الطاقة الشمسية الكهروضوئية في المؤسسات الكبيرة متعددة المواقع: تصميم نظام لجامعة البلقاء التطبيقية في الأردن

تمهيد

يتجه العالم بوتيرة متسارعة نحو مصادر الطاقة المتجددة خفضًا للانبعاثات وترشيدًا لكلف التشغيل، وتحتل أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية موقع الصدارة في هذا التحول لما تتمتع به من وفرة في الموارد الشمسية ولا سيما في بلدان المنطقة العربية، غير أن تصميم هذه الأنظمة للمؤسسات الكبيرة متعددة المواقع يطرح تحديات هندسية وتخطيطية معقدة تتجاوز مجرد تركيب الألواح على الأسطح، إذ تتداخل عوامل الموقع الجغرافي وحجم المباني وأنماط الاستهلاك وتوزيع المستفيدين، وفي هذا السياق تأتي هذه الدراسة لتقدم تصميمًا مقترحًا لنظام شمسي كهروضوئي يخدم جامعة البلقاء التطبيقية في الأردن، وهي جامعة تنتشر كلياتها في مواقع جغرافية متباعدة تمتد من أقصى الشمال إلى أقصى الجنوب

أولًا: أهداف الدراسة ومنهجيتها

هدفت الدراسة إلى تطبيق تصميم مقترح لنظام طاقة شمسية كهروضوئية على مباني جامعة البلقاء التطبيقية البالغ عددها أربعة وعشرين مبنى، يقع اثنا عشر منها في الحرم الجامعي الرئيس وينتشر الاثنا عشر المتبقية في كليات بعيدة عبر مناطق الأردن المختلفة، وأخذ التصميم في الحسبان جملة من العوامل المؤثرة شملت زاوية السمت وأثر الإشعاع الشمسي وحجم المباني ومواقعها واستهلاك الطاقة وأعداد الطلبة، وتناولت الدراسة نمطين من أنماط التركيب هما التوليد في الموقع والتوليد عن بُعد بنظام نقل الطاقة عبر الشبكة، واقترحت طريقة لحساب الموقع الأمثل للتوليد عن بُعد تستند إلى نظرية مركز الكتلة أو الثقل، ثم طبقت هذه الطريقة في أربعة سيناريوهات توزعت بين موقع مركزي واحد وموقعين وثلاثة مواقع، وسيناريو رابع يقوم على ثلاث نقاط منفردة تراعي مناطق توزيع الطاقة الكهربائية الثلاث في الأردن

ثانيًا: أبرز النتائج

1، أظهرت الدراسة أن كفاءة تصميم النظام الشمسي للمؤسسات متعددة المواقع ترتبط ارتباطًا وثيقًا بمراعاة الخصائص المكانية لكل موقع من حيث الإشعاع الشمسي وزاوية التوجيه وحجم المبنى وحمولته الاستهلاكية

2، قدمت الدراسة مقارنة شاملة بين التوليد في الموقع والتوليد عن بُعد بنقطة مركزية واحدة والتوليد عن بُعد بثلاث نقاط مركزية، موضحة مواضع القوة والقيود في كل نمط من حيث الملاءمة للتوزيع الجغرافي الواسع لمباني الجامعة

3، أثبتت طريقة مركز الكتلة المقترحة قابليتها للتطبيق في تحديد المواقع المثلى لمحطات التوليد عن بُعد عبر السيناريوهات الأربعة، بما يسمح بموازنة عادلة بين كلف النقل عبر الشبكة والقرب من مراكز الأحمال

ثالثًا: دلالات الدراسة وتطبيقاتها

تفتح الدراسة آفاقًا تطبيقية واسعة أمام الجامعات والمؤسسات الكبيرة في الأردن والمنطقة العربية التي تمتلك فروعًا متباعدة جغرافيًا، إذ تقدم إطارًا منهجيًا يمكن تعميمه في تخطيط أنظمة الطاقة الشمسية اللامركزية، واختيار نمط التوليد الأنسب لكل مؤسسة بحسب انتشار مواقعها وأنماط استهلاكها، كما تفيد صناع القرار في قطاع الطاقة والتعليم العالي عند رسم سياسات التحول نحو الحرم الجامعي المستدام، وبالنسبة إلى الباحثين العرب وطلاب الدراسات العليا في الهندسة الكهربائية وهندسة الطاقة المتجددة، تمثل الدراسة نموذجًا تطبيقيًا يجمع بين النمذجة الرياضية ودراسة الحالة الواقعية، ويبرز أهمية توظيف نظريات المواقع المثلى في حل مشكلات الطاقة المعاصرة وخدمة أهداف التنمية المستدامة

وتتسع دلالات الدراسة لتشمل قطاع التعليم العالي في المنطقة العربية بأسره، إذ تعاني الجامعات الكبرى من أعباء مالية متنامية تفرضها فواتير الطاقة التقليدية، وتمثل الأسطح الواسعة للمباني الجامعية والمساحات المحيطة بها أصولًا غير مستثمرة يمكن تحويلها إلى محطات إنتاج نظيف، غير أن تعدد المواقع وتباعدها يفرض على المخططين مفاضلات دقيقة بين الإنتاج الموضعي الملاصق للأحمال وبين الإنتاج المركزي المنقول عبر الشبكات العامة، وهنا تبرز قيمة النماذج الرياضية لاختيار المواقع المثلى كأدوات دعم قرار تختصر الجهد والتكلفة وتقلل الفاقد، ويمكن للباحثين والمهندسين في الجامعات العربية تكييف هذه المنهجية مع خرائط الإشعاع الشمسي المحلية وشبكات التوزيع الوطنية لبناء خطط تحول طاقي واقعية ومتدرجة

وخلاصة القول إن تصميم أنظمة الطاقة الشمسية للمؤسسات متعددة المواقع لم يعد قرارًا هندسيًا بحتًا، بل عملية تخطيط متكاملة توازن بين الجغرافيا والاستهلاك والجدوى، وقد أظهرت تجربة جامعة البلقاء التطبيقية أن المنهجيات العلمية في اختيار مواقع التوليد وأنماطه قادرة على تحويل التباعد الجغرافي من عبء تشغيلي إلى فرصة لتخطيط طاقي أرشد وأكثر استدامة