تصميم و توصيل منظومة الطاقة الشمسية
تصميم و توصيل منظومة الطاقة الشمسية
تصميم نظام شمسي منفصل عن الشبكة، موضوع في غاية الأهمية موجة إلى كل فني كهربائي ومبدئ في مجال الطاقة الشمسية.
حيث يتناول المقال كيف تصمم نظام شمسي منفصل عن الشبكة بداية من حساب الأحمال الكهربائية،
ومروراً بعدد الألواح الشمسية والبطاريات الكهربائية إلى منظم الشحن والانفرتر
، وأخيراً تقدير قطر الكابلات المخصصة للطاقة الشمسية
أهداف التصميم الجيد للمنظومة الشمسية
- أولاً: أن تحصل على أفضل أداء للنظام الشمسي بالاعتماد على أقل التكاليف الممكنة،
- وذلك من خلال تغطية كافة الأحمال الكهربائية الموصي بها عند وجود عجز وتشغليها على مدار 24 ساعة دون الانقطاع.
- ثانياً: تهيئة النظام الشمسي بحيث يمكنه المحافظة على العمر الافتراضي للبطاريات الكهربائية على أبعد مدى ممكنه،
- وذلك بتصميم بنك بطاريات بناءً على عمق تفريغ حتى 50% كحد أقصى.
- ثالثاً: التأكد من الحفاظ على مكونات المنظومة الشمسية من:
- الألواح الشمسية – البطاريات – الانفرتر – منظم الشحن.
الآن وبعد أن تعرفنا على أهداف التصميم الجيد للمنظومة الشمسية،
سندخل في خطوات تصميم نظام شمسي منفصل عن الشبكة بالتدريج للتسهيل على الجميع عملية الحسابات الرياضية.
خطوات تصميم النظام الشمسي المنفصل
- أولاً: حساب حجم الأحمال الكهربائية المطلوب تشغيلها في النهار.
- ثانياً: حساب حجم الأحمال الكهربائية المطلوب تشغليها في الليل.
- ثالثاً: حساب إجمالي الطاقة المستهلكة من الألواح الشمسية.
- رابعاً: حساب قدرة الألواح الشمسية اللازمة.
- خامساً: تحجيم عدد الألواح الشمسية اللازمة.
- سادساً: حساب حجم البطاريات الكهربائية.
- سابعاً: حساب حجم منظم الشحن الشمسي.
- ثامناً: توصيل الألواح الشمسية بناءً على بيانات منظم الشحن.
- تاسعاً: حساب حجم الانفرتر المناسب.
- عاشراً: حساب مقطع كابلات الطاقة الشمسية.
- الحادي عشر: رسم مخطط النظام الشمسي.
حساب حجم الأحمال الكهربائية
- جدول الأحمال المراد تشغليها في النهار:
| الحمل | القدرة | العدد | مدة التشغيل | الطاقة المستهلكة |
| ثلاجة نوع انفرتر | 100W | 1 | 5 | 500W.H |
| شاشة تلفزيون | 60W | 1 | 6 | 360W.H |
| كمبيوتر | 80W | 1 | 6 | 480W.H |
| مروحة هوائية | 95W | 2 | 7 | 1330W.H |
| مجموع إجمالي الطاقة المستهلكة يومياً (واط ساعة) | 2670W.H |
جدول الأحمال المراد تشغليها في النهار
حيث أن: الطاقة المستهلكة = القدرة × العدد × مدة التشغيل
- جدول الأحمال المراد تشغيلها في الليل:
| الحمل | القدرة | العدد | مدة التشغيل | الطاقة المستهلكة |
| لمبة | 18W | 9 | 8 | 1296W.H |
| لمبة | 9W | 3 | 4 | 108W.H |
| كمبيوتر | 80W | 1 | 5 | 400W.H |
| شاشة تلفزيون | 60W | 1 | 5 | 300W.H |
| مروحة هوائية | 95W | 1 | 4 | 380W.H |
| مجموع إجمالي الطاقة المستهلكة يومياً (واط ساعة) | 2484W.H |
جدول الأحمال المراد تشغليها في الليل
حساب إجمالي الطاقة المستهلكة من الألواح الشمسية
من جداول الأحمال الكهربائية السابقة:
الطاقة المستهلكة نهاراً = 2670 واط. ساعة
الطاقة المستهلكة ليلاً = إجمالي الطاقة المستهلكة ليلاً × معامل الفقد في البطاريات (1.25)
= 2484 × 1.25 = 3105 واط. ساعة
نعلم جميعنا أن البطارية بها فقد داخلي، وفقد في الكابلات ومعامل درجة الحرارة وغيرهما من الأمور الأخرى،
بالتالي نعمل دائماً على إضافة نسبة 25% فوق قيمة إجمالي الطاقة المراد استهلاكها من البطارية ليلاً.
إجمالي الطاقة المستهلكة من مصفوفة الألواح الشمسية = الطاقة المستهلكة نهاراً + الطاقة المستهلكة ليلاً
= 2670 + 3105 = 5775 واط. ساعة
حساب قدرة الألواح الشمسية اللازمة
قدرة الألواح الشمسية = إجمالي الطاقة المطلوبة من مصفوفة الألواح الشمسية ÷ عدد ساعات الشمس القصوى
= 5775 ÷ 5 = 1155 واط
هنا يجب تعويض الفقد الناتج من الألواح الشمسية بسبب الكفاءة اللوح الشمسي والانفرتر ومنظم الشحن الشمسي والكابلات
وغيرهما من خلال إضافة نسبة عامل أمان 50% فوق قدرة الألواح الشمسية لتصبح 1.5،
وذلك للحصول على قدرة الألواح الشمسية الفعلية أو الحقيقية كالآتي:
قدرة الألواح الشمسية الفعلية = قدرة الألواح الشمسية × معامل الفقد في النظام الشمسي
= 1155 × 1.5 = 1732.5 واط
تحجيم عدد الألواح الشمسية اللازمة
في هذا المقال سوف نعتمد على لوح شمسي بقدرة 300W، ويمكن إيجاد عدد الألواح الشمسية كالآتي:
عدد الألواح الشمسية = قدرة المصفوفة الشمسية الفعلية ÷ قدرة اللوح الشمسي الواحد
= 1732.5 ÷ 300 = 5.7 لوح شمسي
نحتاج إلى 6 ألواح شمسية بقدرة 300 واط لكل لوح شمسي نوع بولي من تصنيع شركة “Canadian Solar”.
إجمالي الطاقة المنتجة = عدد الألواح الشمسية × قدرة اللوح الشمسي
= 6 × 300 = 1800W
بالتالي فإن إجمالي قدرة الألواح الشمسية 1800W.
على أي أسس يتم اختيار قدرة اللوح الشمسي المناسب؟
- حسب كفاءة اللوح الشمسي لأغراض المساحة المتوفرة.
- حسب مجال جهد عمل منظم الشحن الشمسي، وكذلك التيار الذي يستوعبه.
- حسب قدرة منظم الشحن الشمسي أيضاً.
- حسب تكلفة اللوح الشمسي.
حساب حجم البطاريات الكهربائية
هنا سوف نعمل نسبة عمق التفريغ في التصميم على 50%.
إجمالي طاقة البطاريات = الطاقة المستهلكة ليلاً ÷ نسبة عمق التفريغ (DOD)
= 3105 ÷ 0.5
= 6210 واط. ساعة
إذا تم اختيار بطارية بمواصفات (12V/250Ah)، فإن إجمالي الطاقة في البطارية نحسبها كالآتي:
إجمالي الطاقة في البطارية = سعة البطارية × جهد البطارية المقنن
= 250 × 12 = 3000 واط. ساعة
عدد البطاريات الكهربائية اللازمة = إجمالي طاقة البطاريات ÷ إجمالي الطاقة في البطارية
= 6210 ÷ 3000 = 2.07 بطارية
بالتالي تحتاج إلى بطاريتين بمواصفات (12V/250Ah)، بحيث يتم توصلهما على التوالي للحصول على 24 فولت،
لأن فولتية النظام الشمسي المعتمد في التصميم 24 فولت، فإن إجمالي طاقة البطاريتين في حال توصيلهما على التوالي كالآتي:
طاقة البطاريتين = تيار البطارية الواحدة المتصلة على التوالي × إجمالي جهد البطاريات المتصلة على التوالي
= 250 × 24 = 6000 واط. ساعة
حساب حجم منظم الشحن الشمسي
خطوة مهمة في تصميم النظام الشمسي لا بد من التنسيق ما بين الألواح الشمسية المتصلة بالنظام
وبيانات منظم الشحن حتى تتم الأمور على أكمل وجه ممكن دون أي مشاكل في النظام لحظة التشغيل
أو نتيجة العوامل الجوية التي قد تزيد من جهد الألواح الشمسية.
هناك أربعة نقاط مهمة يجب مراعاتهما عند اختيار منظم الشحن الشمسي المناسب وهما:
- تحديد قدرة منظم الشحن الشمسي بحيث تكون نفس أو أعلى من قدرة الألواح الشمسية الكلية.
- تحديد أقصى جهد يعمل عليه منظم الشحن الشمسي.
- تحديد أقصى تيار لمنظم الشحن حتى يمكنه من تحمل تيار الألواح وتيار الشحن معاً.
- يفضل أن يكون نطاق جهد التشغيل لمنظم الشحن واسع حتى تستطيع توصيل ألواح شمسية أكثر على التوالي.
وهنا سوف تحتاج إلى منظم شحن بالمواصفات الآتية:
القدرة: 1800W
التيار: 75A
الجهد: 24V
بشكل عام فإن اختيار منظم الشحن يعتمد على قدرة الألواح الشمسية وجهد النظام الشمسي، وقد حصلنا على تيار منظم الشحن بتقسيم إجمالي قدرة الألواح الشمسية على جهد النظام الشمسي.
بناءً على الشروط السابقة، فإن أنسب منظم شحن موديل PC18-6015F، وشكله كما هو موضح في الصورة التالية:
منظم الشحن الشمسي
طريقة توصيل مصفوفة الألواح الشمسية
تعتمد طريقة توصيل مصفوفة الألواح الشمسية على بيانات منظم الشحن،
حيث يجب التنسيق ما بين بيانات منظم الشحن وبيانات اللوح الشمسي في أمرين وهما:
- يجب أن يكون إجمالي جهد الألواح الشمسية في منتصف مجال عمل منظم الشحن.
- يجب أن يكون إجمالي جهد الدارة المفتوحة للألواح أقل من جهد الدارة المفتوحة للمنظم.
وننوه إلى أنه إذا تم ذكر أقصى تيار يتحمله منظم الشحن الشمسي عندها عليك مراعاة ذلك عند توصيل عدة مجموعات من الألواح الشمسية على التوازي.
بيانات منظم الشحن الشمسي
كما هو موضح في بيانات منظم الشحن الذي قمنا باختياره، فإن أقصى جهد عند الدارة المفتوحة يتحمله 145V، ومجال جهد التشغيل ما بين (30-130V).
باستخدام نطاق الجهد التشغيلي لمنظم الشحن الشمسي وجهد التشغيلي للوح الشمسي يمكننا تحديد قيمة المنتصف كالآتي:
قيمة منتصف الجهد التشغيلي = (أقل جهد + أكبر جهد) ÷ 2
= (30 + 130) ÷ 2 = 80V
بناءً على النتيجة أعلاه، وأن قيمة الجهد التشغيلي للوح الشمسي 32.7V،
فإن عدد الألواح المراد توصلهما على التوالي:
عدد الألواح المتوالية = قيمة منتصف الجهد التشغيلي للمنظم ÷ قيمة الجهد التشغيلي للوح الشمسي الواحد
= 80 ÷ 37.2 = 2.15
نقرب الرقم إلى 3 ألواح شمسية للحصول على جهد 98.1V، وهي أقل من أقصى جهد تشغيلي للمنظم 130V
. وهذا يقلل من إجمالي تيار الألواح في حالة توصيل مجموعتين بدل ثلاث مجموعات على التوازي
، عندها تصبح قيمة التيار الكلي 18.36A.
طريقة توصيل الألواح الشمسية
حساب حجم الانفرتر المناسب
هناك عدة نقاط تحدد حجم الانفرتر المناسب بناءً عليه وهي:
- قدرة الانفرتر.
- جهد الدخل وجهد الخرج.
- شكل موجة الخرج.
- مدى تحمل الانفرتر لتيار بدء التشغيل.
حيث يتم تحديد قدرة الانفرتر بحيث تكون أعلى من إجمالي قدرة الأحمال الكهربائية الممكنة والتي تعمل في آن واحد،
ويجب الأخذ بالحسبان بعض الأحمال المفاجئة التي ستولد تيار اقلاع عالي لحظة تشغليها.
أقل قدرة للانفرتر = قدرة الأحمال التي ستعمل في آن واحد × 1.5
قدرة الأحمال الكهربائية = إجمالي الطاقة المستهلكة في النهار ÷ الحد الأدنى لعدد ساعات الشمس القصوى
= 2670 ÷ 4 = 667.5 واط
قدرة الانفرتر = 667.5 × 1.5 = 1001.25 واط
إذاً يمكنك اختيار انفرتر باستطاعة 1 كيلو واط وليس بوحدة الكيلو فولت أمبير (KVA)،
انتبه إلى ذلك، ولكن في حالة وجود تيار بدء تشغيل عالي عليك مضاعفة قدرة الانفرتر المطلوب،
واختر انفرتر 2 كيلو واط.
كما يجب مراعاة بأن يكون جهد دخل الانفرتر متوافق مع جهد النظام الشمسي وهو 24V،
وجهد الخرج متوافق مع الجهد التشغيلي للأجهزة الكهربائية المنزلية 220V أو 110V.
ملاحظات حول طريقة حساب قدرة الانفرتر:
- يتم ضرب قيمة إجمالي الأحمال المراد تشغليها في النهار بنفس الوقت على أساس أن معدل الإشعاع الشمسي 4 ساعات فقط.
- ثم قم ضرب الناتج في معامل أمان 1.5 حتى نضمن تحمل الانفرتر لإجمالي قدرة الأحمال الكهربائية،
- ويفضل مضاعفة المعامل إلى 2 في حالة وجود حمل يولد تيار بدء تشغيل عالي.
كيف تختار جهد نظام الطاقة الشمسية
كيف تختار جهد نظام الطاقة الشمسية
كيف تختار جهد نظام الطاقة الشمسية،
تحتاج جميع أنظمة الطاقة الشمسية إلى قيمة جهد لكي يتم تصميم النظام الشمسي عليه في حسابات الأحمال
والبطاريات الكهربائية بالإضافة إلى طريقة توصيل الألواح الشمسية، وقد خصصنا موضوع مفصل حول كيف تختار جهد نظام الطاقة الشمسية لأهميته في حسابات النظام الشمسي.
ما هي أنواع جهود أنظمة off grid
يوجد ثلاث أنواع من أنظمة off grid من حيث الجهود كالآتي:
- نظام شمسي يعمل بجهد 12 فولت.
- نظام شمسي يعمل بجهد 24 فولت.
- نظام شمسي يعمل بجهد 48 فولت.
ونقصد بأنظمة الاوف جريد “off grid” هي الأنظمة الغير مرتبطة بالشبكة بحيث لا يمكنها بيع فائض الطاقة المنتجة
من الألواح الشمسية للشبكة.
كيف تختار جهد نظام الطاقة الشمسية
هناك مبدأ يعمد عليه الفنين والمهندسين في أعمالهم عند تركيب نظام الطاقة الشمسية كالآتي:
- نستخدم نظام 12 فولت إذا كانت قدرة الأحمال الكهربائية أقل من 1000 واط.
- نستخدم نظام 24 فولت إذا كانت قدرة الأحمال الكهربائية ما بين 1000 واط وحتى 2000 واط.
- نستخدم نظام 48 فولت إذا كانت قدرة الأحمال الكهربائية أعلى من 2000 واط.
فعند جمع قدرة أحمال الأجهزة الكهربائية وحاصل الجمع يساوي أقل من 1000 واط حينها نستخدم نظام شمسي بجهد 12V لشحن البطارية ومنظم الشحن.
ملاحظة هامة:
قديماً كان لا بد من دراسة فولتية النظام ولكن الآن تضع الشركات الداتا شيت الخاص بانفرترات مدمجة بمنظم وشاحن وانفرتر جاهز
ومكتوب عليها جهد النظام المصمم عليه لكي تراعي جهد البطاريات عند التوصيل.
نظام اوف جريد 12 فولت
يتكون هذا النظام ببساطة من لوح شمسي وبطارية ومنظم الشحن وانفرتر،
ويجب التناسق فيما بينهما بحيث يكون جهد اللوح أعلى من 12 فولت
، ويفضل أن يكون جهد اللوح في حدود 18 فولت على الأقل وبقدرة تتراوح ما بين 100 واط وحتى 150 واط على الأقل.
وننوه مرة أخرى إلى أن يكون مكونات النظام متفقة تماماً مع جهد النظام 12 فولت بحيث يكون جهد البطارية وجهد دخل الانفرتر وكذلك جهد منظم الشحن 12 فولت.
ملاحظة هامة:
في حالة أردنا توصيل أكثر من بطارية، يجب توصيل التوصيل على التوازي للحفاظ على الجهد 12 فولت وذلك لأن النظام يعمل على 12 فولت.
نظام اوف جريد 12 فولت
نظام اوف جريد 24 فولت
يحتوي هذا النظام أيضاً على نفس مكونات نظام 12 فولت،
ولكن بإضافة بطارية أخرى على التسلسل مع البطارية الأولى لكي نحصل على جهد 24 فولت.
كما يجب أن يكون جهد اللوح الشمسي على الأقل 36 فولت وهي قيمة أعلى من 24 فولت،
وننوه إلى أن جهد اللوح عند العمل أي التحميل (Vmp) وليس جهد الدارة المفتوحة (Voc).
وتتراوح قدرة هذه الألواح على الأقل ما بين تتراوح قدرة هذه الألواح على الأقل ما بين 300 إلى 325 واط.
يمكن أيضاً توصيل لوحين شمسين على التوالي على أساس أن اللوح الواحد يعمل على جهد 18 فولت وبقدرة 150 واط.
الملخص من هذا النظام:
- يجب تركيب لوح شمسي يعمل بجهد 36 فولت على الأقل وبقدرة 300 واط.
- يجب توصيل بطاريتين على التوالي أو التسلسل للحصول على جهد 24 فولت.
- يجب أن يكون جهد دخل الانفرتر 24 فولت.
- يجب أن يكون جهد منظم الشحن 24 فولت.
نظام اوف جريد 24 فولت
نظام اوف جريد 48 فولت
يتكون هذا النظام من التالي:
- لوحين متصلين على التوالي بحيث يكون جهد اللوح على الأقل لوحين متصلين على
- التوالي بحيث يكون جهد اللوح على الأقل ما بين 33 فولت وحتى 36 فولت، وذلك للحصول على جهد كلي أعلى من جهد النظام الشمسي 48 فولت.
- وصل أربع بطاريات على الأقل للحصول على جهد كلي متوافق مع جهد النظام الشمسي 48 فولت.
- يجب أن يكون دخل الانفرتر المدمج 48 فولت.
نظام اوف جريد 48 فولت
ملاحظة هامة:
يجب توصيل عدد معين من الألواح الشمسية بحيث تكون قادرة على توليد طاقة كافية لشحن الأربع بطاريات معاً.
حساب عدد بطاريات النظام الشمسي
حساب عدد بطاريات النظام الشمسي
حساب عدد بطاريات النظام الشمسي،
غالباً ما تحتاج أنظمة الطاقة الشمسية إلى بطاريات كهربائية ذو سعة أمبيرية تتناسب مع حجم النظام الشمسي، وطبيعة الأحمال الكهربائية المراد تشغيلها ليلاً.
تابعوا معنا المقال لنتعرف على كيفية حساب عدد بطاريات النظام الشمسي خطوة بخطوة لكي نستطيع تحجيم عدد البطاريات اللازمة لأي نظام شمسي.
البطاريات الكهربائية
تستخدم البطاريات الكهربائية في الأنظمة الشمسية بهدف توفير أو تخزين طاقة تيار مستمر (DC) كافية لتشغيل الأحمال الكهربائية خلال ساعات تشغيلية محددة،
وبناءً على ذلك يتم تصميم النظام الشمسي.
سعة البطارية
تعطي سعة البطارية بوحدة الأمبير. ساعة (Ah)، وهي اختصاراً لـ “Ampere-Hour”، أي أن البطارية التي سعتها التخزينية تساوي 20 أمبير.
ساعة (20Ah) يمكن أن تعطي تيار قيمته 20 أمبير لمدة ساعة واحدة أو 1 أمبير لمدة 20 ساعة، وهكذا.
خطوات تحجيم عدد البطاريات
- تحجيم إجمالي قدرة الأحمال الكهربائية المراد تشغيلها ليلاً، مع مراعاة قدرة كل جهاز والعدد وعدد ساعات التشغيل.
- إضافة معامل أمان بنسبة 25% فوق ناتج إجمالي قدرة الأحمال الكهربائية لتعويض الفقد في البطاريات والكابل.
- حساب إجمالي الطاقة المطلوب تخزينها داخل البطارية عند عمق تفريغ بنسبة %50 .
- تحديد سعة البطارية بوحدة الواط. ساعة.
- حساب عدد البطاريات المطلوبة للنظام الشمسي.
حساب عدد بطاريات النظام الشمسي
تنبي حساب عدد البطاريات الكهربائية على عدة خطوات لا بد من مراعاتها لكي تحصل على العدد المناسب لاستكمال النظام الشمسي، وهي كالآتي:
أولاً: حساب إجمالي قدرة الأحمال الكهربائية المطلوب تشغيلها ليلاً.
| الحمل | القدرة (W) | العدد | مدة التشغيل (H) | الطاقة المستهلكة (WH) |
| لمبة ليد | 18 واط | 6 | 8 ساعات | 864 واط. ساعة |
| لمبة ليد | 9 واط | 2 | 3 ساعات | 54 واط. ساعة |
| شاشة تلفزيون | 60 واط | 2 | 5 ساعات | 600 واط. ساعة |
| لابتوب | 80 واط | 1 | 4 ساعات | 320 واط. ساعة |
| إجمالي الطاقة المستهلكة | 1838 واط . ساعة |
جدول حساب إجمالي الطاقة المستهلكة من الأحمال الكهربائية
الطاقة المستهلكة = القدرة × العدد × مدة التشغيل
ثانياً: إضافة معامل أمان بنسبة 25% على الأقل فوق إجمالي الطاقة المستهلكة لتعويض الفقد في البطاريات والكابل.
الطاقة المستهلكة ليلاً = إجمالي الطاقة المستهلكة ليلاً × معامل الفقد في البطاريات (1.25)
= 1383 × 1.25
= 1728.7 واط. ساعة
ثالثاً: تصميم حجم البطاريات بناءً على عمق تفريغ 50% (DOD = 50%).
إجمالي طاقة البطاريات = الطاقة المستهلكة ليلاً ÷ عمق التفريغ
= 1728.7 ÷ 0.5
= 3457.4 واط. ساعة
رابعاً: تحجيم عدد بطاريات النظام الشمسي
إذا تم اختيار بطارية (12V-150Ah) فإن:
إجمالي الطاقة في البطارية = سعة البطارية × الجهد الاسمي للبطارية
= 150 × 12
= 1800 واط. ساعة
عدد البطاريات المطلوبة = إجمالي طاقة البطاريات ÷ إجمالي الطاقة في البطارية
= 3457.4 ÷ 1800
= 1.9 بطارية
إذا تحتاج إلى بطاريتين للنظام الشمسي بمواصفات (12V-150Ah) للبطارية الواحدة بحيث يتم توصلهما على التوازي بنظام 12V أو على التوالي بنظام 24V
، عندها نحصل على طاقة تخزينية بمقدار 3600 واط. ساعة من البطاريتين، وهي كافية من أجل تشغيل الأحمال حسب ما تم حسابها في الجدول السابق.
طريقة توصيل بطاريتين على التوالي للحصول على طاقة تخزينية 3600Wh.
توصيل بطاريتين على التوالي
طريقة توصيل بطاريتين على التوازي للحصول على طاقة تخزينية 3600Wh.
توصيل بطاريتين على التوازي
بهذا نكون قد أوجزنا لكم طريقة حساب عدد بطاريات النظام الشمسي بالشرح المبسط،
والموضح بمثال تطبيقي نظري مع رسم طريقة توصيل البطاريات الكهربائية.
توصيل الألواح الشمسية مع البطارية والحمل بنظام (12V DC)
توصيل الألواح الشمسية مع البطارية والحمل بنظام (12V DC)
توصيل الألواح الشمسية مع البطارية والحمل بنظام (12V DC)، لكي توصل نظام شمسي مكون من إجزاء بسيطة كاللوح الشمسي،
وبطارية، وحمل يعمل على التيار المستمر بجهد 12V؛ لا بد من وجود منظم شحن شمسي لكي ينظم جهد الألواح، وشحن البطارية أو البطاريات بجهد وتيار مناسبين،
وكذلك تشغيل احمال تيار مستمر (DC) بجهد 12V وليس أي جهد آخر.
في هذا المقال سنعرض لكم كيفية توصيل الألواح الشمسية مع البطارية والحمل بنظام (12V DC).
بناء النظام الشمسي بجهد 12VDC
بداية يوجد ثلاث أصناف من فولتية أنظمة الطاقة الشمسية، وهما: (نظام 12VDC، نظام 24VDC، نظام 48VDC)
، ولكل نوع يستخدم حسب حجم النظام الذي تحتاج إليه بناءً على إجمالي قدرة الأجهزة الكهربائية.
بمعنى إذا كنت تريد نظام حتى 1 كيلو واط، فإن نظام 12VDC مناسب، ولكن إذا كنت تريد حجم النظام 2 كيلو واط فإن أنسب فولتية له 24 فولت،
وأعلى من ذلك تحتاج إلى نظام بجهد 48VDC.
وفي موضوعنا نكتفي بنظام صغير بجهد 12VDC
، لكي نسهل عملية الشرح وتوصيل المعلومة للجميع بأبسط ما يمكن.
مكونات نظام 12VDC
يحتاج نظام الطاقة الشمسية الصغير الذي يعمل فقط على التيار المستمر إلى ثلاثة مكونات أساسية كالآتي:
- الألواح الشمسية: نحتاج إليه لتوليد طاقة كهربائية على شكل تيار مستمر (DC).
- بطارية كهربائية 12VDC: مهمتها تخزين طاقة التيار المستمر لاستخدامها في الليل أو أثناء الغيوم.
- منظم شحن 12VDC: وظيفته تنظيم جهد خرج الألواح الشمسية،
- وشحن البطارية بجهد مناسب، وتشغيل أحمال تيار مستمر 12VDC، وكذلك حماية كافة مكونات النظام الشمسي من أي عطل قد يحدث.
توصيل الألواح ببطارية وحمل بواسطة منظم شحن
ملحوظات حول توصيل الألواح الشمسية مع بطارية وحمل (12VDC)
هناك عدة ملاحظات لا بد من مراعاتها عند تصميم وتوصيل الألواح الشمسية مع بطارية وحمل في نظام 12VDC، وهما كالآتي:
- يجب أن لا يزيد إجمالي قدرة الأحمال الكهربائية عن أقصى تيار حمل لمنظم الشحن،
- بمعنى أن الشركة الصانعة لمنظم الشحن تضع لك قيمتين مهمتين عليك مراعاتهما وهما:
- أقصى تيار شحن، وأقصى تيار حمل.
- إذا كان منظم الشحن بمواصفات
- : (12VDC/20A) أي باستطاعة 240W، هذا لا يعني أنه يمكن تركيب أحمال باستطاعة 240W،
- بل يجب مراعاة أن هناك بطارية تحتاج إلى تيار شحن بمقدار 10A على الأقل، ولا يجوز تحميل كامل استطاعة منظم الشحن،
- بل يجب التحميل بنسبة 70% إلى 80% فقط من كامل طاقة المنظم.
- تأكد من أنك قمت بتوصيل بطارية واحدة بجهد 12VDC، أو بطاريتين متصلتين على التوازي مع منظم الشحن،
- وأن قمت بتوصيل بطاريتين على التوالي تحصل على جهد كلي 24VDC، وهذا يسبب في عطل منظم الشحن.
- تجنب توصيل جهاز كهربائي مصمم للعمل على التيار المتردد AC مع طرفي منظم الشحن المخصص لأحمال التيار المستمر.
ملحوظة مهمة:
أي نظام شمسي off grid، يجب تقسيم قدرته إلى قسمين، قسم من الطاقة المتولدة مخصصة لشحن البطارية أو عدة بطاريات،
والطاقة المتبقية تخصص لتشغيل أحمال تيار مستمر من منظم الشحن.
بمعنى إذا كان لدينا نظام شمسي 12V، بإجمالي قدرة 300W، يجب تخصيص 150W من القدرة لشحن بطارية 12V
، والجزء الآخر 150W يخصص لتشغيل أحمال تيار مستمر DC.
وما نستنتجه هو أن النظام الشمسي لا يمكنه تشغيل أحمال كهربائية بقدرة 300W طالما لم تشحن كامل سعة البطارية.
كيفية توصيل الألواح الشمسية مع بطارية وحمل
- ربط طرفي اللوح أو الألواح الشمسية (الموجب والسالب) بالمنفذ الخاص بهما في منظم الشحن مع مراعاة القطبية.
- توصيل طرفي البطارية (الموجب والسالب) في المكان الخاص بالبطاريات مع مراعاة القطبية.
- وصل طرفي أحمال التيار المستمر (الموجب والسالب) مع النقاط الخاص بهما في منظم الشحن.
حيث يعمل منظم الشحن على تشغيل أحمال التيار المستمر مباشرة أثناء النهار ومع عملية شحن البطارية، كما يعمل على تغذية الأحمال من البطارية في حالة عدم توفر الألواح الشمسية.
ويتم شحن البطاريات من الألواح الشمسية خلال فترة زمنية تعتمد على سعة البطارية، ومقدار الطاقة المتولدة من اللوح المعتمد على أشعة الشمس.
حماية منظومة الطاقة الشمسية
حماية منظومة الطاقة الشمسية
حماية منظومة الطاقة الشمسية، عند تصميم نظام الطاقة الشمسية لا بد من الأخذ بعين الاعتبار اختيار الحماية الصحيحة والمتوافقة مع كافة مكونات النظام الشمسي.
إن أهمية حماية منظومة الطاقة الشمسية تكمن في حماية كافة مكونات النظام الشمسي، بالإضافة إلى حماية الأجهزة الكهربائية من أي عطل محتمل قد يحدث.
كما تفيد معدات الحماية الكهربائية في فصل الألواح الشمسية عن باقي المكونات كالبطاريات والانفرتر عند إجراء أي أعمال صيانة بالنظام الشمسي.
دعنا نتعرف على أهم الحمايات التي تستخدم في حماية منظومة الطاقة الشمسية بأفضل الوسائل الممكنة.
أهمية حماية منظومة الطاقة الشمسية
تكمن أهمية الحماية في الحفاظ على مكونات نظام الطاقة الشمسية: (الألواح الشمسية والانفرتر والبطاريات) من أي تماس كهربائي.
كما تحمي التوصيلات من التيار المرتفع،
ونعلم جميعنا أن خطورة التيار المستمر DC أكثر خطورة من التيار المتردد عند حدوث الأعطال وذلك لأن التيار المستمر لديه خاصية تكوين القوس الناري و
الذي يتسبب في حرائق أخطر من التيار المتردد، ومن هنا وجب علينا استخدام قواطع مخصصة لحماية نظم التيار المستمر (DC).
الفرق بين التيار المتردد والتيار المستمر
في البداية نود التطرق لأهم الفروق البسيطة بين التيار المتردد AC والتيار المستمر DC كالتالي:
التيار المتردد (AC): تأتي موجة التيار المتردد على صيغة موجة جيبيه والتي تقدر بخمسين أو ستين دورة في الثانية الواحدة حسب قيمة التردد،
أي أن قيمة الجهد لديها متغيرة القيمة والاتجاه.
التيار المستمر (DC): ثابتة القيمة والاتجاه بمعنى أنه يولد جهد بقيمة 12V ثابتة القيمة أي لا تزيد ولا تقل بمقدار كبير مثل التيار المتردد،
وثابتة الاتجاه أي تبقى أما في الاتجاه الموجب أو السالب فقط.
ماذا لو تم تركيب قاطع تيار متردد لحماية نظم التيار المستمر بدل قاطع التيار المستمر؟
إن تركيب قاطع التيار المتردد لحماية التيار المستمر ليس له أي فائدة في الحماية من الشرارة والحرائق التي قد تحدث عند أي مشكلة،
وذلك لأن قواطع التيار المتردد لا تحمي من تكوين القوس الناري الناتج عن التيار المستمر.
مكونات حماية منظومة الطاقة الشمسية
- قواطع التيار المتردد (AC circuit breaker).
- قواطع التيار المستمر (DC circuit breaker).
- جهاز الحماية من ارتفاع وانخفاض الجهد (Over and Under voltage relay).
- اوفرولود (OverLoad).
- فيوزات (Fuses) (AC / DC).
- جهاز الحماية من الصواعق.
الحمايات المطلوبة للنظام الشمسي
قواطع التيار الكهربائي
تستخدم القواطع الكهربائية سواء كانت قواطع التيار المتردد أو التيار المستمر في حماية وتوصيل عناصر منظومة النظام الشمسي من أي عطل محتمل.
كما يمكنك تركيب فيوز كبديل عن القواطع ولكن يجب تغييرها عند انصهارها، ومن أنواع القواطع المستخدمة في حماية النظام الشمسي:
- قواطع التيار المتردد: يستخدم فقط في حماية وتوصيل الأحمال الكهربائية التي تعمل على التيار المتردد، كما تعمل على دخل وخرج الانفرتر.
- قواطع التيار المستمر: يستخدم في حماية وتوصيل التيار المستمر بين البطاريات والألواح الشمسية والانفرتر.
أما وظيفة القواطع الكهربائية في النظام الشمسي:
هي حماية الألواح الشمسية والانفرتر والبطاريات من أي تماس كهربائي،
كما تمكنك من فصل عناصر منظومة الطاقة الشمسية عن بعضها البعض يدوياً.
القواطع الكهربائية
جهاز الحماية من ارتفاع و انخفاض الجهد
يستخدم لحماية الانفرتر والأحمال الكهربائية من أي ارتفاع أو انخفاض مفاجئ للجهد،
ويوضع قبل دخل شبكة الكهرباء للانفرتر من أجل حمايته من جهد شبكة الوطنية.
وفي العادة توصل لإعطاء أمر وصل أو فصل كونتاكتور مثلاً.
جهاز الحماية من ارتفاع وانخفاض الجهد
الاوفرلود OverLoad
إن وظيفة الاوفرلود في منظومة الطاقة الشمسية هو العمل على حماية وفصل الأحمال الكهربائية الانفرتر في حال تم زيادة التحميل عن الحد المسموح به.
ومن هنا نلاحظ أهميته ودوره في حماية الانفرتر على الرغم من أن هذه الميزة متوفرة في الانفرتر نفسه،
ولكن طريقة التعامل وتحديد تيار الفصل بدقة للاوفرلود سهلة جداً ولا يحتاج لأي خبرة عالية في مجال حماية نظام الطاقة الشمسية.
الاوفرلود OverLoad
يوجد هناك بعض الحمايات الأخرى، مثل:
الحماية من الصواعق، حيث تعمل هذه الحماية على فصل النظام بمجرد تعرض الألواح الشمسية إلى صعقة كهربائية نتيجة العوامل الجوية الخارجية.
جهاز الحماية من الصواعق الكهربائية
مخطط حماية منظومة الطاقة الشمسية
مخطط مبدئي لحماية منظومة الطاقة الشمسية
ملاحظة مهمة:
يجب توصيل كونتاكتور لكي يتم التحكم به عن طريق جهاز الحماية من الارتفاع والانخفاض من الجهد،
والهدف من ذلك لأن الجهاز لا يتحمل تيار الأحمال الكهربائية المنزلية.
مخطط النظام الشمسي النهائي
مخطط النظام الشمسي النهائي
لاستكمال حسابات النظام الشمسي عليك قراءة المواضيع الآتية:
بهذا نكون قد وصلنا إلى نهاية موضوع تصميم نطام طاقة شمسية منفصل عن الشبكة المدعم بالحسابات والملاحظات والمخططات التنفيذية.
جرب جهزلي لرحله تسوق ممتعه
يسعدنا زيارتكم صفحاتنا على مواقع التواصل الاجتماعي حيث نقوم بنشر عروض حصرية على موقعنا الالكتروني.
صفحتنا علي الفيسبوك هنا.
حسابنا على تويتر هنا.
