‏مكونات محطة الطقس الآلية

تقيس محطة الطقس الآلية (AWS) الطقس في موضع واحد على مدار الساعة دون أن يقرأ أحد الأجهزة يدويًا. وفي محطة الطاقة الشمسية، تشكّل هذه القياسات المعيار الذي يُحكم به على إنتاج المحطة: فإذا كانت الشمس ضعيفة فالإنتاج المنخفض متوقع؛ وإذا كانت الشمس قوية وكان الإنتاج منخفضًا فثمة خلل. ويستعرض هذا المقال أجزاء محطة من النوع الذي تبنيه Aeron لمحطات الطاقة الشمسية والرياح، وما يؤديه كل جزء.

ما الذي يجب أن تؤديه المحطة

تؤدي كل محطة طقس آلية أربع مهام: استشعار الظروف، وتحويل إشارات المستشعرات إلى أرقام في اللحظة المناسبة، وحفظ هذه الأرقام بأمان، وإرسالها إلى مكان يمكن للناس استخدامها فيه. وبالنسبة للمحطات الشمسية، المرجع الدولي هو IEC 61724-1:2021 الذي يحدد ما ينبغي أن يقيسه نظام المراقبة ويصنّف الأنظمة إلى الفئات A وB وC بحسب الدقة. والفئة A هي الأكثر صرامة، وهي الفئة التي يطلبها المقرضون والمهندسون المستقلون عادةً في المحطات على نطاق المرافق.

1. المستشعرات

تُختار المستشعرات بحسب ما تحتاج المحطة إلى معرفته. وفي المحطة الشمسية تكون المجموعة المعتادة:

• الإشعاع: تقيس مقاييس الإشعاع الشمسي (pyranometers) ضوء الشمس الواصل إلى سطح أفقي (الإشعاع الأفقي الكلي، GHI) وفي مستوى الوحدات (مستوى المصفوفة، POA، أو الإشعاع الكلي على السطح المائل، GTI). وتضيف المحطات ذات الوحدات ثنائية الوجه مستشعرات موجّهة نحو الأرض لقياس البياض (albedo) والإشعاع على الوجه الخلفي.
• درجة حرارة الوحدة: مستشعر يُلصق على ظهر الوحدة، مثل Rigel 2 من Aeron بعنصر PT1000 الخاص به، لأن إنتاج الوحدة ينخفض كلما ارتفعت حرارتها.
• درجة حرارة الهواء والرطوبة النسبية: مجس يكون عادةً داخل درع إشعاعي، مثل مستشعر درجة حرارة الهواء والرطوبة النسبية من Aeron (عدم يقين القياس ±0.2 °C و1% RH، وخرج RS485 Modbus).
• سرعة الرياح واتجاهها: لتبريد الوحدات ولقرارات إيقاف المتتبعات الشمسية (tracker stow) وللسلامة.
• هطول الأمطار: مفيد لفهم التنظيف الطبيعي للوحدات.
• التلوث بالأتربة: يقارن نظام قياس التلوث وحدة مرجعية نظيفة بوحدة تُترك لتجمّع الغبار، ليُظهر مقدار الطاقة التي تكلّفها الأوساخ. ويقوم بذلك نظام قياس مؤشر التلوث من Aeron انطلاقًا من تيار الدائرة القصيرة للوحدتين، بدقة تحليل 0.01% في مؤشر التلوث.

وتستخدم محطات الرياح مجموعة مختلفة على صارٍ للأرصاد: مقاييس سرعة الرياح (anemometers) ومؤشرات اتجاه الرياح على عدة ارتفاعات، ودرجة الحرارة والرطوبة والضغط، تُقاس وفق IEC 61400-12-1.

2. مسجّل البيانات

مسجّل البيانات هو عقل المحطة. فهو يقرأ كل مستشعر، ويحوّل الإشارات التماثلية إلى قيم رقمية، ويضع عليها ختمًا زمنيًا ويخزنها. وجودته لا تقل أهمية عن جودة المستشعرات: فمقياس إشعاع شمسي شديد الدقة يُقرأ عبر محوّل مشوّش يعطي بيانات مشوّشة.

فمسجّل البيانات Xtreme من Aeron، على سبيل المثال، يستخدم محوّلًا تماثليًا رقميًا بدقة 24-bit مع أكثر من 20 bit فعّالة، ويأخذ عينات بمعدل 1 Hz ويمكنه التسجيل بفواصل تصل إلى ثانية واحدة. ويقرأ المستشعرات عبر SDI-12 وRS232 وRS485 Modbus، ويحافظ على صحة ساعته بمستقبل GPS مدمج، فتحمل كل قراءة من كل محطة في المحطة الشمسية ختمًا زمنيًا قابلًا للمقارنة. وهذا مهم عند مقارنة القراءات ببيانات المموّجات والعدادات دقيقة بدقيقة.

3. التخزين

يجب ألا تفقد المحطة بياناتها عند انقطاع الاتصال. وتحتفظ محطات Aeron بالقراءات في ذاكرة داخلية سعتها 8 GB بصيغة CSV، مع فتحة micro-SD لما يصل إلى 32 GB إضافية، وهو ما يكفي لأكثر من خمس سنوات من السجلات. وعند عودة الاتصال يمكن إعادة إرسال الفترة المفقودة.

4. الاتصال

ترسل المحطة قراءاتها إلى نظام SCADA في المحطة الشمسية، أو إلى منصة سحابية، أو إلى كليهما. والمسارات الشائعة هي Modbus عبر TCP/IP إلى SCADA، وEthernet أو Wi-Fi أو 4G LTE إلى السحابة. وحيث لا تملك المعدات القديمة سوى منفذ تسلسلي، يمكن لبوابة مثل FLINT WDG85 من Aeron نقل بياناتها عبر 4G.

5. الطاقة والتثبيت

تعمل المحطات باستمرار في الهواء الطلق، وغالبًا بعيدًا عن مأخذ كهرباء مريح، لذلك تُغذّى عادةً بلوح شمسي صغير وبطارية أو بمصدر الطاقة المساعد للمحطة. ويُعد الصاري والأذرع وتثبيت كل مستشعر جزءًا من القياس أيضًا: فمقياس إشعاع شمسي يتعرض للتظليل ساعة يوميًا، أو مستشعر درجة حرارة وحدة انفكّ تثبيته، يعطي أرقامًا خاطئة دون أي رسالة خطأ. ولذلك يضع IEC 61724-1 قواعد للتموضع والمحاذاة والتنظيف، إلى جانب الأجهزة نفسها.

6. البرمجيات

وأخيرًا، لا بد من أن ينظر أحد في البيانات. فمنصة مثل Live3 تعرض كل محطة على خريطة مع حالتها، وتحسب قيمًا مثل نسبة الأداء من كل قراءة، وتطلق تنبيهًا عندما تبقى قراءة خارج النطاق أو تتوقف محطة عن الإبلاغ، فتُكتشف المشكلة في ساعات لا في نهاية الشهر.

تجميع الأجزاء معًا

لا تكون المحطة أفضل من أضعف أجزائها. فالمستشعرات الدقيقة تحتاج إلى مسجّل دقيق، والمسجّل يحتاج إلى ساعة وتخزين موثوقين، وكل ذلك يحتاج إلى تركيب صحيح وتنظيف ومعايرة منتظمة. وعندما تتوافر هذه الأمور، تعطي المحطة مالك المحطة الشمسية إجابة جديرة بالثقة عن السؤال الأهم: بالنظر إلى الطقس، هل أنتجت المحطة ما كان ينبغي لها أن تنتجه؟

تصمم Aeron وتبني أنظمة رصد الطقس منذ عام 2010. ولمناقشة محطة لمحطتك الشمسية، تواصل مع فريقنا أو اطّلع على نظام WMS لمحطات الطاقة الكهروضوئية الشمسية.