الطاقة الشمسية

خطوات حساب نظام الطاقة الشمسية وبناء النظام الشمسي

خطوات حساب نظام الطاقة الشمسية، في هذا المقال سوف نبسط لكم طريقة حساب نظام الطاقة الشمسية خطوة بخطوة وبمراحل مرتبة ومبسطة للإستفادة منها في تحجيم نظامك الشمسي المنزلي، هذه الحسابات والمعلومات التي سنعرضها لكم تم حسابها بدقيقة ومعتمدة على كتالوجات الشركات العالمية المصنعة لأجزاء النظام الشمسي، نعرض لكم جانباً من المعلومات حول مكونات النظام الشمسي بالترتيب، كما سندعمها بأمثلة حسابية بالأرقام للتوضيح، تابعوا معنا في قراءة هذا المقال خطوة بخطوة من البداية لكي يستفيد الجميع من المعلومات بإذن الله تعالى.

الأجزاء الرئيسية للنظام الشمسي

في البداية يجب التعرف على المكونات الرئيسية للنظام الشمسي وهي:

خطوات حساب نظام الطاقة الشمسية

  • حساب الاستهلاك الكهربائي للأجهزة الكهربائية المنزلية.
  • حساب عدد البطاريات المطلوبة.
  • حساب عدد الألواح الشمسية.
  • حساب تيار منظم الشحن المناسب.
  • حساب قدرة الانفرتر المناسب.
  • رسم مخطط النظام الشمسي مع توضيح المواصفات.

الخطوة الأولى: حساب الاستهلاك الكهربائي للأجهزة الكهربائية المنزلية.

تتم عملية حساب أحمال الأجهزة الكهربائية المنزلية بإتباع الخطوات التالية:

  • فرز أو تصنيف الأحمال الكهربائية المراد تشغيلها.
  • تحديد قدرة كل جهاز بالوات من خلال البيانات الموجودة على جسم الجهاز أو بقياس تيار الجهاز وضربها في الفولتية لمعرفة قدرتها كالتالي، القدرة (W)= الفولت (V) * التيار (A).
  • تحديد عدد ساعات تشغيل كل جهاز باليوم الواحد.
  • تحديد قدرة تيار الاقلاع إذا كان هناك أحمال حثية مثل المحركات والبرادات بكافة انواعها.

ملاحظة هامة:

لا تقم بالتقديرات العشوائية للأجهزة الكهربائية بطريقة تنبئية وإنما بالاعتماد بمعلومات البطاقة الموجودة على جسم الجهاز أو بساعة فحص الأمبير وضربها في الفولتية وذلك لدقة الحسابات عند التعامل مع النظام الشمسي.

من خلال العملية الرياضية يمكننا حساب قيمة الاستهلاك اليومي للجهاز كالتالي:

الاستهلاك اليومي للجهاز = قدرة الجهاز x العدد x عدد ساعات التشغيل

الآن سوف نطبق بالأرقام عملية الحساب بجدول أحمال كهربائية منزلية

الجهاز الكهربائي العدد استطاعة الجهاز عدد ساعات التشغيل الاستهلاك اليومي للجهاز
تلفاز (TV)1604240 Wh/day
إنارة4106240 Wh/day
لابتوب1754300 Wh/day
كمبيوتر1804320 Wh/day
   المجموع1100Wh/day
مثال: عملية حساب الأحمال الكهربائية الطاقة الشمسية

بعد معرفة الاستهلاك الكلي لجميع الأحمال الكهربائية يتم إضافة نسبة ما بين 25% إلى 30% من أجل تعويض الفقد الناتج عن مكونات النظام الشمسي لتصبح أجمالي الطاقة المستهلكة في اليوم

1100Wh/day*1.3 = 1430Wh/day

لماذا هذا الفقد الناتج من مكونات النظام الشمسي؟

لنفرض أن لوح شمسي مسجل عليه قدرة 250W، هذه القدرة لا تعني بأن قدرة اللوح 250 واط تبقى ثابتة وإنما هناك عدة عوامل تؤثر على إنتاجية اللوح الشمسي وتجعلها تنتج طاقة بقدرة أقل من 250 واط بسبب تراكم الغبار وارتفاع درجة الحرارة وأن قيمة اللوح 250 واط مصممة عند الشروط القياسية المثالية ولكن في الواقع العملي والفعلي تكون القيمة أقل من المكتوب على بيانات اللوح الشمسي بمقدار معين.

كما أن التيار الداخل للمنظم ليست مثل التيار الخارج منها بسبب وجود فاقد، نفس الشيء مع الانفرتر والبطاريات. لذلك من الضروري جداً أن تراعي زيادة نسبة 30% في حساباتك للنظام الشمسي.

الآن يمكننا تحديد جهد النظام (فولتية البطاريات لديك) والتي عادة ما تكون 12V أو 24V أو 48V. أليك النظام المناسب لقدرة أحمالك الكهربائية.

جهد النظامإجمالي قدرة الأجهزة الكهربائية
12 فولتإذا كان  1200W وأقل
24 فولتما بين 1200W إلى 2400W
48 فولتما بين 2400W إلى 4800W
النظام المناسب لقدرة الأحمال الكهربائية للنظام الشمسي المذكور أعلاه

الآن بعد أن عوضنا الفقد نحصل على السعة الأمبيرية للساعة المطلوب لليوم الواحد (Ah/day) سوف نقسم أجمالي الطاقة المستهلكة لليوم الواحد على فولتية النظام 12 فولت لأنها أقل من  1200W.

التيار الكلي = إجمالي الطاقة المستهلكة لليوم الواحد /  فولتية النظام

الخطوة الثانية: حساب عدد البطاريات المطلوبة.

في البداية يجب معرفة المعلومات التالية وأتباعها كخطوات لتسهيل عملية الحسابات:

  • قيمة التيار الكلي للنظام باليوم الواحد والتي قمنا بحسابها وخرجت النتيجة 119.16 Ah/day.
  • جهد النظام، حيث قمنا باختيار جهد النظم هنا 12V بناءً على أن القدرة الاستهلاكية أقل من 1200W.
  • عمق التفريغ Depth of discharge، يمكنك الحصول عليها من الكتالوج الخاص بالبطارية.
  • بفرض أن عدد أيام التخزين هو 2 يوم (يمكنك زيادة عدد الأيام لثلاث حسب المنطقة المتواجد بها).
  • تصحيح درجة الحرارة.

خطوات حساب عدد البطاريات المطلوبة

1- الأمبير المراد تخزينها في البطارية

= التيار الكلي لليوم (Ah/day) * عدد أيام الغيوم (days)

= 119.16 * 2 = 238.32 Ah

2- نسبة عمق تفريغ البطاريات

من المعروف أن التفريغ المفرط للبطاريات يقلل من عمرها فإذا قمنا بسحب أكثر من 80% من شحنتها لمرات متكررة فإن هذا سيسرع إتلافها، ولكن عند سحب نسبة قليلة من شحنة البطارية يعني أننا نحتاج لعدد أكبر من البطاريات وهذا يؤدي لزيادة تكاليف النظام، فيفضل ألا تتجاوز نسبة عمق التفريغ عن 80%. وللحصول على سعة التخزين الجديدة للتخلص من التفريغ العميق والمضر بالبطاريات كالتالي:

سعة التخزين للأمبير = الأمبير المراد تخزينها في البطارية * نسبة عمق التفريغ

238.32/0.80=298 Ah

عمق التفريغ في البطارية
عمق التفريغ في البطارية

بعد ذلك يمكنك اختيار السعة الامبيرية ساعة للبطارية، كما يمكنك الاطلاع على الكتالوجات الفنية للشركات الصانعة لمعرفة نسبة التفريغ ومعامل درجة الحرارة، في هذا المقال سوف نحتار بطارية بمواصفات 12V/135Ah من شركة trojan battery company الأمريكية.

يمكنك من خلال الكتالوج معرفة التالي:

  • جهد البطارية.
  • السعة الأمبيرية للبطارية.
  • معدل التفريع (Hr) للبطارية.
  • تصحيح درجة الحرارة.

لقراءة كتالوج البطارية 135Ah/12V : إضغط هنا للتحميل

3- درجة الحرارة الموقع المحيطة للبطاريات

لا تعتمد سعة البطارية فقط على معدل التفريغ بل أيضاً على معامل درجة الحرارة المحيط بالبطاريات، نلاحظ من المخطط البياني أن سعة البطارية تتناقص سلباً مع الظروف الجوية الباردة. بفرض أن درجة الحرارة للبطاريات في الموقع سوف تهبط إلى درجة الصفر في فصل الشتاء.

تأثير درجة الحرارة المحيطة بالبطارية
تأثير درجة الحرارة المحيطة بالبطارية

من خلال المنحنى البياني نلاحظ بأن درجة الحرارة تؤثر على سعة البطارية الاجمالية، وبالتالي فإن سعة البطارية الجديدة المطلوب للنظام الشمسي تساوي:

= 298Ah/0.70 = 425.714Ah

4- تحديد عدد البطاريات

الآن سوف نقسم السعة الكلية لنظام البطارية الموجود في الخطوة رقم 3 على سعة البطارية التي تم اختيارها في الخطوة رقم 2 وهي 12V/135Ah، وهنا ستحصل على عدد البطاريات التي يتم ربطها على التوازي، يمكن ألا تظهر النتيجة رقماً صحيحاً أي يكون هناك أجزاء من الواحد بجانبها، وهنا عليك الاعتماد على الرقم الصحيح الذي يلي النتيجة (فمثلاُ إذا ظهرت النتيجة 7.3 اعتمد الرقم 8).

= 425.714 Ah/135Ah = 3.15 = 4 Batteries

5- تحديد فولتية البطاريات المستخدمة

يجب أن يتوافق فولتية البطاريات الموصلة مع فولتية النظام الشمسي، بمعنى أذا كانت فولتية النظام يعمل أو مصمم على 12 فولت فيجب توصيل البطاريات على 12 فولت، ومن هنا نستنتج بأن البطاريات سوف توصل على التوازي للحفاظ ولإبقاء فولتية البطاريات على 12فولت.

6- توصيل البطاريات

طريقة توصيل البطاريات - صورة توضيحية
طريقة توصيل البطاريات – صورة توضيحية

الخطوة الثالثة: حساب عدد الألواح الشمسية.

خطوات تحديد وتحجيم عدد الألواح الشمسية

1- معرفة عدد ساعات معدل الإشعاع الشمسي اليومي، يمكنك معرفتها من شركة الكهرباء المخصصة لكل بلد أو من خلال خريطة العالم، فهي تقدر بقيمة متوسطة ويفضل اختيار القيمة القليلة وليست القيمة القصوى، بمعنى إذا رأيت معدل الإشعاع الشمسي يتراوح بين 5 ساعات إلى 6 ساعات يفضل اختيار القيمة المتدنية وهي 5 ساعات.

معدل الإشعاع الشمسي حول العالم - صورة توضيحية
معدل الإشعاع الشمسي حول العالم – صورة توضيحية

لماذا يتم حساب معدل الإشعاع الشمسي للنظام الشمسي؟

لكي يتم تحديد معدل توليد الطاقة للنظام خلال عدد الساعات التي قمت باختيارها، وهذه القيمة تختلف من منطقة لأخرى.

2- تحديد الاستطاعة المطلوبة من الألواح الشمسية كالتالي:

الاستطاعة المطلوبة من الألواح الشمسية = القدرة الإجمالية للأجهزة الكهربائية بعد تعويض الفقد / معدل الإشعاع الشمسي

3- الآن بعد معرفة معدل الإشعاع الشمسي وتحديد الاستطاعة المطلوبة من الألواح الشمسية، يمكنك اختيار لوح مناسب من أي شركة متخصصة لصناعة الألواح الشمسية، وفي هذا المقال سوف نختار لوح شمسي باستطاعة 150 واط من شركة كندية “Canadian Solar”.

قد يتساءل الكثير لماذا قمت باختيار لوح شمسي 150 واط وليس 330 واط أو 250 واط؟

  • السبب الأول هو أن النظام يعمل على 12 فولت، وأن جهد اللوح الشمسي ( ) فهي مناسبة تماماً لنظام12  فولت لتقارب جهد اللوح مع جهد النظام.
  • السبب الثاني هو أن النظام يعمل بمنظم شحن من نوع PWM، وهذا المنظم لا يستفيد من أي زيادة في جهد اللوح الشمسي، بمعنى لو قمت باختيار لوح شمسي 250W وجهده 30.1V فإن هذا المنظم يعمل على تنظيم فولتية الألواح ليتناسب مع فولتية البطاريات 12 فولت، والباقي سوف يصبح ضياع وهدر لطاقة الألواح الشمسية.

4- بعد تحديد الاستطاعة الكلية للألواح واختيار قدرة لوح شمسي يمكنك معرفة عدد الألواح المطلوبة كالتالي:

عدد الألواح المطلوبة = الاستطاعة الكلية للألواح / قدرة اللوح الواحد

286W/150W = 1.9 = 2

أذن نحتاج إلى لوحين للحصول على قدرة استطاعة 300 واط لتلبية وتشغيل النظام الشمسي بالكامل.

لقراءة كتالوج اللوح الشمسي 150W المصنع من قبل الشركة الكندية “Canadian Solar”: أضغط هنا

الخطوة الرابعة: حساب تيار منظم الشحن المناسبين.

يتم اختيار مواصفات منظم الشحن المطلوب للنظام الشمسي بناءً على قيمة تيار القصر للوح الشمسي وعدد الألواح التي وجدناها في الخطوة الثالثة، مع إضافة نسبة أمان 25% كالتالي:

تيار الشحن = تيار القصر * عدد الألواح 1.25

= 8.87*2*1.25 = 22.1A

إذن أقرب تيار شحن مناسب حسب المواصفات العالمية هو 12V وبتيار 30A.

نلاحظ بأننا قمنا باختيار منظم بفولتية 12V ؛ وذلك لأن فولتية النظام الشمسي 12V، وبتيار 30A ؛ وذلك لأنها أعلى من 22.1A.

منظم شحن بفولتية 12V وتيار 30A – صورة توضيحية
منظم شحن بفولتية 12V وتيار 30A – صورة توضيحية

الخطوة الخامسة: حساب قدرة الانفرتر المناسب.

يتم حساب قدرة الانفرتر بناءً على مجموع قدرة الأجهزة الكهربائية المنزلية كالتالي:

مجموع قدرة الأجهزة الكلية = التلفاز + الإنارة + اللابتوب + الكمبيوتر

= 60 +  (4*10) + 75 + 80 =255W

وبإضافة معامل أمان بنسبة 30%

= 255 * 1.3 =331.5W

أذن أقرب قدرة انفرتر 350W وإذا لم يتوفر يمكنك اختيار 400W بشرط أن يكون جهد الدخل للانفرتر متوافق مع جهد النظام وهنا فولتية النظام 12V/DC، وجهد الخرج متوافق مع جهد التشغيل للأجهزة الكهربائية.

ملاحظة هامة:

عند شرائك للانفرتر يفضل الرجوع للكتالوج الخاص بها لمعرفة الحمايات المتوفرة بها، وكذلك نوع موجة الخرج.

رسم مخطط النظام الشمسي مع توضيح المواصفات

مخطط النظام الشمسي مع توضيح المواصفات والأحمال

نتمنى أن يكون الجميع قد استفاد من هذه المعلومات القيمة والدقيقة، والمفيدة لجميع حسابات النظام الشمسي، ونذكر للجميع بملحوظة مهمة بأن عند تعاملك لتصميم أو لحساب نظام شمسي أو اختيارك لأي مكون من مكونات النظام الشمسي يجب الرجوع للكتالوج الشركة المصنعة، وذلك لتنسيق وتوافق المكونات مع بعضها البعض من حيث فولتية النظام وتيار المنظم وعدد خلايا اللوح ومعامل الأمان ومعامل عمق التفريغ وتأثير درجة الحرارة.

فريق التحرير

فريق تحرير موقع فولتيات يضم عدة متخصصين في مجال الكهرباء على قدر من الكفاءة ويحملون شهادات علمية وخبرات عملية في المجال، وجدنا هنا لخدمتكم في أول موقع عربي متخصص في مجال الكهرباء بكافة فروعها وتطبيقاتها.

مقالات ذات صلة

‫15 تعليقات

    1. كل احترام لك موسى، نشكرك على التواجد والتعليق ونأمل أن تنال المقالات رضاكم واستحسانكم، كل التحية وأهلاً وسهلاً بكم دوماً في موقع فولتيات.

  1. شكرا الى الشرح المفصل هذا الا اني ارى انكم قد اخترتم فولتية البطاريات ليس بحسب الجدول المذكور والمفترض يكون 24 امبير كون القدرة المستهلكة لليوم كانت 1430 واط بينما اخترم 12 فولت الا اذا احتسبنوها بدون مفاقيد
    مع شكري لكم

    1. كل احترام لك أخ محمد، نرحب بك في موقع فولتيات ونأمل أن تنال المقالات المنشورة على رضاكم واستحسانكم.
      كلام في السليم، قمنا باختيار فولتية النظام بناءً على صافي قدرة الأحمال الكهربائية 1100Wh/day دون إدخال الفقد، والهدف من تعويض الفقد هو توفير الطاقة الكهربائية الكافية لتشغيل الأحمال الكهربائية وشحن البطاريات. وذكرت في الخطوة الثانية عدة نقاط من ضمنها “اختيار جهد النظام هنا 12V بناءً على أن القدرة الاستهلاكية أقل من 1200W” دون الفقد.
      والجدول المذكور يوضح إجمالي قدرة الأجهزة الكهربائية دون الفقد

  2. تجد انفيرتر قدرته 12kw ولكن تجد في دتاشيت ان منظم الشحن 7000w

  3. السلام عليكم
    انا لدي بطارية سعة مأئه ولدي لوحين كل واحد مجموع قدرتهم 250 ومنظم راجي 501.
    ولدي اربع لمبات 7وات وشاشة 24 بوصة لا اعرف كم قدرتها الاستهلاكية ولكن ذكر بأنها تستهلك 35 كيلو وات من الطاقة سنويا 35kwh/year.
    ورغم ان المهندس قال اني استطيع تشغيل الشاشة اربعة وعشرين ساعة ولكني فوجئت بأنها تنطفي كون الجهد ضعيف. لا ادري هل البظارية لا تمتلي أم ماذا ؟
    علما بأن المنظم لا اعرف لماذ لا يجعل البطارية تمتلي وما يضهر فيه من ارقام هي كتالي:
    في النهار
    11.8 الى 12.3 بالفولت
    11.7إلى 12.2
    ودرجة الحرارة 24
    في الليل
    0.0
    11.8 إلى 11.2
    ودرجة الحرارة 22
    وقد برمجت المنظم أن ينطفي عندما تبلغ 11.2 فولت لكي احافظ على البطارية
    والمنظم مبرمج كالتالي
    13.7 في حالة الامتلاء ولم يصل الى هذا الرقم واعلا رقم وصل اليه 12.8 ولكن الان 12.2 اعلا رقم
    وجهد التفريغ جعلته 12.6
    وجعلتها تعمل 24 ساعة
    أرجو أن تبلغوني كيف أحل هذه المشكلة واستطيع ان اجعل الشاشة تعمل أكبر وقت ممكن وأحافظ ع البطارية.
    ولكم كل الاحترام والتقدير
    12.0 إلى 11.2

    1. وعليكم السلام
      هل اللوحين معرضين للظل، قبل كل شيء تأكد من وجود شمس على كامل اللوحين، وتأكد أيضاً من إجمالي جهد وتيار اللوحين، بمعنى إذا كان اللوحين موصلين على التوازي يجب أن يكون التيار الكلي ضعف تيار اللوح الواحد أو أعلى من تيار اللوح الواحد بمعدل مرة ونصف على الأقل.
      وطبعاً هذه النسبة تفحصها وقت الذروة (في منتصف النهار).

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى