تصميم منظومة الطاقة الشمسية

منظومة الطاقة الشمسية متكونة من 4 أجزاء :

لوحة طاقة الشمسية(الخلاية الشمسية),
بطاريات,
شاحنة(منظم الشحن)
و عاكس(اينفرتر)

لكن السؤال هو:
كم عدد ألواح الشمسية التي تحتاج لتشحن البطاريات؟
كم بطارية تحتاج و بأي حجم لكي تعطيك الطاقة كافية لتشغيل أدوات المنزلية؟
كيف تختار نوعية الشاحنة من حيث أقصى تيارها الشحن؟
كم مقدار قدرة اللازمة للعاكس؟

تصميم منظومة الطاقة الشمسية

خطوة الأولى هي حساب مقدار قدرة الكهربائية (وات ساعة) المستهلكة في اليوم الواحد, لذلك يجب أن تعرف مقدار كهرباء الذي يستهلك من قبل كل جهاز كهربائي في البيت بواسطة قراءة العدد المكتوب على الجهاز الكهربائي ثم تضرب هذا الرقم في عدد ساعات التي تقوم بتشغيل هذا الجهاز.

على سبيل المثال نفترض لدينا جهاز التلفاز يستهلك 180 وات. تضرب هذا العدد في عدد ساعات التي تقوم بإستخدامه يومياً و هو 5 ساعات مثلا :

180 X 5 = 900 Wh/day 

أيضاً لديك مصباح بقدرة 55 وات الذي تقوم بتشغيلة على سبيل مثال 10 ساعات في اليوم الواحد :

55 x 10 = 550 Wh/day

أيضاً لديك مروحة بقدرة 60 وات التي تقوم بتشعيلها 10 ساعات في اليوم :

60 x 10 = 600 Wh/day

ثم تجمع الأعداد الناتجة مع بعض:

900+550+600= 2050 Wh/day

ثم تقسم العدد على معدل معامل القدرة للأحمال الموجودة في البيت(غالباً يتم فرض معامل القدرة 0.8):

2050 ÷ 0.8 = 2563 Wh/day

ثم تقسم عدد السابق على كفاءة الإنفرتر(العاكس), كفاءة الإنفرتر غالباً 85% إلى 92% , هنا نفترض كفاءة الإنفرتر 85% :

2563 ÷ 0.85 = 3015 Wh/day

ملاحظة رقم 1:
لا تعتمد على القدرة المكتوبة على الأجهزة الكهربائية لأنها غير دقيقة حسب تجربتي الشخصية فمن الأفضل فحص القدرة بشكل دقيق عن طريق إستخدام جهاز  Socket Power Meter كما موضح في الصورة التالية:
في الصورة تشاهد القدرة لجهاز اللحام(Solder) 55 واط بينما مكتوب عليها 60 واط
هناك أجهزة أخرى تختلف القدرة المكتوب عليها بشكل أكبر خاصة أجهزة الصينية 




 ثم نقسم العدد الناتج على معدل ساعات الشمس في اليوم الواحد 
 نأخذ معدل سنوي لعدد ساعات الشمس لعاصمة أحد الدول العربية مثلاً بغداد (5.27 ساعة في اليوم الواحد):

3015 ÷ 5.27 = 572 Wp

ثم نقسم هذا العدد على 0.7 و ذلك بسبب أن اللوح الشمسي قد تعطي فقط 70% من القدرة المكتوبة عليها و ذلك بأسباب التالية:
1-القدرة المكتوبة على اللوحة هي قدرة اللوحة في درجة حرارة 25 درجة مئوية لذا إرتفاع درجة الحرارة فوق هذه الدرجة قد تقلل من إنتاجية اللوحة
2-الغبار المتراكم على اللوحة قد يقلل من إنتاجية اللوحة 
3-القدرة المكتوبة على اللوحة هي قدرة اللوحة في ظروف المثالية, أي إشعاع شمسي 1000W/m^2 و بما أن أشعة الشمس ليست بالضبط مقابل اللوحة طوال اليوم, لذا إنتاجية اللوحة قد تنخفض 
4- هناك مفاقيد في الأسلاك
5- هناك مفاقيد في منظم الشحن خاصة لو إستخدمنا منظم شحن من نوع PWM هناك مفاقيد أكبر من MPPT

572 ÷ 0.7 = 817 Wp

العدد الناتج هي قدرة ألواح اللازمة, لكن بما أن لا يوجد لوحة بحجم 817 وات فنقسم هذا العدد على حجم لوحة المتوفرة في الأسواق مثلا 100 وات  :

817 ÷ 100 = 8.1

 فتحتاج الى 8 لوحات شمسية بحجم 100 وات 18 فولت

خطوة الثانية هي حساب حجم العاكس أو ما يسمى اينفرتر, فيجب أن تجمع القدرة اللازمة لتشغيل أدوات الكهربائية في المنزل التي ذكر في الخطوة الأولى (التلفاز+مصباح+مروحة):

180 + 55 + 60 = 295 W

ثم نقسم العدد على معامل القدرة:
 295 ÷ 0.8 = 369 VA

فيجب أن تشتري عاكس بحجم 400 وات أو أكثر.

خطوة الثالثة هي حساب حجم البطاريات, (نفترض جهد البطارية المستخدمة 12 فولت) :
Cb = P ÷ (η x DOD x Vb)
Cb = 3015 ÷ (0.85 x 0.5 x 12) = 591.2 Ah

حيث أن:
Cb هو حجم البطارية المراد حسابها
P هي القدرة المستهلكة في اليوم الواحد(في هذا المثال تم حسابها في خطوة الإولى 3015)
η هي كفائة العاكس (إفترضنا 85% أي 0.85)
DOD  هو أقصى حد تفريغ البطارية من الشحن(Depth of discharge), إذا تريد أن ترفع عمر البطارية يجب أن تفرغ البطارية بمقدار قليل 40% أو حتى أقل لكن سوف تحتاج إلى عدد أكبر من البطاريات, غالباً يتم إعتبارها 50% أي 0.5
Vb هو جهد البطارية (نوع البطارية هنا 12 فولت)

نقسم عدد الناتج من معادلة السابقة على حجم بطارية المتوفرة في الأسواق

591.2 ÷ 100Ah = 5.9
فبالتالي نحتاج إلى 6 بطاريات بحجم 100 أمبير ساعة بجهد 12 فولت.

ملاحظة رقم 2:
يمكنك ضرب العدد الناتج لحجم البطاريات في عدد أيام الغائمة لكي تبقى المنظومة تعمل لمدة يومين أو ثلاثة عندما تغيب الشمس لعدة أيام, تسمى (Days of autonomy) لكن بشرط أن البطارية تجد وقت الكافي للشحن حيث أننا أخذنا بنظر الإعتبار في بداية خطوة الأولى أن نستخدم التلفاز مثلا لمدة 5 ساعات يومياً لكن ماذا لو استخدمنا التلفاز لمدة ساعة واحدة أو لم نستخدم أي جهاز كهربائي بسبب ذهابنا إلى السفر؟
هنا سوف تجد الخلية الشمسية الوقت الكافي لشحن جميع البطاريات.
السبب الثاني في وضع بطاريات إضافية هو أننا إفترضنا عدد ساعات الشمس في اليوم الواحد 5 ساعات يوميا لكن لا تنسى بأن هذه المدة هي معدل ساعات الشمس فمثلا في فصل الصيف قد تصل عدد ساعات الشمس إلى 9 ساعات يوميا لذا لو وضعنا بطاريات إضافية سوف تجد المنظومة وقت الكافي لتشحن البطاريات الإضافية و بذلك قد خزننا طاقة أكثر لأيام الغائمة.

خطوة الرابعة هي حساب نوعية الشاحنة (منظم الشحن) من حيث أقصى تيار شحن الذي تتحمل
بما أن في نهاية خطوة الأولى افترضنا حجم كل لوحة 100 وات فيجب أن تضرب تيار اللوحة في حالة دائرة القصيرة (Isc) الذي مكتوب على ظهر اللوحة في عدد اللوحات (8) ثم نضرب العدد مرة أخرى في 1.3 تحسباً لأي حالة إرتفاع التيار:

8 x 6.61 x 1.3 = 68.7 A

فبالتالي نحتاج الى شاحنة 12 فولت 70 امبير أو أكثر.

ملاحظة رقم 3:
إذا كنت تنوي إستخدام منظم شحن من نوع PWM فمن الأفضل أن يكون جهد اللوحة الشمسية قريبة إلى جهد البطارية لأن هذا النوع من المنظم يأخذ فقط جهد اللازم لشحن البطارية و يترك الجهد الزائد الخارج من اللوحة فإذا كانت بطارية الخاصة بك 12 فولت, من الأفضل أن تستخدم لوحة 18 فولت و ليس 30 أو 50 فولت و إذا كان جهد البطارية 24 فولت من الأفضل إستخدام لوحة 30 فولت و ليس 50 فولت. بينما لو كان منظم الشحن من نوع MPPT فجهد الزائد سوف يتحول إلى تيار. للمزيد إضغط هنا.



ملاحظة رقم 4:
كل ما كان جهد البطارية أكبر مقدار خسارة الطاقة عبر الأسلاك تنخفض و أيضا سمك الأسلاك اللازمة تكون أقل, لذا يفضل إستخدام بطارية 24 فولت أو أكثر بدلا من 12 فولت.(يجب تنسيق جهد اللوح الشمسي مع البطارية و الإنفرتر )


لكي تصمم منظومتك بشكل إحترافي إقراء المواضيع التالية:

الفرق بين منظم شحن MPPT و PWM

امور قد لا تعرفها عن الإنفرتر

كيف تقيس قدرة الحقيقية للجهاز الكهربائي

امور من الأفضل أن تفعلها قبل شراء طاقة الشمسية

أخطاء شائعة عند إستخدام الطاقة الشمسية



شارك الموضوع

مواضيع ذات صلة

انت في اقدم موضوع