كيفية تصميم نظام الطاقة الشمسية

نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية أو نظام الطاقة الشمسية هو أحد أنظمة الطاقة المتجددة التي تستخدم الوحدات الكهروضوئية لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.

يمكن تخزين الكهرباء المولدة أو استخدامها مباشرة كما يمكن إعادتها إلى خط الشبكة أو دمجها مع واحد أو أكثر من مولدات الكهرباء الأخرى أو أكثر من مصادر الطاقة المتجددة. ولكن يعد نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية مصدرًا موثوقًا للغاية ونظيفًا للكهرباء يمكن أن يناسب مجموعة واسعة من التطبيقات مثل الإقامة والصناعة والزراعة والثروة الحيوانية ، إلخ.

و يمكنك قرأة ايضاً : حساب تكلفة الطاقة الشمسية للمنازل

مكونات نظام الطاقة الشمسية

يحتوى نظام الطاقة الشمسية المدعم بخلايا الطاقة على مكونات مختلفة يجب اختيارها وفقًا لنوع النظام وموقع الموقع والتطبيقات. المكونات الرئيسية لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية هي جهاز التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية ، والعاكس ، وبنك البطارية كما ايضا يحتوي  ومصادر الطاقة الإضافية والأحمال (الأجهزة).

•  الوحدة الكهروضوئية : تحول ضوء الشمس إلى كهرباء بتيار مستمر.
•  وحدة التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية : تنظم الجهد والتيار القادم من الألواح الكهروضوئية إلى البطارية ويمنع الشحن الزائد للبطارية ويطيل عمر البطارية.
• العاكس: يحول خرج التيار المستمر من الألواح الكهروضوئية أو توربينات الرياح إلى تيار تيار متردد نظيف للتيار المتردد
  الأجهزة أو إعادتها إلى خط الشبكة.
• البطارية: تخزن الطاقة لتزويد الأجهزة الكهربائية عند الطلب.
•  الحمل : هو الأجهزة الكهربائية المتصلة بنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية مثل الأضواء والراديو والتلفزيون والكمبيوتر ،
  ثلاجة ، إلخ.
•  مصادر الطاقة المساعدة:هي مولدات الديزل أو مصادر الطاقة المتجددة الأخرى.

تحجيم نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية

1. تحديد متطلبات استهلاك الطاقة

تتمثل الخطوة الأولى في تصميم نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية في معرفة إجمالي استهلاك الطاقة والطاقة لجميع الأحمال التي يجب توفيرها بواسطة نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية ولكن علي النحو التالي:

 احسب إجمالي واط / ساعة يوميًا لكل جهاز مستخدم.

أضف الواط / ساعة اللازمة لجميع الأجهزة معًا للحصول على إجمالي وات / ساعة يوميًا
يجب أن يتم تسليمها إلى الأجهزة.

احسب إجمالي واط / ساعة في اليوم المطلوب من الوحدات الكهروضوئية.

قم بضرب إجمالي عدد الأجهزة بالواط / ساعة يوميًا في 1.3 (الطاقة المفقودة في النظام) لتحصل على
إجمالي واط-ساعة يوميًا والتي يجب أن توفرها اللوحات.

2. حجم الوحدات الكهروضوئية

تقوم الوحدات الكهروضوئية المختلفة الأحجام بإنتاج كمية مختلفة من الطاقة. لمعرفة حجم الوحدة الكهروضوئية كما ايضا ناتج وقت الذروة الإجمالية للوات الاحتياجات.

تعتمد ذروة واط (Wp) المنتجة على حجم الوحدة الكهروضوئية ومناخ موقع الموقع. علينا أن نأخذ في الاعتبار “عامل إنشاء اللوحة” الذي يختلف في كل موقع من مواقع الموقع. بالنسبة لتايلاند ، يبلغ عامل إنشاء اللوحة 3.43. لتحديد عدد الألواح

2.1 احسب إجمالي تصنيف Watt-الذروة اللازم للوحدات الكهروضوئية

قم بقسمة إجمالي الواط لكل ساعة يوميًا المطلوبة من الوحدات الكهروضوئية (من البند 1.2) على 3.43 للحصول عليه

إجمالي تصنيف الوات المستهلك خلال الذروة  للألواح الكهروضوئية اللازمة لتشغيل الأجهزة.

2.2 احسب عدد الألواح الكهروضوئية للنظام

قسّم الإجابة التي تم الحصول عليها في البند 2.1 على الناتج المقدر Watt-الذروة للوحدات الكهروضوئية المتاحة
لك. قم بزيادة أي جزء كسري من النتيجة إلى أعلى رقم كامل تالي والذي سيكون
عدد الوحدات الكهروضوئية المطلوبة.

نتيجة الحساب هي الحد الأدنى لعدد الألواح الكهروضوئية. إذا تم تثبيت المزيد من الوحدات الكهروضوئية ، فسيؤدي النظام بشكل أفضل وسيتم تحسين عمر البطارية. إذا تم استخدام عدد أقل من الوحدات الكهروضوئية ، فقد لا يعمل النظام على الإطلاق خلال فترات الغيوم وسيتم تقصير عمر البطارية.

3. تحجيم العاكس

يتم استخدام العاكس في النظام حيث يلزم إخراج طاقة التيار المتردد. يجب ألا يكون معدل إدخال العاكس أقل من إجمالي واط من الأجهزة. يجب أن يكون للعاكس نفس الجهد الاسمي لبطاريتك.

بالنسبة للأنظمة المستقلة ، يجب أن يكون العاكس كبيرًا بما يكفي للتعامل مع إجمالي كمية الواط التي ستستخدمها في وقت واحد. يجب أن يكون حجم العاكس أكبر بنسبة 25-30٪ من إجمالي واط للأجهزة. في حالة ما إذا كان نوع الجهاز محركًا أو ضاغطًا ، يجب أن يكون حجم العاكس على الأقل 3 أضعاف سعة تلك الأجهزة ويجب إضافته إلى قدرة العاكس للتعامل مع التيار الزائد أثناء البدء.

بالنسبة لأنظمة ربط الشبكة أو الأنظمة المتصلة بالشبكة ، يجب أن يكون تصنيف إدخال العاكس هو نفسه تصنيف الصفيف الكهروضوئية للسماح بالتشغيل الآمن والفعال.

4. تحجيم البطارية

نوع البطارية الموصى باستخدامه في نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية هو بطارية دورة عميقة. تم تصميم بطارية الدورة العميقة خصيصًا ليتم تفريغها إلى مستوى طاقة منخفض وإعادة شحنها سريعًا أو شحنها وتفريغها يومًا بعد يوم لسنوات. يجب أن تكون البطارية كبيرة بما يكفي لتخزين طاقة كافية لتشغيل الأجهزة في الليل وفي الأيام الملبدة بالغيوم. لمعرفة حجم البطارية

احسب كالتالي:

احسب إجمالي الواط / ساعة التي تستخدمها الأجهزة في اليوم.
قسّم إجمالي واط / ساعة المستخدم يوميًا على 0.85 لفقدان البطارية.
قسّم الإجابةإيه تم الحصول عليها في البند 4.2 في 0.6 بالنسبة لعمق التفريغ.
4.4 يقسم الإجابة التي تم الحصول عليها في البند 4.3 على جهد البطارية الاسمي.
4.5 اضرب الإجابة التي تم الحصول عليها في البند 4.4 بأيام الاستقلالية (عدد الأيام التي قمت بها
بحاجة إلى تشغيل النظام عندما لا توجد طاقة تنتجها الألواح الكهروضوئية) للحصول على المطلوب
قدرة أمبير ساعة لبطارية الدورة العميقة.

سعة البطارية (آه) = إجمالي واط / ساعة في اليوم التي تستخدمها الأجهزة x أيام الحكم الذاتي
(0.85 × 0.6 × جهد البطارية الاسمي)

5. تحجيم وحدة تحكم المسؤول عن الطاقة

عادة ما يتم تصنيف وحدة التحكم في الشحن بالطاقة الشمسية مقابل قدرات التيار الكهربائي والجهد. حدد وحدة التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية لتتناسب مع جهد المصفوفة الكهروضوئية والبطاريات ، ثم حدد نوع وحدة التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية المناسب لتطبيقك. تأكد من أن جهاز التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية لديه سعة كافية للتعامل مع التيار من مجموعة الكهروضوئية.

بالنسبة لنوع وحدة التحكم في الشحن التسلسلي ، يعتمد تحجيم وحدة التحكم على إجمالي تيار الإدخال الكهروضوئي الذي يتم تسليمه إلى وحدة التحكم ويعتمد أيضًا على تكوين اللوحة الكهروضوئية (التكوين المتسلسل أو المتوازي).
وفقًا للممارسة القياسية ، فإن تحجيم جهاز التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية هو أخذ تيار الدائرة القصيرة (Isc) للصفيف الكهروضوئي ، وضربه في 1.3

كيفية تصميم نظام الطاقة الشمسية

تصنيف وحدة التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية = إجمالي تيار الدائرة القصيرة للمجموعة الكهروضوئية × 1.3
ملاحظة: بالنسبة لحجم وحدة تحكم الشحن MPPT سيكون مختلفًا. (راجع أساسيات أداة التحكم بالشحن MPPT)

مثال: منزل به استخدامات الأجهزة الكهربائية التالية:

مصباح فلورسنت واحد بقدرة 18 وات مزود بكابح إلكتروني يستخدم 4 ساعات في اليوم.
كما ايضا توجد مروحة واحدة 60 وات تستخدم لمدة ساعتين في اليوم.
ثلاجة واحدة 75 وات تعمل 24 ساعة في اليوم مع ضاغط يعمل لمدة 12 ساعة و 12 ساعة.
و لكن سيتم تشغيل النظام بواسطة وحدة 12 فولت تيار مستمر و 110 واط.

1. تحديد متطلبات استهلاك الطاقة

إجمالي استخدام الجهاز = (18 واط × 4 ساعات) + (60 واط × ساعتان) + (75 واط × 24 × 0.5 ساعة)
= 1،092 واط / يوم
إجمالي طاقة الألواح الكهروضوئية المطلوبة = 1.092 × 1.3
= 1،419.6 واط / يوم.

2. حجم اللوحة الكهروضوئية

2.1 إجمالي Wp لسعة اللوحة الكهروضوئية
مطلوب = 1419.6 / 3.4
= 413.9 واط

2.2 عدد الألواح الكهروضوئية المطلوبة = 413.9 / 110
= 3.76 وحدة

المتطلبات الفعلية = 4 وحدات
لذلك يجب أن يكون هذا النظام مدعومًا بأربع وحدات على الأقل من وحدة 110 Wp PV.

3. تحجيم العاكس

إجمالي واط لجميع الأجهزة = 18 + 60 + 75 = 153 واط
من أجل السلامة ، يجب اعتبار العاكس حجمًا أكبر بنسبة 25-30٪.
يجب أن يكون حجم العاكس حوالي 190 وات أو أكبر.

4. تحجيم البطارية

إجمالي استخدام الأجهزة = (18 واط × 4 ساعات) + (60 واط × 2 ساعة) + (75 واط × 12 ساعة)
جهد البطارية الاسمي = 12 فولت
أيام الحكم الذاتي = 3 أيام

سعة البطارية = [(18 واط × 4 ساعات) + (60 واط × ساعتان) + (75 واط × 12 ساعة)] × 3
(0.85 × 0.6 × 12)
إجمالي ساعات الأمبير المطلوبة 535.29 آه
لذلك يجب تصنيف البطارية 12 فولت 600 أمبير للاستقلالية لمدة 3 أيام.

5. تحجيم وحدة تحكم المسؤول عن الطاقة الشمسية

مواصفات الوحدة الكهروضوئية
م = 110 واط
فم = 16.7 فولت تيار مستمر
إم = 6.6 أ
Voc = 20.7 أ
Isc = 7.5 أ
تصنيف وحدة التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية = (4 سلاسل × 7.5 أ) × 1.3 = 39 أ
لذلك يجب تصنيف جهاز التحكم بالشحن الشمسي 40 A عند 12 فولت أو أكثر.

إقرأ ايضاً :

حساب تكلفة الطاقة الشمسية للمنازل

الطاقة الشمسية