حساب النظام الشمسي المنفصل Off-grid، تعتبر حساب النظام الشمسي المنفصل عن الشبكة من أهم الخطوات التصميمة التي تؤخذ في الاعتبار لأهميتها في تصميم النظام الشمسي.
حيث تستخدم نظام الطاقة الشمسية المنفصل عن الشبكة في المناطق الريفية والخالية من تواجد الكهرباء العمومي.
تابعوا معنا هذا المقال لمعرفة خطوات حساب النظام الشمسي المنفصل Off-grid.
اقرأ أيضاً: بطاريات الطاقة الشمسية
خطوات حساب النظام الشمسي المنفصل Off Grid
- حساب أحمال الأجهزة الكهربائية.
- حساب عدد البطاريات المطلوبة.
- حساب عدد الألواح الشمسية.
- حساب منظم الشحن المناسب.
- حساب الانفرتر المناسب.
- رسم مخطط النظام الشمسي مع توضيح المواصفات.
الخطوة الأولى: حساب أحمال الأجهزة الكهربائية
تتم عملية حساب الاحمال باستخدام المعادلة التالية:
الحمل الكهربائي = قدرة الحمل * العدد * عدد ساعات التشغيل.
لنفرض إننا نريد تصميم نظام شمسي منفصل عن الشبكة لمنزل يحتوي على الأحمال التالية:
| الحمل الكهربائي | قدرة الحمل | العدد | عدد ساعات التشغيل |
| وحدات إنارة | 10W | 8 | 8 ساعات |
| مروحة هوائية | 95W | 1 | 6 ساعات |
| تلفزيون | 50W | 1 | 7 ساعات |
| حاسوب | 80W | 1 | 8 ساعات |
القدرة التي يستهلكها الأحمال الكهربائية في اليوم الواحد
حمل الإنارة = قدرة وحدة الإنارة * العدد * عدد ساعات التشغيل
= 10 x 8 x 8= 640Wh/day
حمل المروحة = قدرة المروحة * العدد * عدد ساعات التشغيل
= 95 x 1 x 6 = 570Wh/day
حمل التلفزيون = قدرة شاشة التلفزيون * العدد * عدد ساعات التشغيل
= 50 x 1 x 7 = 350Wh/day
حمل الحاسوب = قدرة الحاسوب * العدد * عدد ساعات التشغيل
= 80 x 1 x 8 = 640Wh/day
قدرة الأحمال الإجمالية = حمل الإنارة الكلية + حمل المروحة الكلية + حمل التلفزيون الكلي + حمل الحاسوب الكلي
640 + 570 + 350 + 640 = 2200Wh/day
الخطوة الثانية: حساب عدد البطاريات المطلوبة
تتم عملية حساب السعة الأمبيرية من خلال المعادلة التالية:
سعة البطاريات = الطاقة المنتجة من الألواح الشمسية * عدد أيام الغيوم* 1.4 ÷ فولتية النظام الشمسي.
مع فرض أن فولتية النظام المعتمد 12 فولت
= 2200 * 2 * 1.4 ÷ 12 = 513.3Ah
أما مع فرض أن فولتية النظام 24 فولت
= 2200 * 2 * 1.4 ÷ 24 = 256Ah
ملاحظة: قمنا بإضافة نسبة 40% على سعة البطاريات للحفاظ عليه، ولتجنب تفريغ البطارية بالكامل.
في هذا النظام سوف نعتمد بنظام 24V والعمل عليه.
بالتالي سوف نحتاج لــ 4 بطاريات سعة الواحد 150A / 12V
الطاقة المراد تحزينه في البطاريات = التيار الكلي * الجهد الكلي للبطاريات
= 300 x 24 = 7200W
إذاً هذه الطاقة التي توفرها البطاريات لتشغيل الأحمال بعد شحنها بالكامل.
يفضل أن يكون نوع البطارية من جل ديب سايكل أو بطاريات بمواصفات ذات التفريغ العميق.
الخطوة الثالثة: حساب عدد الألواح الشمسية
هي ثالث خطوة حساب النظام الشمسي المنفصل Off grid، حيث تعتمد عملية الحساب على قيمة معدل الإشعاع الشمسي اليومي، ويمكنك إيجادها من الخريطة العالمية أو من شركة الكهرباء التابع لبلدك، وفي هذا المقال سوف نعتمد على معدل 6 ساعات.
.
طاقة الألواح الشمسية المطلوبة = المجموع الكلي للطاقة المستهلكة باليوم ÷ معدل الإشعاع الشمسي
= 2200 ÷ 6 = 366.6W
مع إضافة نسبة 30% بسبب كفاءة اللوح الشمسي والفقد في الكوابل الكهربائية وكفاءة الانفرتر عند تحول الطاقة من تيار مستمر لتيار متردد فإن:
طاقة الألواح الكلية = الطاقة الكهربائية المطلوب * 1.3
= 366.6 x 1.3= 476.5W
لنفرض أننا نريد شراء ألواح شمسية بقدرة 250 واط
عدد الألواح المطلوب = طاقة الألواح الكلية ÷ قدرة اللوح الواحد
= 476.5 ÷ 250 = 1.9 = 2 unit
يساوي تقريباً 2 ألواح بقدرة 250 واط للوح الواحد.
الخطوة الرابعة: حساب منظم الشحن المناسب
تعتمد عملية اختيار منظم الشحن بناءً على قدرة الألواح الشمسية وطريقة توصيلها، حيث قمنا بإيجاد عدد الألواح الشمسية المطلوب للنظام المنفصل وهي لوحين بقدرة 250W للوح الواحد، وجهده 37V ، وتياره 8.5A، وكل لوحين موصلين توالي.
جهد المنظم = جهد اللوح الشمسي * عدد الألواح الموصلة على التوالي
37 * 2 = 74V
تيار المنظم = تيار اللوح الشمسي (Isc) * عدد الألواح الموصلة
= 8.5 * 2= 17A
إذاً مواصفات منظم الشحن المناسب للنظام هو 30A بشرط أن يتحمل فولتية لا تقل عن 90V، وذلك لان الناتج الفولت الذي ظهر لنا 74V.
ملاحظة: عند توصيل الألواح الشمسية على التوازي سوف يبقى الفولتية ثابت القيمة، والأمبير يزيد بمقدار عدد الألواح الموصلة.
الخطوة الخامسة: اختيار الانفرتر المناسب
حتى نستطيع معرفة استطاعة الانفرتر الأنسب لتشغيل الأحمال، يجب أن نجمع استطاعة جميع الأجهزة الكهربائية المراد تشغيله في الساعة الواحدة كالتالي:
قدرة الأحمال في الساعة = حمل الإنارة * العدد + حمل المراوح * العدد + حمل التلفزيون * العدد + حمل الحاسوب * العدد=
= 10*8 + 95*1 +50 *1 + 80*1 = 305W
وبسبب فقد الانفرتر نتيجة التحويل نضيف نسبة 30% كعامل مردود كفاءة فتصبح:
قدرة الانفرتر المطلوب
430 * 1.3 = 396W
إذاً استطاعة الانفرتر المناسب 400 واط أو أكثر.
ملاحظة: معظم انفرترات الطاقة الشمسية التي بقدرة واحد كيلو واط تعمل بنظام فولتية 12V.
رسم مخطط النظام الشمسي مع توضيح المواصفات
معدات النظام الشمسي المنفصل Off grid
| قدرة اللوح الشمسي الواحد | 250W |
| عدد الألواح الشمسية | 2 ألواح |
| عدد البطاريات | 4 |
| سعة البطارية الواحدة | 150A |
| قدرة الانفرتر | 400W أو أكثر |
| منظم الشحن | 30A / 24V |
| كوابل للتوصيل | |
| وصلات MC4 |
المراجع والمصادر
