيجية الحد من الفقر، ويشترط قياس الإشعاع ودرجة الحرارة في الوحدات والمتغيرات البيئية الأخرى باستخدام أدوات معارة لضمان الدقة، كما يوفر المعيار إرشادات بشأن كيفية التصفية وتصحيح البيانات لفترات التقليص، أو فترات التوقف عن العمل في اللافتر، أو غير ذلك من ظروف التشغيل غير القياسية.

الطاقة الكهربائية

ويحدد المعيار ثلاثة مقاييس رئيسية للمحاصيل توصف ناتج الطاقة في نظام معالج حراري متعدد الأبعاد فيما يتعلق بحجمه والموارد الشمسية المتاحة:

  • Reference Yield (Yr) ] — The total in-plane irradiance received by the array divided by the reference irradiance (usually 1 kW/m2). This metric represents the number of equivalent full-sun hours at the site and serves as a measure of the available solar resource.
  • Array Yield (Ya) ] - The total DC energy generated by the PV array divided by its rated DC power. Array yield reflects how well the array converts incoming sunlight into DC electricity, accounting for temperature, soiling, and module-level losses.
  • Final Yield (Yf) ] - تم حصر إجمالي طاقة AC التي تم تسليمها إلى الشبكة أو الحمولة التي قسمتها قوة البلدان النامية المصنفة، وهذا هو ناتج الطاقة الصافي بعد جميع خسائر النظام، بما في ذلك الخسائر في المحولات والخسائر في المحولات.

ومن خلال مقارنة قيم الغلة الثلاثة هذه، يمكن للمشغلين تحديد الحالات التي تحدث فيها الخسائر في النظام، مثلا، تشير الفجوة الكبيرة بين غلة الصفوف والخلايا النهائية إلى أن العناصر الجانبية لجماعة التعاون التقني (المتحولون أو الأسلاك) لا تعمل على نحو كاف.

كفاءة النظام وفقدانه

ويوحد المجلس التنفيذي 61724 أيضا حساب كفاءة النظام، الذي يعرف بنسب صافي ناتج الطاقة من ثاني أكسيد الكربون إلى مجموع حوادث الطاقة الشمسية على المجموعة، وبالإضافة إلى ذلك، يوفر هذا المعيار تصنيفا لفئات الخسارة، بما في ذلك الخسائر المتصلة بدرجات الحرارة، والخسائر في استخدام الخلافين، وخسائر الأسلاك والتحصيل، وخسائر التربة، والخسائر في المماطلة والظلال، مما يتيح للمشغلين تحديد أوجه القصور في الأداء على مدى حياة النظام والتصدي لها بصورة منهجية.

Impact on Solar Power Monitoring Across the Industry

وقد أدى اعتماد البرنامج المتكامل للتعاون الاقتصادي 61724 إلى تحول كيفية رصد الصناعة الشمسية، مع فوائد قابلة للقياس بالنسبة لمصنعي المعدات، ومطوري المشاريع، ومديري الأصول، ومشغلي الشبكات.

مجموعة البيانات الموحدة والمخصصات عبر الموقع

وقبل اعتماد المعيار على نطاق واسع، كثيرا ما تكون بيانات الرصد من مختلف النظم غير متوافقة، وقد يبلغ أحد المطورين عن غلة الطاقة استنادا إلى قدرة البلدان النامية في حين يستخدم آخر قدرة البلدان الأفريقية المتقدمة النمو؛ وقد يصحح ذلك أيضا بالنسبة للحرارة بينما لم يستعمله الآخر، ويلغي المجلس التنفيذي 61724 هذا التباين بتحديد المعايير التي يجب قياسها بدقة، وبأي تواتر، ونتيجة لذلك، فإن مدير حافظة يشرف على مئات من الأصول الموزعة جغرافيا يمكن أن يقارن الآن الاهتمام بالأداء من فرادى النظم.

تحسين التشخيص والصيانة الافتراضية

ومن خلال وضع خط أساس واضح للعمليات العادية، يتيح هذا المعيار الكشف عن الأخطاء وتشخيصها بشكل أكثر فعالية، ويمكن أن تؤدي نظم الرصد في الوقت الحقيقي التي تتبع المبادئ التوجيهية للشبكة الدولية للحساب الإلكتروني 61724 إلى الانحراف تلقائيا عن نسبة الأداء المتوقعة أو قيم العائد أو توزيع الخسارة، وعلى سبيل المثال، قد يؤدي الانخفاض التدريجي في غلة المصفوفة إلى انخفاض درجة الحرارة والارتفاع المستقرة إلى تدهور التربة أو الوحدة، وقد يؤدي الانخفاض المفاجئ في العائد النهائي إلى فقدان الاتصال.

التشغيل المتبادل للمعدات والتجارة العالمية

كما يعزز البرنامج التعاون بين أجهزة وبرامج الرصد من مختلف البائعين، وعندما يلتزم كل من أجهزة الاستشعار وسجل البيانات ومنابر التقييم الذاتي الموحد، بنفس المواصفات المتعلقة بالقياس وشكل البيانات، يصبح من الأسهل إدماج عناصر من موردين متعددين في نظام رصد متماسك، مما يقلل من قفل البائعين ويمنح أصحاب المشاريع مرونة أكبر في رفع مستوى المكونات أو استبدالها مع تطور التكنولوجيا.

استحقاقات التنظيم والامتثال

وفي العديد من الولايات القضائية، تحتاج الوكالات التنظيمية والمرافق العامة إلى مشغلي نظم الطاقة الفلكية لتقديم تقارير أداء تتبع المعايير المعترف بها.() وتوفر اللجنة الأوقيانوغرافية الحكومية الدولية 61724 نموذجا مقبولا على نطاق واسع لهذه التقارير، وتبسيط عملية الموافقة على الربط الشبكي، والتعريفات بالإيصال، وشهادات الطاقة المتجددة.() وتستفيد المرافق أيضا من البيانات الموحدة عند تقييم مساهمة الطاقة الشمسية الموزعة في مجال الموثوقية الشبكية وتخطيط الموارد.

التحديات

وفي حين أن فوائد الدورة الدراسية 61724 للجنة الانتخابية المستقلة كبيرة، فإن تحقيق الامتثال الكامل ليس بدون عقبات، إذ يجب على واضعي المشاريع ومشغليها أن يلغيوا تكاليف المعدات، واحتياجات التدريب، وتعقيدات إدارة البيانات.

تكاليف المعدات والمعايرة

ويتطلب الرصد من الفئة ألف، كما يحدده المعيار، خلايا مرجعية عالية الدقة أو أجهزة قياس درجة الحرارة، وأجهزة استشعار درجة الحرارة ذات التقلبات الشديدة، ونظم حيازة البيانات القادرة على قطع الأشجار على فترات قصيرة )دقيقة واحدة أو أقل(، وهذه المكونات أكثر تكلفة من أجهزة الاستشعار الأساسية للرصد، ويجب إعادة تصنيفها بانتظام للحفاظ على الدقة، وبالنسبة للنظم السكنية أو التجارية الصغيرة، قد يصعب تبرير حجم الأداة من الدرجة ألف.

التدريب والخبرة

ويتطلب تنفيذ البرنامج المتكامل 61724 فريقاً يفهم الجوانب التقنية لتركيب أجهزة الاستشعار وتحليل البيانات، وقد برزت برامج تدريبية وخطط لإصدار الشهادات لمعالجة هذه الفجوة، ولكن معامل التكهن لا يزال ضعيفاً بالنسبة للمنظمات الجديدة.

إدارة البيانات والتكامل

ويمكن لنظام رصد كامل للشبكة الدولية للإحصاء رقم 61724 أن يولد تيرابايت البيانات على مدى حياة المشروع، إذ أن إدارة هذه البيانات وتخزينها وتحليلها تتطلب هياكل أساسية قوية لتكنولوجيا المعلومات ومنابر تحليلية متطورة، ويعتمد العديد من المشغلين الآن على خدمات الرصد القائمة على الغيوم التي تعالج إغراق البيانات ومراقبة الجودة والإبلاغ امتثالا للمعيار، غير أن ضمان تدفق البيانات عن بعد من أجهزة الاستشعار الميدانية إلى منابر السحب، مع الاحتفاظ ببروتوكولات التي تنطوي على تحديات.

The Future of IEC 61724 and Solar Monitoring

ومع استمرار تطور الصناعة الشمسية، يجب أن يتكيف معيار اللجنة الاقتصادية الدولية رقم 61724 مع التكنولوجيات الجديدة ومع النماذج التشغيلية، ومن المرجح أن تشكل عدة اتجاهات الجيل القادم من معايير الرصد.

التكامل مع نظام IoT وحساب إدج

وقد يؤدي انتشار أجهزة الاستشعار المنخفضة التكلفة والحواسيب الحاوية إلى جعل جمع بيانات أعلى استبانة من نقاط أكثر داخل نظام معالج حراري، وبدلا من الاعتماد على مقياس وحيد وحفنة من أجهزة الاستشعار الحرارية، يمكن للمشغلين نشر شبكات الاستشعار الموزعة التي ترصد درجات حرارة فرادى، وتيارات مستوى الخيوط، وحتى أداء الأشعة المصغرة(24).

AI and Machine Learning for Performance Modeling

ويتزايد استخدام خوارزميات التعلم الماكنة لنموذج الأداء المتوقع للمصابين بالإيدز في ظل ظروف بيئية معقدة، ولكشف أنماط التحلل الخفيف التي قد تفوتها أجهزة الإنذار التقليدية القائمة على العتبة، وقد يشمل هذا المعيار، مع نضج هذه التقنيات، الممارسات الموصى بها لنشر التحليلات القائمة على أساس متعدد اللغات في سياق للرصد، ويمكن أن يشمل ذلك مبادئ توجيهية بشأن متطلبات البيانات التدريبية، والتحقق من النماذج، وتحديد كمية عدم التيقن.

توسيع نطاق النظامين الهجين والمشروع

ومع نمو محطات الطاقة الهجينة التي تجمع بين الطاقة الشمسية ومخزون البطاريات أو الرياح أو مصادر توليد أخرى، يجب أن يحسب إطار الرصد تدفقات الطاقة التي تتداخل مع النظم الفرعية المتعددة، وبالمثل، فإن تركيبات الفلفلطية المتكاملة للبناء تطرح تحديات فريدة في القياس لأن وحدات الفولطية تعمل أيضاً كعنصرين هيكلي أو صناعي للبناء، ومن المرجح أن توسع اللجنة الأوقيانوغرافية المستقلة نطاق هيكلي أو تضع معايير تركيبية للرفيق.

المواءمة مع متطلبات مدونة قواعد السلوك

ومع ازدياد التغلغل الشمسي، فإن مشغلي الشبكات يطالبون بقدرات أكثر تطورا للرصد والمراقبة من محطات الطاقة الكهربية، وقد يتطور هذا المعيار ليشمل أحكاما للاستجابة السريعة التردد، والقدرة على الطاقة الاستباقية، ورصد الوصلات عن طريق الوصل، وسيساعد جبر الوصل بين IEC 61724 مع المتطلبات الناشئة من رموز الشبكة على ضمان أن تكون النباتات الشمسية قادرة على المشاركة الكاملة في أسواق الكهرباء الحديثة.

خاتمة

وقد أعاد المجلس الاقتصادي الدولي تشكيل الصناعة الشمسية بصورة أساسية بتوفير إطار واضح وموثوق لقياس وتحليل أداء نظام الطاقة الفلكية، حيث أن قياساته الموحدة تتيح إجراء مقارنات مجدية بين المشاريع والجغرافيا والفترات الزمنية، مما يعطي المالكين والمستثمرين الثقة في نشر رأس المال على نطاق واسع، وفي حين أن التنفيذ يتطلب الاستثمار في أجهزة استشعار الجودة والتدريب والهياكل الأساسية للبيانات، فإن العائدات من حيث تحسين توافر النظم، والتحسين في الصيانة، والموثقة.