الدليل الشامل لحساب النظام الشمسي، مقال مفيد يحتوي على معلومات سهلة ومدعمة بالحسابات النظرية والمخططات وكذلك الرسوم البيانية من الداتا شيت بهدف التناسق بين عناصر النظام الشمسي.
دعنا نتعرف على الدليل الشامل لحساب النظام الشمسي خطوة بخطوة باختصار لكي يستطيع الجميع تقدير أي نظام شمسي منزلي بالاعتماد على الخطوات البسيطة التي سنذكرها في المقال.
الأجهزة المنزلية المراد تشغيلها
إذا أردنا تشغيل أحمال منزلية بإجمالي قدرة 500 واط خلال الساعة الواحدة، فإن الخطوات التي يجب أن نتبعها هي:
- إجمالي قدرة الأجهزة المستهلكة خلال اليوم
- عدد البطاريات اللازمة.
- عدد الألواح الشمسية اللازمة.
- توصيل الألواح الشمسية.
- اختيار منظم الشحن المناسب.
- تحديد قدرة الانفرتر المناسب.
إجمالي قدرة الأجهزة المستهلكة خلال اليوم
بداية يجب ضرب قيمة 500 واط في عدد ساعات التشغيل ولنفرض أن عدد ساعات التشغيل 4 فإن:
إجمالي قدرة الأجهزة المستهلكة خلال اليوم = قدرة إجمالي الأجهزة الكهربائية × عدد ساعات التشغيل.
= 500 × 4 = 2000 واط في اليوم
ما عدد البطاريات اللازمة
مع فرض أن فولتية النظام 12V
سعة البطارية = (إجمالي قدرة الأجهزة المستهلكة خلال اليوم × عدد أيام الغيوم) ÷ فولتية النظام
= (2000 × 1) ÷ 12
سعة البطارية = 166.6 أمبير / ساعة
للأسف قد يكتفي البعض بهذه الخطوات فقط، ولكن هناك خطوات مهمة يجب وضعها في الحسبان وهي نسبة عمق التفريغ ونسبة تأثير درجة الحرارة.
وقد أخذت هذه النسب من الداتا شيت الخاص ببطارية تروجان الأمريكية ” SOLAR SSIG 12 170″ وهي أن نسبة عمق التفريغ 50% فقط من إجمالي طاقة البطارية.
والنسبة الثانية (تأثير درجة الحرارة على البطارية) عند درجة حرارة 0 درجة مئوية تكون سعة البطارية 70% من السعة الكلية.
الآن نقسم سعة البطارية على هذه النسب لتكملة الخطوات وللتقدير السليم لنظام البطاريات كالتالي:
السعة الأمبيرية المطلوبة = 166.6 ÷ (0.7 × 0.5)
= 476 أمبير / ساعة
إذا توفرت بطاريات بسعة 170 أمبير فإن:
عدد البطاريات المطلوبة = السعة الأمبيرية المطلوبة ÷ سعة البطارية الواحدة
= 476 ÷ 170
= 2.8
إذاً نحتاج إلى ثلاث بطاريات بسعة 170 أمبير / ساعة و 12 فولت لكل بطارية، ويتم توصيلهما على التوازي لأن جهد النظام 12V.
الآن نظام البطاريات قادر على تشغيل أحمال كهربائية حتى قدرة 500 واط في الساعة الواحدة ولمدة أربعة ساعات يمكنه إعطاء طاقة كهربائية على شكل تيار مستمر بقدرة 2000 واط / ساعة حسب المعطيات التي ذكرتها في بداية الحسابات.
إجمالي السعة الكلية للثلاث بطاريات = سعة البطارية الواحدة × عدد البطاريات
= 170 × 3 = 510 أمبير / الساعة
إجمالي قدرة البطاريات = إجمالي السعة الأمبيرية الكلية × جهد النظام
= 510 × 12
= 6120 واط / ساعة
عدد الألواح الشمسية اللازمة
لكي يعمل النظام بكفاءة عالية لا بد من الأخذ في الحسبان توفير الطاقة المتولدة من أجل شحن البطاريات، وكذلك تشغيل كافة الأحمال التي تستهلك 500 واط في الساعة الواحدة.
وللأسف هناك البعض يقومون بتقدير عدد الألواح الشمسية على أساس سعة البطاريات فقط التي تم تقديرها على حسب قدرة الأحمال دون إضافة مقدار قدرة الأحمال المراد تشغيلها عند وجود الشمس أثناء النهار.
وهذا خطأ شائع لدى الكثير، لذلك في علم الطاقة الشمسية يجب عمل هوامش إضافية لكي يستوعب النظام شحن البطاريات بالتزامن مع ذلك تشغيل الأحمال التي قمنا بوضعها في بداية الحسابات.
القدرة الكلية للنظام = ((إجمالي قدرة البطاريات × نسبة الشحن المطلوب) + (قدرة الأحمال المراد تشغيلها أثناء النهار × عدد ساعات التشغيل)) × معامل أمان
= ((6120 × 0.5) + ( 500 × 4)) × 1.3
= (3060 + 2000) × 1.3
= 5060 × 1.3
القدرة الكلية للنظام = 6578 واط
في الحساب اعلاه وضغنا القيمة 0.5 لأن البطاريات يتم شحنها وتفريغها بنسبة 50% من إجمالي سعتها الكلية، وكما ذكرنا في حساب عدد البطاريات بأننا نريد زيادة عدد بطاريات لكي نفرغ 50% من السعة الكلية للبطاريات وذلك لتجنب التفريغ الكامل.
بينما القيمة 1.3 وضعناها لكي نعوض الفقد الناتج من الألواح الشمسية.
الآن نقسم القدرة الكلية للنظام على معدل الإشعاع الشمسي علماً بأن المعدل 8 ساعات خلال النهار فإن:
الطاقة اللازمة للنظام = القدرة الكلية للنظام ÷ معدل الإشعاع الشمسي
= 6578 ÷ 8
= 822.25 واط
إذا توفر في السوق لوح شمسي بقدرة 250 واط فإن:
عدد الألواح المطلوبة = الطاقة اللازمة للنظام ÷ قدرة اللوح الشمسي
= 822.25 ÷ 250
عدد الألواح المطلوبة = 3.28
إذاً نحتاج إلى 4 ألواح شمسية بقدرة 250 واط للوح الواحد، وإجمالي قدرة 1000 واط لمجموع الألواح المتصلة على التوازي، لأن جهد النظام 12V ومحدودية نطاق مجال عمل جهد منظم الشحن.
قمنا بوضع معامل أمان لكي نضمن استقرار النظام لأطول مدى أثناء النهار مع تغيير مقدار الطاقة المتولدة حسب موضع أشعة الشمس.
بهذا نكون قد خصصنا طاقة بقدرة 500 واط في الساعة من أجل تشغيل الأحمال الكهربائية بناءً على الطلبية، وخصصنا جزء 280 واط في الساعة لشحن البطاريات بتيار 20A حتى نسبة 50% وهي النسبة التي لا يجب تجاوزها عند تفريغ البطاريات في الليل كما ذكرنا سابقاً في خطوة حساب عدد البطاريات اللازمة.
أما باقي الطاقة فهي لتعويض الكفاءة ومدى تأثر طاقة الألواح بدرجة الحرارة والعوامل الجوية الأخرى. لذلك يجب دائماً عمل نسبة أمان على الألواح الشمسية لتجنب التحميل الكامل عليهن وأيضاً لعدم استقرار طاقة الألواح طوال النهار نتيجة الأحوال الجوية الخارجية.
منظم الشحن المطلوب
تيار منظم الشحن = إجمالي قدرة الألواح الشمسية ÷ فولتية النظام
= 1000 ÷ 12
= 83.3 أمبير
يمكن احتيار منظم شحن نوع MPPT بتيار 100 أمبير يعمل على جهدين وهما 12V وهو الذي يناسب نظامنا وجهد 24V.
إذا قمت بالاعتماد على نظام 24V فإن:
تيار منظم الشحن = 1000 ÷ 24 = 41.6 أمبير
لاحظ الأمبير نزلت قيمته وهذه ميزة نظام 24V ولهذا يفضل عند تركيب ألواح شمسية كثيرة استخدام نظام 24V أو 48V وذلك لأن زيادة عدد البطاريات وقدرة الأجهزة المراد تشغيلها بالنظام يعني الزيادة في قدرة الألواح وبالتالي زيادة عدد الألواح الشمسية.
فكلما زادت قدرة الأحمال وعدد البطاريات زادت عدد الألواح وفولتية النظام.
اختيار الانفرتر المناسب
عليك اختيار انفرتر بقدرة أكبر من 30% من إجمالي قدرة الأحمال الكهربائية لتعويض الخسائر المهدرة أثناء التحويل نتيجة كفاءة الانفرتر.
الانفرتر المطلوب = إجمالي قدرة الأحمال الكهربائية × معامل أمان
= 500 × 1.3 = 650 واط
أقرب انفرتر متواجد بقدرة 800 واط ويمكنك اختيار الأعلى من ذلك ولكن عليك الانتباه على الشروط التالية:
- جهد خرج الانفرتر يجب أن يكون متوافق مع جهد الأجهزة الكهربائية ونظام الشبكة لديك.
- دخل الانفرتر يجب أن يكون متوافق مع جهد البطاريات أو فولتية النظام الشمسي.
- يفضل أن تكون موجة خرج الانفرتر من نوع الموجة النقية “Pure Sine Wave”.
مخطط النظام الشمسي النهائي
بهذا نكون قد اكتفينا في تقديم المعلومات النظرية حول مقال الدليل الشامل لحساب النظام الشمسي.
المصادر والمراجع
تعليق واحد