تصميم انظمة الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة ( off grid pv solar system design )

Kareem Roshdy (CEO)

منذ 16 يوم 3 ساعة
2341
1
0

تصميم انظمة الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة ( off grid pv solar system design )

سنحاول في هذا المقال تغطية موضوع مهم يسأل عنه الكثير وهو تصميم انظمة الطاقة الشمسية الكهربية المنفصلة عن الشبكة (off grid pv solarsystem design) وسنراعي التبسيط الشديد وتركيز الموضوع علي قدر الإمكان إن شاء الله.

ما هي النقاط التي سنغطيها في هذا الموضوع :

1- ما هي انظمة الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة off grid
2- ما هي عيوب ومميزات الأنظمة المنفصلة عن الشبكة
3- ما هي الحالات التي يتم استخدام النظام المنفصل عن الشبكة فيها
4- حساب مجموع الاحمال الكهربية يوميا ( ليلا ونهارا )
5- تحديد حجم مصفوفة الألواح الشمسية وعدد الألواح وقدرتها الكهربية
6- تحديد قدرة الأنفرتر (محول التيار)
7- تحديد حجم البطاريات المطلوبة وعددها وسعتها
8- تحديد منظم الشحن ومواصفاته



1- ما هي انظمة الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة off grid

انظمة الطاقة الشمسية الفولتوضوئية المنفصلة عن الشبكة أو ما يعرف ب Off grid PV solar systems هي من إسمها يتضح لك أنها أنظمة منفصلة عن الشبكة .. ولكن أي شبكة نقصد؟
.. بالطبع نقصد شبكة الكهرباء العمومية الخاصة بوزارة الكهرباء العادية .. فهذا النظام لا يعتمد إطلاقا علي شبكة الكهرباء العامة بل هو مستقل تماما ويتم تصميمه بحيث انه يلبي إحتيجاتك من الكهرباء ليلا ونهارا بالطاقة الشمسية.
وتتكون وكمت هو واضح من مصفوفة الألواح وتكون متصلة بمنظم الشحن " الذي يمكن أن يكون موجود بداخل الإنفرتر او كوحدة منفصلة " ثم يتصل منظم الشحن بمصفوفة البطاريات وكذلك بمجول التيار " الإنفرتر " والذي نقوم بعد ذلك بتوصيله بلوحة الكهرباء لتلبية إحتياجات المكان من الكهرباء.
يمكنك التعرف أكثر علي آلية العمل ووظيفة كل جزء من هذه المكونات بشكل أكثر تفصيلا من خلال قراءة موضوع " الطاقة الشمسية للمنازل "

2- ما هي عيوب ومميزات الأنظمة المنفصلة عن الشبكة

المميزات .. مجرد أن تكون معتمدة علي الطاقة الشمسية فقط بنسبة 100% فهي في حد ذاتها ميزة , فأنت لا يهمك بعد الآن انقطاع التيار الكهربي ولا عداد كهرباء ولا فواتير كهرباء
العيوب .. تكلفتها مرتفعة عن نظيرتها من الأنظمة المتصلة بالشبكة أو الهجينة وهذا لأنها تحتاج عدد أكبر من البطاريات نظرا لأن مطلوب من البطاريات تلبية كافة إحتياجاتك من الكهرباء طوال فترات غياب الشمس, وأيضا ستحتاج الي تغيير البطاريات كل فترة (من 3 الي 4 سنوات)

3- ما هي الحالات التي يتم استخدام النظام المنفصل عن الشبكة فيها

النظام المنفصل عن الشبكة مكلف قليلا كما ذكرنا وللمصداقية جدواه الإقتصادية حتي الآن اكبر من سعر الكهرباء التي تشتريها من شبكة الكهرباء الحكومية وحتي بعد ان يتم رفع الدعم عن الكهرباء في معظم البلدان ستكون ايضا تكلفة الأنظمة المنفصلة عن الشبكة كبيرة نسبيا وذلك لأنه كما ذكرنا فأنت بحاجة الي تغيير البطاريات كل فترة  مع العلم أن اسعار بطاريات الطاقة الشمسية حتي الآن لا تزال مرتفعة نسبيا ,لذلك يعتبر استخدامها ذو جدوي في الحالات الآتية:
- في المزارع النائية حيث تكون موجودة في مناطق خدمة الكهرباء العمومية فيها ضعيفة ومتكررة الإنقطاع كما أنهم يدفعون الكهرباء بنظام الممارسة او يتم تحصيل الكهرباء بالسعر التجاري وتحصل منهم الحكومة كثيرا علي ذلك.
- الإستراحات والمعسكرات والشاليهات النائية والتي لا يوجد بها خطوط كهرباء بالأساس فالطاقة الشمسية في هذه الحالة ستكون أرخص وأأمن من مولدات الديزل
- أي مكان آخر حالته مشابهة للحالات المزكورة بالأعلي



4- حساب مجموع الاحمال الكهربية يوميا ( ليلا ونهارا )


نأتي هنا الي بداية النقاط المهمة في التصميم والتي يجب أن تكون هي أول ما تفعله لتصميم نظام الطاقة الشمسية المنفصل عن الشبكة ألا وهو حساب مجموع الأحمال الكهربية للأجهزة الموجودة في المكان المراد تشغيله بالطاقة الشمسية.
كنا في موضوع سابق بعنوان حساب الطاقة الشمسية في المنازل تجاهلنا موضوع حساب مجوع الأحمال الكهربية للأجهزة بإعتبار أن مجموع الأحمال الكهربية يكون مذكور أصلا في فاتورة الكهرباء الشهرية فبمجرد قسمتها علي عدد ايام الشهر 30 يوم يمكن ببساطة حساب متوسط الإستهلاك اليومي من الكهرباء بالكيلو وات ساعة.. ولكن الآن فمن المتوقع أصلا عدم وجود كهرباء في المكان وبالتالي لا يوجد عداد كهربي بالمكان لذلك سنقوم بحسابها بأنفسنا.
والجدول التالي يوضح بعض الأحمال الكهربية لأكثر الأجهزة الكهربية استخداما  والتي ستكون موجودة لديك  في الغالب" سينفعك هذا الجدول لبداية حساب الأحمال الكهربية لبعض الأجهزة ولكن أنصح دائما بأخذ حمل كل جهاز بقراءته بنفسك فكل الأجهزة يكون مذكور عليها حملها بالوات Watt"
تصميم انظمة الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة ( off grid pv solar system design )
طبعا هذه هي الأجهزة الأساسية التي تجد معظمها او كلها في المكان المراد تشغيله بنظام الطاقة الشمسية المنفصل عن الشبكة وحاولنا ذكر اشهرها وأهمها بشكل بسيط ونؤكد انه اذا اردت حسابها بدقة فأقرأ علي كل جهاز الحمل الكهربي الخاص بع بالوات وهذا سيكون أفضل.
بالنسبة للمضخات فنؤكد اننا نقصد الطلمبات الصغيرة الخاصة بالإستخدامات العادية ذات القدرات البسيطة وتكون واحد فاز وليس للري فموضوع طلمبات الري موضوع آخر يمكنك قراءته في موضوع " تصميم انظمة مضخات الري بالطاقة الشمسية"

دعونا الآن نبدأ معا في أول نقطة وهي حساب الاحمال الكهربية للأجهزة ومعدل الإستهلاك اليومي بالليل والنهار ولذلك ستحتاج الي ملأ الجدول التالي :
  "قم بتسطير الجدول يدويا بنفسك وأملأه" وسنقوم بشرح كل جزء فيه معا

تصميم انظمة الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة ( off grid pv solar system design )

أولا : بالنسبة للمربع ذو الخلفية البيضاء سنقوم فيه بكتابة الأجهزة التي لدينا والحمل الكهربي لكل جهاز بالوات watt وعدد الأجهزة .
" بالنسبة للإضاءة أكتب كل مجموعة لمبات متشابهة في القدرة في سطر منفرد"
ثانيا: في العمود ذو الخلفية الصفراء تقوم بحساب مجموع الأحمال لكل مجموعة أجهزة متشابهة علي حدي عن طريق ضرب الحمل بالوات للجهاز الواحد في عدد الأجهزة ( الحمل بالوات * عدد الاجهزة ) ثم في النهاية قم بجمع جميع القيم في العمود باللون الأسفر وكتابتها في المربع المحدد باللون الأحمر
ثالثا: الجدول ذو الخلفية الزرقاء تقوم بكتابة ساعات العمل المتوقعة اثناء النهار لكل جهاز " حاول ان تتوقع بالتقريب " وقم بكتابتها في عمود ساعات العمل المتوقعة ثم في العمود المسمي الطاقة الكهربية تقوم بضرب القيمة الموجودة في لعمود الأصفر " مجموع الأحمال بالوات " في قيمة عدد ساعات العمل المتوقعة بالنهار لتحصل علي الطاقة الكهربية المطلوبة بالنهار لكل جهاز علي حدي بوحدة wh "وات ساعة"  ثم تقوم بجمعها جميعا ووضعها في خانة الموجموع " المربع المحدد باللون الأحمر
رابعا : في الطاقة المطلوبة بالليل تكرر نفس الذي قمنا به في الخطوة السابقة فقط الإختلاف انك ستتوقع عدد ساعات العمل أثناء الليل بدلا من النهار وايضا تحسب المجموع النهائي وتضعه في المربع الأحمر بالنهاية.

وبذلك يصبح لديك ثلاثة قيم مهمة جدا جدا وهي كل ما تحتاجه لتبدأ في التصميم الصحيح والمناسب لك تماما باذن الله:
القيمة الأولي وهي : مجموع الأحمال بالوات يمكن ان تقوم بقسمتها علي 1000 لتحصل عليها بوحدة كيلو وات KW
القيمة الثانية : وهي الطاقة الكهربية المطلوبة أثناء النهار بوحدة وات ساعة  "Wh" ويمكن ايضا ان تقوم بقسمتها علي 1000 لتحصل عليها بوحدة كيلو وات ساعة Kwh"
القيمة الثالثة: الطاقة الكهربية المطلوبة بالمساء بوحدة وات ساعة Wh ويمكن ايضا ان تقوم بقسمتها علي 1000 لتحصل عليها بوحدة كيلو وات ساعة "Kwh"



5- تحديد حجم مصفوفة الألواح الشمسية وعدد الألواح وقدرتها الكهربية

بكل بساطة أنت الآن لديك قيمة الطاقة الكهربية التي انت بحاجة اليها بالنهار بوحدة كسلو وات ساعة "Kwh" وايضا لديك الطاقة التي تحتاجها بالمساء بوحدة كيلو وات ساعة "Kwh" وهاتان هما القيمتان الثانية والثالثة في الخطوة التي ذكرناها بالأعلي.
فقط فم بجمعهم لتحصل علي قيمة الطاقة الكهربية التي انت بحاجة اليها طوال اليوم بوحدة كيلو وات ساعة "Kwh"
قم بقسمة الناتج / 6 "وهو متوسط عدد ساعات سطوع الشمس في معظم البلاد العربية" .. الأن انت لديك القدرة الكهربية لالواح الطاقة الشمسية المطلوبة لتغطية استهلاكك طوال اليوم بوحدة كيلو وات "Kw"
قم بضرب الناتج * 1.2 " بذلك نكون قد زودناها بنسبة 20% اعتبارا لأيام الغيوم التي قد يقل انتاج الألواح فيها وهذا بمثابة معامل أمان"
ثم قم بتقريب القيمة بعد ذلك لأقرب رقم صحيح .. ولنقل مثلا انك بعد هذه الحسابات وجدت انك بحاجة الي 3.5 كيلو وات من الألواح  " أي 3500 وات " .. اذن كم لوح أنا بحاجة اليه الآن؟
ببساطة شديدة ايضا هناك في الأسواق العربية الواح شمسية بقدرات مختلفة اشهرها الواح 250 وات و 265 وات
فلنقل اننا سنختار الواح بقدرة 265 وات فيكون في مثالنا هذا عدد الألواح = 3500/265 = 13.2 " طبعا لا يوجد كسور ودائما نقرب للأكبر فسنكون في حاجة الي 14 لوح بقدرة 256 وات "
ولكن في هذه الحالة سيكون من الأفضل إختيار الواح بقدرة 250 وات للتوفير نظرا لأن في هذه الحالة سيكون ناتج القسمة 14 لوح بالتحديد بقدرة 250 وات للوح الواحد وطبعا اللوح ذو قدرة 250 وات ارخص من نظيره ذو قدرة 265 وات. وهكذا يسير الأمر " وأرجو أن يكون الموضوع واضح"
ويمكنك القراءة أكثر عن الواح الطاقة الشمسية في موضوع الالواح الشمسية لتوليد الكهرباء وموضوع اسعار الواح الطاقة الشمسية



6- تحديد قدرة الأنفرتر (محول التيار)

ببساطة أيضا وكما تعودنا انت حصلت في الخطوة الرابعة علي قيمة مجموع الأحمال الكهربية وهي القيمة الأولي التي ذكرناها وهي بوحدة كيلو وات " KW"
وهذا هو مجموع الأحمال الكهربية لكل الأجهزة التي لديك لو أنها قامت بالعمل في نفس الوقت وهذا بالتحديد هو المطلوب من الانفرتر "محول التيار"
فلو كان مثلا مجموع الأحمال الذي حصلت عليه في القيمة الأولي في الخطوة الرابعة 3.7 كيلو وات مثلا اذن انت بحاجة الي انفرتر 4 كيلو وات " نقوم دائما بتكبير القيمة نظرا لوجود فقد في الطاقة ولأن كفاءة الانفرتر ليست 100% بالتأكيد كما ان الانفرتر"محول التيار" في حد ذاته يقوم باستهلاك كهرباء ليعمل"
ويمكنك قراءة المزيد عن محول التيار في موضوع انفرتر انظمة الطاقة الشمسية ولاحظ طبعا اننا نتحدث عن انفرتر منفصل عن الشبكة Off Grid

7- تحديد حجم البطاريات المطلوبة وعددها وسعتها

بالنسبة لانظمة الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة يعتبر تحديد حجم مصفوفة البطاريات بالاساس يعتمد علي كمية الطاقة الكهربية المطلوبة طوال فترات غياب الشمس والتي قد تصل الي 16 ساعة في اليوم.
ولحساب حجم مصفوفة البطاريات ببساطة ايضا بالعودة الي الخطوة الرابعة للقيمة الثالثة التي حصلنا عليها والتي تمثل كمية الطاقة الكهربية التي ستحتاجها بالمساء بوحدة كيلو وات ساعة Kwh .
هذه هي الطاقة المطلوب من البطاريات تخزينها لتلبي كافة احتياجاتك من الكهرباء اثناء فترات غياب الشمس بناء علي الحسابات التي حسبناها في الخطوة الرابعة .. ولكن كيف أحدد عدد البطاريات وسعتها؟؟
-أولا : قم بقسمة هذا الرقم " القيمة الثالثة " في الخطوة الرابعة / 12 " 12 هي فولتية البطارية الواحدة فمعظم البطاريات في الأسواق إن لم يكن كلها تعمل بجهد كهربي 12 فولت "
- ثانيا: بعد ان تممت الخطوة الأولي انت الأن لديك السعة التخزينية المطلوبة بوحدة كيلو امبير ساعة KAh قم بضربها في 1000 لتحصل علي السعة بوحدة امبير ساعة Ah
- تالتا: قم بضرب هذه القيمة التي حصلت عليها في الخطوة السابقة في 2 لماذا؟ .. لأننا سنأخذ معدل تفريغ 50% وهو ما نسمية D.OD ويمكنك فهم هذا الأمر بشكل أعمق لو أردت من خلال قراءة موضوع استفسارات حول بطاريات الطاقة الشمسية ولكن لتبسيط الأمر بشكل مبدأي هذا يعني اننا تحاول ان نجعل البطاريات لا تقوم بتفريغ اكثر من نصف شحنتها في نهاية كل يوم وذلك يطيل عمر البطاريات ويحافظ عليها من التلف.
رابعا: انت الآن بعد الخطوة السابقة لديك قيمة بوحدة امبير ساعة AH وهي الوحدة االتحزينية للبطاريات .. ويوجد في السوق عدة سعات تخزينية مختلفة للبطاريات 55 أمبير او 70 امبير او 100 او 150 او 200 وهكذا " لاحظ ان المصطلح السوقي كلمة 100 امبير للبطارية مثلا تعني امبير ساعة AH "
فلحساب عدد البطاريات التي انت بحاجة اليها قم بقسمة الرقم الذي حصلت عليه / سعة البطارية التي أخترتها " وننصح باختيار بطارية ذات سعة كبيرة 200 أمبير مثلا او 150 امبير "



8- تحديد منظم الشحن ومواصفاته

منظم الشحن كما ذكرنا يمكن أن يكون موجود بداخل الإنفرتر ويمكن ان يكون وحدة منفصلة وننصح بجعله وحدة منفصلة واختيار انفرتر بدون منظم شحن لو استطعت ذلك ولكن في السوق الآن في السنة الأخيرة اصبحت اجد ان معظم الانفرترات المتوفرة بالأسواق منظم الشحن موجود بداخلها.
علي أي حال فلو كنت ستحصل علي انفرتر يوجد بداخله منظم الشحن فيجب انن تتاكد من مواصفات منظم الشحن الموجود بداخلها انه مناسب لظروفك.
بالنسبة لمنظم الشحن بدون الدخول في تفاصيل مرهقة إختار منظم شحن MPPT وهذا النوع هو الأفضل والأكثر كفاءة ويقوم بالحصول علي اكبر قدرة ممكنة من خلال تتبع القدرة القصوي بين الفولت والأمبير ولن نتحدث أكثر من ذلك في هذا الأمر.

دلوقتي بقي نيجي للنقطة المهمة جدا جدا في اختيار منظم الشحن او حتي الانفرتر لو كان منظم الشحن موجود بداخل الانفرتر وهي منظم الشحن كام فولت ؟ وكام امبير؟
الموضوع دا بقي بعتمد بالأساس علي مصفوفة البطاريات اللي عندك .. بالنسبة لمصفوفة البطاريات احنا في الخطوة رقم 7 المفروض نكون قدرنا نحصل علي عدد البطاريات اللي احنا محتاجينها وسعة كل منها ومتتخضش م العدد " ممكن تطلع 8 ممكن 10 ممكن 20 حتي " وهي انظمة الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة كدا بتستهلك بطاريات كتير.
طريقة التوصيل بيكون توالي او توازي او الاتنين مع بعض .. ازاي الكلام دا؟
يعني مثلا لو عندي 8 بطاريات البطارية الواحدة 12 فولت و 200 امبير " طبعا نقصد امبير ساعة بس دا اللفظ المتداول في السوق "
تصميم انظمة الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة ( off grid pv solar system design )
زي ما واضح في الصورة فوق لو وصلتهم توالي هيكون الأمبير ثابت والفولت اللي هيتجمع وهيكون الوضع 200 امبير ساعة و 96 فولت
ولو وصلت كل اربعة توالي مع بعض وخدت كل مجموعة منهم توازي مع اختها هيكون الوضع 400 امبير ساعة و 48 فولت
بمعني ان التوالي بجمع الفولت والتوازي بجمع الأمبير. " ولاحظ ان البطاريات لازم يكونو نفس السعة ونفس الفولت ونفس تاريخ الإنتاج ونفس النوع وعندهم نفس الهوايات كمان ^_^ "

طيب فرضا في مثالنا دا اني هختار الحالة التانية اللي هي 48 فولت " كدا انا محتاج منظم شحم 48 فولت " أساسي كدا .. كام امبير بقي ؟
بمنتهي البساطة زي ما اتعودنا شوف انت عندك الواح بقدرة قد ايه زي ما حسبنا في الخطوة رقم 5  .. قلنا مثلا 3.5 كيلو وات يعني 3500 وات
اقسم بقي 3500 / 48 " اللي هي الفولتية اللي اختارناها لمصفوفة البطاريات ومنظم الشحن " يطلع حوالي 73 امبير ( يعني انت محتاج منظم شحن ميقلش عن كدا يزيد ماشي وبشكل عملي هتلاقي في السوق منظم شحن 80 امبير )
يعني مدا مواصفات منظم الشحن بتاعك MPPT 48 فولت و 80 أمبير ... أتمني اني أكون وفقت في الشرح كدا ويسعدني اني أجاوب علي استفساراتكو

أعاننا الله وإياكم علي نشر العلم النافع


أحدث وظائف الطاقة الشمسية