DOI: https://doi.org/10.1016/j.solener.2026.114359
تاريخ النشر: 2026-02-05
المؤلف: Francisco José Muñoz-Rodríguez وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقنيات تحسين أنظمة الطاقة الشمسية
نظرة عامة
تقدم ورقة البحث منهجية جديدة لتحليل أداء أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV) على الأسطح، وخاصة تلك التي تستخدم العاكسات متعددة السلاسل. تركز التقييمات التقليدية للأداء عادةً على الناتج الكلي للعاكس، متجاهلة الأداء الفردي للسلاسل المختلفة وأجهزة تتبع نقطة القدرة القصوى (MPPTs). يمكن أن يؤدي هذا الإغفال إلى إخفاء المشكلات المتعلقة بالأداء المنخفض، والتي قد تتخفى وراء كفاءة العاكس العامة. تركز المنهجية المقترحة على تحليل أداء مفصل على الجانب المستمر (DC) من العاكس، مما يسمح بإجراء تقييمات على مستوى السلسلة وMPPT، بالإضافة إلى تقييم عالمي يعتمد على المتوسطات الموزونة للمعلمات المحسوبة.
تستخدم البيانات من تركيبين للطاقة الشمسية على الأسطح في مطاحن الزيتون لإظهار فعالية هذه المنهجية. تشير النتائج إلى أن المنشأة الأولى تظهر أداءً متسقًا عبر جميع السلاسل وMPPTs، بينما تكشف المنشأة الثانية عن تفاوتات كبيرة في الأداء بين مصفوفات الطاقة الشمسية الموجهة شرقًا وغربًا. على وجه الخصوص، تؤدي مشكلات الظل في المصفوفة الموجهة غربًا إلى انخفاض ملحوظ في الأداء يمكن أن يتم تجاهله في تحليل أوسع. من خلال تفكيك البيانات، تسلط الدراسة الضوء على أهمية تحديد الأخطاء والخلل المحددة، مما يسهل استراتيجيات الصيانة المستهدفة وتحسين الأداء العام للنظام. لا تعزز هذه المنهجية الشاملة اكتشاف الأخطاء فحسب، بل تدعم أيضًا الحفاظ على مستويات الأداء المرغوبة والامتثال لمواصفات التصميم.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث هذه الضوء على الدور المهم لمصادر الطاقة المتجددة (RES) في توليد الكهرباء العالمي، حيث تمثل حوالي 30% في عام 2024 ومن المتوقع أن تلبي 85% من الطلب على الكهرباء بحلول عام 2050، مع توقع أن تسهم الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV) وطاقة الرياح بنسبة 37% و36% على التوالي. في الاتحاد الأوروبي، مثلت مصادر الطاقة المتجددة 23% من استهلاك الطاقة في عام 2022، حيث حققت إسبانيا أكثر من 50% من توليد الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة في السنوات الأخيرة. تؤكد الورقة على إمكانية أنظمة الطاقة الشمسية على الأسطح في تقليل تكاليف الكهرباء عبر القطاعات السكنية والصناعية، مشيرة إلى مرونتها والانخفاض الكبير في تكاليف التركيب.
يناقش المؤلفون أهمية تقييم الأداء لأنظمة الطاقة الشمسية على الأسطح، خاصة في ضوء معيار اللجنة الدولية الكهروتقنية IEC 61724-1، الذي يحدد معايير المراقبة وتقييم الأداء. يحددون الحاجة إلى منهجيات جديدة مصممة خصيصًا لأنظمة الطاقة الشمسية على الأسطح، حيث لا تعالج المعايير الحالية خصائصها الفريدة بشكل كافٍ. تهدف الورقة إلى تطوير منهجية جديدة لتحليل الأداء تركز على الجانب المستمر (DC) من العاكسات متعددة السلاسل، مما يسمح بإجراء تقييمات مفصلة لأداء السلسلة وأداء تتبع نقطة القدرة القصوى (MPPT). من المتوقع أن تعزز هذه المنهجية اكتشاف مشكلات الأداء وتحسين تشغيل أنظمة الطاقة الشمسية على الأسطح، خاصة في التقاط الخسائر، التي تشكل جزءًا كبيرًا من عدم كفاءة النظام بشكل عام.
النتائج
تكشف نتائج الدراسة حول منشآت الطاقة الشمسية على الأسطح #A و #B عن رؤى مهمة حول ملفاتها الجوية ومقاييس الأداء. أظهرت المنشأة #A قيم إشعاع يومية متوسطة تتراوح من حوالي 6 إلى 9 kWh/m²، مع نسب أداء (PR) على الجانب المستمر (DC) من العاكس تتراوح بين 0.85 و 0.92، مع ذروتها في أشهر الشتاء. تشير التحليلات إلى أن أداء مصفوفة الطاقة الشمسية قريب من الأمثل، مع انحراف يبلغ حوالي 4% فقط عن الحد الأعلى المحدد بواسطة نموذج أوستر والد. كان أداء تتبع نقطة القدرة القصوى (MPPT) متسقًا عبر وحدات MPPT متعددة، وخاصة من MPPT#2 إلى MPPT#6، بينما أظهرت السلاسل المرتبطة بـ MPPT#1 أعلى أداء.
في المقابل، أظهرت المنشأة #B قيم PR العالمية أقل، حيث تجاوزت PR DC الشهرية 0.80، خاصة في الأشهر الباردة. كشفت التحليلات التفصيلية أن مصفوفة الطاقة الشمسية الموجهة غربًا كانت لديها قيم PR DC أقل بكثير مقارنة بالمصفوفة الموجهة شرقًا، مع تفاوتات تصل إلى سبع نقاط مئوية. تم تتبع ضعف أداء MPPT#1 إلى مشكلات الظل التي تؤثر على String#2، مما دفع إلى توصيات لإعادة وضع الوحدات لتخفيف هذه المشكلة. أثبت هذا النهج المجزأ لتحليل الأداء حسب الاتجاه وMPPT والسلسلة فعاليته في تحديد المشكلات المحددة، مما يسهل اتخاذ إجراءات تصحيحية في الوقت المناسب.
المناقشة
تقدم قسم المناقشة في الورقة منهجية جديدة لتحليل أداء التيار المستمر (DC) للعاكسات متعددة السلاسل في أنظمة الطاقة الشمسية على الأسطح، تطبق بشكل خاص على منشأتين في جنوب إسبانيا. تتميز المنشأة #A بتوجه واحد وزاوية ميل واحدة، بينما تتضمن المنشأة #B، المثبتة على سقف مائل، اتجاهين (شرق وغرب) مع زاوية ميل واحدة. تستخدم التحليلات بيانات مراقبة تم جمعها على فترات دقيقة واحدة على مدى فترة تقرير تقارب عامين، مع الالتزام بمعيار IEC 61724 للتحقق من البيانات. يسمح هذا النهج الجديد بإجراء تقييم أداء مفصل على مستوى السلسلة وMPPT والعاكس، مما يسهل تحديد الأداء المنخفض الذي قد يتم إخفاؤه في تحليل عالمي.
تشير النتائج الرئيسية إلى أن المنشأة #A تظهر أداءً متسقًا عبر سلاسلها وMPPTs، حيث تتماشى قيم نسبة الأداء (PR) بشكل وثيق مع النتائج المتوقعة. في المقابل، تكشف المنشأة #B عن تفاوت كبير في قيم PR بين الاتجاهين الشرقي والغربي، ويعزى ذلك إلى مشكلات الظل التي تؤثر على إحدى السلاسل. يبرز هذا أهمية التحليل المجزأ، حيث تتيح المنهجية اكتشاف الأخطاء المحددة التي قد يتم إخفاؤها في تقييم أداء أوسع. من خلال التركيز على الجانب المستمر (DC) من العاكس ودمج المتوسطات الموزونة لأداء الاتجاهات والسلاسل المختلفة، لا تعزز المنهجية المقترحة اكتشاف الأخطاء فحسب، بل تساعد أيضًا في تحسين استراتيجيات الصيانة وأداء النظام بشكل عام.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.solener.2026.114359
Publication Date: 2026-02-05
Author(s): Francisco José Muñoz-Rodríguez et al.
Primary Topic: Photovoltaic System Optimization Techniques
Overview
The research paper presents a novel methodology for analyzing the performance of rooftop photovoltaic (PV) systems, particularly those utilizing multi-string inverters. Traditional performance assessments typically focus on the overall inverter output, neglecting the individual performance of different strings and Maximum Power Point Trackers (MPPTs). This oversight can obscure issues related to low performance, which may be masked by the overall inverter efficiency. The proposed approach emphasizes a detailed performance analysis on the DC side of the inverter, allowing for evaluations at the string and MPPT levels, as well as a global assessment based on weighted averages of calculated parameters.
Data from two rooftop PV installations in olive mills are utilized to demonstrate the effectiveness of this methodology. Results indicate that the first facility exhibits consistent performance across all strings and MPPTs, while the second facility reveals significant discrepancies in performance between PV arrays oriented east and west. Specifically, shading issues in the west-oriented array lead to a marked reduction in performance that could be overlooked in a broader analysis. By disaggregating the data, the study highlights the importance of identifying specific faults and malfunctions, thereby facilitating targeted maintenance strategies and optimizing overall system performance. This comprehensive approach not only enhances fault detection but also supports the maintenance of desired performance levels and adherence to design specifications.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the significant role of renewable energy sources (RES) in global electricity generation, accounting for approximately 30% in 2024 and projected to meet 85% of electricity demand by 2050, with solar photovoltaic (PV) and wind energy expected to contribute 37% and 36%, respectively. In the European Union, renewables represented 23% of energy consumption in 2022, with Spain achieving over 50% of its electricity generation from RES in recent years. The paper emphasizes the potential of Rooftop PV systems to reduce electricity costs across residential and industrial sectors, noting their modularity and the substantial decrease in installation costs.
The authors discuss the importance of performance evaluation for Rooftop PV systems, particularly in light of the International Electrotechnical Commission’s IEC 61724-1 standard, which outlines monitoring criteria and performance evaluation. They identify the need for new methodologies tailored to Rooftop PV systems, as existing standards do not adequately address their unique characteristics. The paper aims to develop a novel performance analysis methodology focusing on the DC side of multi-string inverters, allowing for detailed assessments of string and maximum power point tracking (MPPT) performance. This approach is expected to enhance the detection of performance issues and optimize the operation of Rooftop PV systems, particularly in capturing losses, which constitute a significant portion of overall system inefficiencies.
Results
The results of the study on Rooftop PV facilities #A and #B reveal significant insights into their meteorological profiles and performance metrics. Facility #A exhibited average daily radiation values ranging from approximately 6 to 9 kWh/m², with performance ratios (PR) on the DC side of the inverter between 0.85 and 0.92, peaking in winter months. The analysis indicates that the performance of the PV array is close to optimal, with only about 4% deviation from the upper limit defined by the Osterwald model. The maximum power point tracking (MPPT) performance was consistent across multiple MPPT units, particularly from MPPT#2 to MPPT#6, while strings associated with MPPT#1 demonstrated the highest performance.
In contrast, facility #B showed lower global PR values, with monthly PR DC exceeding 0.80, particularly in colder months. A detailed analysis revealed that the west-oriented PV array had significantly lower PR DC values compared to the east-oriented array, with discrepancies reaching up to seven percentage points. The underperformance of MPPT#1 was traced back to shadowing issues affecting String#2, prompting recommendations for repositioning the modules to mitigate this problem. This segmented approach to performance analysis by orientation, MPPT, and string proved effective in identifying specific issues, facilitating timely corrective actions.
Discussion
The discussion section of the paper presents a novel methodology for analyzing the direct current (DC) performance of multistring inverters in rooftop photovoltaic (PV) systems, specifically applied to two facilities in southern Spain. Facility #A features a single orientation and inclination, while Facility #B, installed on a gable roof, incorporates two orientations (east and west) with a single inclination. The analysis utilizes monitored data collected at one-minute intervals over a reporting period of nearly two years, adhering to the IEC 61724 standard for data validation. This new approach allows for a detailed performance assessment at the string, maximum power point tracker (MPPT), and inverter levels, facilitating the identification of underperformance that may be obscured in a global analysis.
Key findings indicate that Facility #A demonstrates consistent performance across its strings and MPPTs, with performance ratio (PR) values aligning closely with expected outcomes. In contrast, Facility #B reveals a significant disparity in PR values between the east and west orientations, attributed to shading issues affecting one of the strings. This highlights the importance of disaggregated analysis, as the methodology enables the detection of specific faults that could otherwise be masked in a broader performance evaluation. By focusing on the DC side of the inverter and incorporating weighted averages for different orientations and string performances, the proposed methodology not only enhances fault detection but also aids in optimizing maintenance strategies and overall system performance.