یکی از محدودیتهای همیشگی نیروگاههای خورشیدی، چیزی است که هیچ اینورتر یا پنل پیشرفتهای نمیتواند مستقیماً کنترل کند: وضعیت آسمان.
عبور ابر از روی یک نیروگاه میتواند در مدت کوتاهی شدت تابش را کاهش دهد و تولید برق را پایین بیاورد. تاکنون بیشتر راهکارهای صنعت خورشیدی روی پیشبینی این تغییرات، استفاده از باتری یا مدیریت بهتر شبکه تمرکز داشتهاند؛ اما یک فناوری جدید به سراغ خود ابرها رفته است.
یک شرکت فناوری آمریکایی در حال توسعه ناوگانی از پهپادهای خودکار است که قرار است وارد ابرهای کمارتفاع و متوسط شوند و ویژگیهای نوری آنها را تغییر دهند تا بخش بیشتری از نور خورشید به سطح نیروگاههای فتوولتائیک برسد. بر اساس مدلهای اولیه شرکت، این روش در شرایط مناسب میتواند تولید سالانه برخی نیروگاهها را بین ۱۰ تا ۳۰ درصد افزایش دهد؛ عددی که در حال حاضر یک برآورد و ادعای توسعهدهنده فناوری است و هنوز در مقیاس واقعی نیروگاهی اثبات نشده است.
مسئلهای که این فناوری(پهپاد ها) میخواهد حل کند
ابرها لزوماً تمام نور خورشید را متوقف نمیکنند، اما میتوانند مقدار زیادی از تابش مستقیم را بازتاب یا پراکنده کنند. برای یک نیروگاه خورشیدی بزرگ، این موضوع فقط به معنی چند دقیقه افت تولید نیست. در مناطقی که پوشش ابری بهصورت مکرر از روی نیروگاه عبور میکند، مجموع این کاهش تولید در طول سال میتواند قابل توجه باشد.
مدل توسعهیافته برای این فناوری نشان میدهد برخی ابرهای کم ارتفاع و متوسط هنگام عبور از روی نیروگاه میتوانند شدت تابش ورودی را بهشدت کاهش دهند. ایده اصلی این است که بهجای پذیرش کامل این افت تولید، بتوان حداقل بخشی از تأثیر ابر را کاهش داد.
این نگاه با بیشتر راهکارهای فعلی متفاوت است. در سیستمهای معمول، وقتی ابر وارد منطقه میشود، نیروگاه نمیتواند تولید ازدسترفته را بازگرداند. باتری میتواند افت توان را برای مدتی جبران کند و پیشبینی هوا میتواند اپراتور را برای تغییر تولید آماده کند، اما هیچکدام میزان نور رسیده به خود پنل را افزایش نمیدهند. فناوری جدید دقیقاً همین بخش را هدف گرفته است.
پهپاد ها قرار است با ابر چه کاری انجام دهند؟
این روش شباهتهایی با مفهوم بارورسازی یا اصلاح ابرها دارد، اما هدف آن ایجاد باران نیست. در روشهای متداول اصلاح آبوهوا، معمولاً موادی وارد ابر میشوند تا رفتار قطرات آب یا کریستالهای یخ تغییر کند. در فناوری جدید، توسعهدهندگان میگویند هدف این است که بدون وارد کردن مواد شیمیایی، خواص ابر تغییر کند.
پهپادهای برقی وارد ابر میشوند و با قطرات آب موجود در آن تعامل میکنند تا بازتابندگی ابر کاهش پیدا کند. در صورت موفقیت، نور بیشتری میتواند از ابر عبور کرده و به پنلهای خورشیدی زیر آن برسد.
با این حال، یک نکته مهم هنوز روشن نیست: شرکت جزئیات کامل سازوکاری را که برای تغییر قطرات آب استفاده میکند منتشر نکرده است. بنابراین در حال حاضر میتوان ایده کلی فناوری را توضیح داد، اما هنوز نمیتوان عملکرد دقیق آن را مانند یک فناوری تجاری تثبیتشده ارزیابی کرد.
چرا پهپاد و نه هواپیما؟
اصلاح ابرها موضوع جدیدی نیست و در گذشته برای چنین عملیاتهایی از هواپیما استفاده شده است. تفاوت اصلی این طرح، استفاده از تعداد زیادی پهپاد برقی کوچک و خودکار است. هدف این است که بهجای اعزام یک هواپیمای گرانقیمت، ناوگانی از پهپادها مستقیماً در محدوده نیروگاه فعالیت کنند.
برآورد توسعهدهندگان نشان میدهد هزینه عملیاتی پهپادهای موردنظر میتواند بهمراتب پایینتر از استفاده از هواپیماهای متداول برای عملیات اصلاح ابر باشد. برنامه نهایی نیز استفاده از چند ده تا چند صد پهپاد است که بتوانند همزمان روی ابرهای در حال عبور از نیروگاه کار کنند.
برای یک نیروگاه چندصد مگاواتی، چنین سیستمی در صورت عملی شدن دیگر یک پهپاد ساده نخواهد بود؛ بلکه به یک سامانه هماهنگ از پیشبینی هوا، ناوبری، کنترل خودکار و مدیریت ناوگان پهپادی تبدیل میشود.
هوش مصنوعی بخش دیگری از راهکار است
برای اینکه چنین سیستمی کاربردی باشد، پهپادها باید بدانند ابر چه زمانی تشکیل میشود، به کدام سمت حرکت میکند و آیا اصلاً مداخله روی آن ارزش دارد یا خیر.
به همین دلیل، بخش مهم دیگری از فناوری به پیشبینی هوا با استفاده از هوش مصنوعی مربوط میشود. اگر حرکت ابرها با دقت کافی پیشبینی شود، سامانه میتواند پیش از رسیدن پوشش ابری به بخش مشخصی از نیروگاه، پهپادها را در موقعیت مناسب قرار دهد.
در واقع، راهکار پیشنهادی فقط «پهپاد» نیست؛ بلکه ترکیبی از: پیشبینی هوا + هوش مصنوعی + ناوگان پهپادی + نیروگاه خورشیدی است.
این بخش شاید از خود پهپادها هم مهمتر باشد. اگر سیستم نتواند زمان و مسیر حرکت ابر را بهدرستی تشخیص دهد، فرستادن تعداد زیادی پهپاد به آسمان نه از نظر انرژی و نه از نظر اقتصادی منطقی نخواهد بود.
از آزمایشگاه تا نیروگاه واقعی فاصله وجود دارد
این فناوری هنوز در مرحله توسعه است و نباید افزایش ۳۰ درصدی تولید را نتیجهای قطعی برای نیروگاههای خورشیدی در نظر گرفت.
در آزمایشهای اولیه، یک نمونه توانسته است بخشی از یک ابر مصنوعی را در محفظه آزمایشگاهی پراکنده کند. این شرکت همچنین مدلی برای تخمین خسارت تولید ناشی از پوشش ابری در نیروگاههای مختلف توسعه داده است. اما آزمایش یک ابر مصنوعی در محیط کنترلشده با مدیریت ابرهای واقعی در فضای باز تفاوت زیادی دارد.
مرحله مهم بعدی برای این فناوری قرار است در سال ۲۰۲۷ انجام شود؛ زمانی که نخستین آزمایش بزرگمقیاس برای بررسی توانایی سامانه در تغییر کنترلشده و تکرارپذیر ابرها برنامهریزی شده است.
نتیجه همین آزمایشها مشخص خواهد کرد که آیا این ایده میتواند از یک پروژه تحقیقاتی جذاب به یک راهکار واقعی برای نیروگاههای خورشیدی تبدیل شود یا نه.
آیا این فناوری جایگزین باتری میشود؟
خیر؛ حتی در صورت موفقیت، کاربرد آن با ذخیرهسازی انرژی متفاوت است. باتری زمانی وارد عمل میشود که تولید و مصرف با یکدیگر هماهنگ نیستند. انرژی اضافی را ذخیره میکند و در زمان دیگری در اختیار شبکه یا مصرفکننده قرار میدهد.
فناوری مدیریت ابر، در مقابل، تلاش میکند خود انرژی ورودی به پنلها را افزایش دهد. بنابراین در یک نیروگاه آینده میتوان تصور کرد که چند فناوری در کنار یکدیگر کار کنند:
- پیشبینی هوا برای تشخیص تغییرات تابش
- پهپادها برای کاهش بخشی از اثر پوشش ابری
- باتری برای مدیریت باقیمانده نوسانات تولید
- سامانه مدیریت انرژی برای هماهنگ کردن کل مجموعه
در چنین سناریویی، این فناوری رقیب ذخیرهسازی نیست؛ بلکه میتواند یک ابزار دیگر برای افزایش تولید و قابلکنترلتر کردن نیروگاه باشد.
راهکاری جالب، اما هنوز اثبات نشده
ایده استفاده از پهپاد برای تغییر شرایط ابری بالای نیروگاه خورشیدی جذاب است، بهخصوص از این نظر که توسعه نیروگاه را بدون اضافه کردن زمین یا پنل بیشتر هدف میگیرد.
تا زمانی که آزمایشهای بزرگمقیاس انجام نشوند، نمیتوان پاسخ قطعی به این پرسشها داد. به همین دلیل، ادعای افزایش تولید ۱۰ تا ۳۰ درصدی را باید هدف و برآورد توسعهدهندگان دانست، نه عملکرد اثباتشده یک محصول تجاری.
بیشتر فناوریهای افزایش بازده نیروگاههای خورشیدی تاکنون روی خود نیروگاه متمرکز بودهاند؛ پنل بهتر، ردیاب خورشیدی، اینورتر پیشرفتهتر، نظافت هوشمند، باتری و نرمافزار مدیریت انرژی.
این فناوری زاویه متفاوتی دارد: بهجای تغییر نیروگاه، تلاش میکند شرایط بالای نیروگاه را تغییر دهد.
پهپادهای خودکار قرار است وارد ابر شوند، ویژگیهای آن را تغییر دهند و اجازه دهند نور بیشتری به پنلها برسد. این ایده هنوز مراحل مهمی تا اثبات عملی و تجاری شدن در پیش دارد، اما اگر آزمایشهای آینده موفق باشند، ممکن است در کنار پیشبینی هوشمند هوا و ذخیرهسازی انرژی، ابزار تازهای برای بهینهسازی تولید نیروگاههای خورشیدی ایجاد شود.
منبع: