نظام هجين شمسي-ديزل يقلل تكاليف التبريد الريفي في نيجيريا

صمم باحثون نظامًا هجينًا للطاقة الشمسية والديزل لتوفير كهرباء مستمرة لمرافق التبريد الزراعي في المناطق الريفية النيجيرية، معتمدين على قرية إيتونا في ولاية أبيا دراسة حالة عملية.

تصميم النظام الأساسي

جمع النظام بين مصفوفة كهروضوئية بقدرة 17 كيلوواط-قمة، وبنك بطاريات عميق التفريغ بسعة 159 كيلوواط-ساعة، ومولد ديزل احتياطي بقدرة 15 كيلو فولت-أمبير، لتلبية طلب تبريد يومي قدره 78.2 كيلوواط-ساعة.

حققت المحاكاة التي أجريت على مدار 8760 ساعة باستخدام برنامج ماتلاب نسبة طاقة متجددة بلغت 95%، مع إبقاء احتمال فقدان الحمل دون 0.5%.

ملف الحمل الحراري

طور الباحثون ملف حمل لغرفة تبريد تجارية لتخزين الطماطم، حيث يتطلب خفض درجة حرارة ألفي كيلوغرام من 25 إلى 4 درجات مئوية طاقة مستمرة قدرها 3256.6 واط.

شمل النمذجة الحرارية انتقال الحرارة عبر الجدران، وتسرب الهواء عند فتح الأبواب، والحرارة الداخلية من الإضاءة، وحمل تبريد المنتج.

محاكاة الأداء السنوي

استخدمت المحاكاة بيانات إشعاع شمسي ساعة بساعة من نظام معلومات الجغرافية الكهروضوئية، مع مراعاة التقلبات الجوية ونموذج تدهور حراري للخلايا.

أظهرت النتائج تفوق أداء النظام في الموسم الجاف (نوفمبر-مارس)، بينما انخفض التوليد الشمسي بنسبة 50% تقريبًا في يوليو بسبب الغيوم الموسمية، ليغطي المولد الديزل العجز الحرج.

عمر البطارية وجدوى الاستبدال

طبق نموذج تدهور قائم على معادلة أرينيوس، وتوقع وصول بنك البطاريات إلى عتبة نهاية العمر (80% من السعة) بعد 9.2 سنوات، مما يستدعي استبدالًا واحدًا فقط خلال عمر المرفق البالغ 20 عامًا.

نتائج التحسين متعدد الأهداف

كشف بحث شبكي شامل عن نقطة مثلى عند 30 كيلوواط-قمة للطاقة الشمسية و60 كيلوواط-ساعة للتخزين، متفوقة على التصميم الأساسي من حيث التكلفة الموحدة للطاقة واحتمال فقدان الحمل.

أوضح التحليل أن تكبير المصفوفة الشمسية وتصغير التخزين الكهروكيميائي يحقق كفاءة تقنية-اقتصادية أعلى في المناطق الاستوائية ذات أحمال التبريد النهارية.

تحليل الجدوى الاقتصادية

بلغت التكلفة الرأسمالية الأولية للنظام الهجين 31,891 دولارًا مقابل 5,500 دولار لنظام ديزل خالص، لكن تكاليف التشغيل السنوية انخفضت من 13,167 دولارًا إلى 4,000 دولار فقط.

سجلت تكلفة الكهرباء الموحدة للنظام الهجين بين 0.18 و0.23 دولار/كيلوواط-ساعة، مقارنة بـ 0.85-1.15 دولار للنظام الديزلي، مع فترة استرداد بسيطة قدرها 3.47 سنوات.