مجلة التمويل والاستثمار والتنمية المستدامة
حصاد الإشعاع الشــمسي بواسطة الألواح الكهروضوئية لتوليد طاقة الكهرباء من أسطح مدينة إب - اليمن باستعمال Gis) (دراســـة في المناخ التطبيقي)
Auteurs : Alsolihy Haddy .
Résumé
الملخص: يعاني قطاع طاقة الكهرباء في اليمن عموما، ومنطقة الدراسة خصوصا من اشكاليات: تمثلت ببيروقراطية الادارة، ومن الفساد المالي والاداري، ومركزية التوليد والتوزيع، وعجز كهربائي بلغ حتى 2025 على مستوى اليمن نحو 4جيجا/يوم، ونحو 400ميجا/يوم على مستوى منطقة الدراسة. و سعت الدراسة إلى فتح نافذة يمكن من خلالها تحقيق الأمن في الطاقة الكهربائية من خلال: استثمار أسطح مباني مدينة إب، لتوليد طاقة كهروضوئية، رخيصة، ونظيفة، ومستدامة، تلبي احتياجات السكان المنزلية وانشطتهم الاقتصادية. وهدفت الدراسة الى تقديم تصور عملي، مكون من خمسة محاور: المحور الأول: تقييم الوضع الراهن للطاقة الكهربائية المولدة من الوقود الاحفوري في مدينة إب خلال1957-2024، وتبين أن العرض حتى 2024، بلغ نحو104ميجا/يوم، وبلغ الطلب 500ميجا/يوم، ووصل العجز 396ميجا/يوم. و في المحور الثاني: دراسة متطلبات الحصول على الطاقة الكهروضوئية من أسطح المباني، والتي تتمثل بالمتطلبات الطبيعية: من موقع فلكي للمدينة جعلها تقع في العرض الجغرافي الذي استقبل نحو 5ك.و.يوم.م2. ودراسة الاشعاع الشمسي النظري والفعلي الذي استقبلته الاسطح، وبلغ في الأول 11.8س/يوم، وهذا يعادل 1.18ك.و.م2.يوم. ومن الثاني نحو 7.7ساعة/يوم، وهذا يعادل 0.77ك.و.م2/يوم. ودراسة تأثير عنصر الحرارة على كفاءة عمل الخلايا الكهروضوئية، التي بلغ متوسطها الشهري 18.7◦م/شهر، وهذا جعل الخلايا تفقد نحو7-9% من قدرتها التحويلية. ودراسة صفاء الجو في المدينة، وتبين أنها تتمتع بأجواء صافية من الغبار معظم أيام السنة، باستثناء بعض الفترات الانتقالية في بدية الربيع 20يوما، وبداية الصيف 15يوما. مما يتطلب التنظيف المستمر للخلايا الكهروضوئية. ودراسة توجيه السفوح في مدينة إب وتأثيرها على الاسطح بفعل عاملي التظليل والتشميس، وتبين أن خسارة التشميس سواء على الاسطح الواقعة على السفوح الشرقية أو الغربية بلغ 15- 20دقية/يوم، وهذا يعادل 0.008ك.و.م2/يوم. ومن حيث تأثير الرطوبة النسبية التي بلغ متوسطها السنوي 67%، تبين أنها تسبب حدوث عتامة على الخلايا الكهروضوئية من خلال التصاق ذرات الغبار على سطحها، مما يتطلب التنظيف المستمر. وتناولت الدراسة المتطلبات البشرية: التي تمثلت بأسطح المباني من حيث عددها وكثافتها ومساحتها وبلغت في الاخيرة نحو 3,577,597.3م2، شكل نحو 90% منها وسط ملائم لتثبيت الالواح الكهروضوئية. وفي المحور الثالث: تناولت الدراسة مقدار تدفق طاقة الاشعاع الشمسي على مدينة إب: وبلغ عند قمة الغلاف الجوي عند درجة عرض المدينة نحو 0.8ك.و.س.م2. تعرض منه للضياع أثناء عبوره للغلاف الجوي نحو 0.38ك.و.س. وما وصل للأسطح بلغ نحو0.42ك.و.س.م2. وفي رابعا: بينت الدراسة مقدار طاقة الكهرباء التي يمكن تحويلها بواسطة الخلايا الكهروضوئية من أسطح مدينة إب: وبلغت من الاشعاع الشمسي النظري، والفعلي على التوالي 4.2جيجا/يوم/سطح2؛ و1.5جيجا/يوم/سطح2. وفي خامسا: حددت الدراسة طرق تخزين الطاقة الكهروضوئية التي تم تحويلها من الاشعاع الشمسي الفعلي من خلال توفير نوعين من البطاريات، بطاريات منزلية لتأمين الاحتياجات المنزلية سعة 150- 200أمبير، يتفاوت عددها من منزل إلى أخر حسب المستوى المعيشي للأسرة ومعدل الاستهلاك اليومي للطاقة الكهربائية. وتوفير 15بطارية سعة 100ميجا، لتخزين الطاقة الكهربائية الفائضة عن الاحتياج المنزلي لغرض تلبية متطلبات الانشطة الاقتصادية. وتوصلت الدراسة إلى عدد من النتائج والتوصيات. Abstract: The electricity sector in Yemen suffers from several issues, including a lack of planning, a deficit of 5 gigawatts per day, and in the study area, a deficit of 400 megawatts per day. There is also a lack of responsible management to ensure sufficient electricity for the population and their economic and commercial activities at reasonable prices, along with the bureaucracy of the main center in Sana'a, the greed of new investors, financial and administrative corruption, a complete halt to electricity supplies from the Ma'rib gas station since 2015, and the rise in fuel prices to 500 riyals per liter after the events of September 21, 2014, which has exacerbated the suffering of citizens in obtaining electricity. This study aims to open a window through which energy security can be achieved by utilizing the rooftops of buildings in the city of Ibb to harvest solar radiation and generate photovoltaic energy that meets the needs of various activities, is inexpensive, clean, and sustainable. The study presented a practical, implementable vision consisting of five axes. The first is an assessment of the current situation of electricity generated from fossil fuels in the city of Ibb during the period from 1957 to 2024, where the supply reached about 104 megawatts per day by 2023, while the demand was 500 megawatts per day, resulting in a deficit of 396 megawatts per day. Secondly, the study addressed the natural and human requirements and their availability on rooftops for generating photovoltaic energy. It was found that the geographical location of the city of Ibb allows it to receive a theoretical solar radiation of 11.8 hours per day, providing photovoltaic energy of 1.18 kWh/m² per day, with actual solar radiation of 7.7 hours per day, providing 0.77 kWh/m² per day. The average monthly temperature was 18.7°C, leading to a loss of about 7-9%. Regarding air clarity, the study indicated that the city enjoys clear weather with minimal dust most days of the year, except for some periods at the beginning of spring and summer, which requires continuous cleaning of the photovoltaic cells. In terms of slope orientation, shading factors affected the eastern and western rooftops, resulting in a loss of solar radiation of about 15-20 minutes, equivalent to 0.008 kWh/m². The average annual relative humidity was 67%, not falling below 65% in most months of the year, causing panel opacity due to dust particles sticking to their surface, necessitating continuous cleaning. Regarding human requirements, the study showed that there is sufficient rooftop area of 3,577,597.3 m², of which about 80% is suitable for installing photovoltaic panels, and 79% of this area is flat and made of concrete, facilitating the installation, cleaning, and maintenance of the panels. Thirdly, the study indicated that the city received solar radiation at the top of the atmosphere of 0.8 kWh/m², with 0.38 kWh lost during its passage through the atmosphere, and 0.42 kWh reaching the rooftops. Fourthly, the study showed that the potential harvestable theoretical and actual solar radiation was 4.2 gigawatts/day/m² and 1.5 gigawatts/day/m², respectively. The latter is equivalent to what Yemen generates from fossil fuels. Fifthly, the study addressed electricity storage using two types of batteries: the first is a home battery with a capacity of 150-200 amps to meet household needs, and the second is a 100-megawatt battery for storing electricity sold to the grid at 1.5 gigawatts/day, requiring 6-15 batteries depending on harvesting efficiency.
Mots clés
حصاد الاشعاع الشمسي من أسطح المباني، الالواح الكهروضوئية، الاشعاع الشمسي، تخزين الطاقة الكهربائية، مدينة إب. ; Keywords: Solar Radiation Harvesting, Photovoltaic Panels, Solar Radiation, Electrical Energy storage, IBB City.
