تستخدم البطاريات لتخزين الطاقة الكهربائية المولدة من الوحدات الشمسية خلال النهار، ثم توصل الطاقة مباشرة إلى أحمال التيار المستمر (DC) أو لأحمال التيار المتردد ((AC) عن طريق الانفرتر Inverter. قبل التطرق و التعمق في أنواع و طرق توصيل البطاريات يجب معرفة و فهم بعض المصطلحات الهامة المتعلقة ببطاريات المنظومة الشمسية و منها الاتي:
- البطارية هي المكان الذي يتم فيه تخزين الطاقة الكهربائية على شكل تيار مستمر (DC) في شكل طاقة كيميائية وتحويلها مرة أخرى إلى طاقة كهربائية مباشرة عند الاحتياج.
- شحن البطارية Charge هي عملية تخزين الطاقة الكهربائية في البطارية من أجل استخدامها عند الحاجة.
- تفريغ البطارية Discharge هي العميلة التي يتم من خلالها استخدام الطاقة الكهربائية المخزنة في البطارية لتشغيل الأجهزة الكهربائية.
- سعة البطارية Capacity هي الطاقة التي بمقدور البطارية تخزينها و تقاس بالأمبير– ساعة. حيث تختلف السعة حسب نوع البطارية وطريقة تصنيعها.
- دورة التشغيل Life cycle تعرف بعدد مرات الشحن والتفريغ التي حدد عمر البطارية.
- عمق التفريغ Depth of Discharge DOD هو الحد الأقصى من سعة البطارية الذي يمكن استخدامه عند التفريغ منسوباً إلى سعة البطارية الكلية.
- حالة الشحن State of Charge هي سعة البطارية عند شحنها لمستوى معين منسوباً إلى سعة البطارية الكلية.
بعد أن تعرفنا على أهم المصطلحات المتعلقة بالبطاريات و الشحن و التفريغ نلقي نظرة على بعض النقاط الهامة المتعلقة بتخزين الطاقة في الأنظمة الكهروضوئية. نحن نعلم أن هنالك العديد من الأنواع المختلفة من البطاريات لكن بطاريات (DEEP CYCLE LEAD-ACID) هي النوع الأكثر شيوعا في الأنظمة الكهروضوئية. يوجد أيضا أنواع أخرى من تخزين الطاقة تشمل خزانات المياه المرفوعة والبطاريات القلوية Alkaline batteries.
أنواع البطاريات
من حيث نوع المادة هناك نوعان رئيسيان من البطاريات هما الجافة والسائلة.
البطاريات السائلة Lead Acid batteries
و هي عبارة عن نوعين من الألواح أحدهما رصاص والأخر أوكسيد رصاص يمثلان القطب السالب والموجب. وتكون هذه الألواح مغمورة في حامض الكبريتيك ذي كثافة معينة. وحدة البطارية : وهذه تسمي خلية Cell و تعطي فرق جهد مقداره 2 فولت. البطارية عبارة عن مجموعة من الخلايا المتصلة على التوالي. مثل البطارية التي تعطي فرق جهد 12 فولت تتكون من 6 خلايا متصلة على التوالي. الشكل أدناه يوضح واحدة من البطاريات السائلة.
البطاريات الجافة Dry Batteries
هذا النوع من البطاريات يستخدم حامض الكبريتيك المخفف في التفاعل الكيميائي ويكون جامداً. و هذه تستعمل في تشغيل الأقمار الصناعية وفي أجهزة الطاقة الشمسية. يتراوح عمرها الافتراضي من 5 إلى 15 سنة. كثافة الحامض تقاس بالهيدروميتر Hydrometer ويمكن استخدامه بغمره في الحامض (داخل – البطارية) وضغط الأنبوبة التي في نهايته وترك الحامض حتى يصل إلى أعلى مستوى له في الجهاز. عند شحن البطارية يتم توصيل قطبها الموجب بالقطب الموجب لمصدر تيار كهربائي مباشر وقطبها السالب للقطب السالب لذلك المصدر. الصورة ادناه يوضح نوعين مختلفين من البطاريات الجافة
أيضا يمكن يتم تقسيم البطاريات من حيث عمق التفريغ D.O.D إلى:
1- بطاريات ضحلة التفريغ Shallow Discharge
و هذا النوع من البطاريات عمره الافتراضي قصير (تقريبا 3سنوات). حيث لا يحتمل التفريغ Discharge لأكثر من 30% من سعة البطارية. و إذا زاد التفريغ أعلى من هذه النسبة فإنه يعمل على استهلاك الرصاص. و نتيجة لذلك يؤدي لتقليل العمر الافتراضي للبطارية. على سبيل المثال البطاريات التجارية التي تستخدم للسيارات. الرسم أدناة يوضح أنه كلما كان عمق التفريغ لبطاريات ضحلة التفريغ shallow cycle battery أكثر من 30% كلما قلت مرات الشحن و التفريغ بشكل ملحوظ و بالتالي يقل عمل البطارية الافتراضي.
2. بطاريات عميقة التفريغ Deep discharge batteries
تعتبر من أجود أنواع البطاريات نسبة لسعتها الكبيرة وعمرها الافتراضي الطويل من 5 – 25سنة، وفي هذا النوع يمكن تفريغ البطارية حتى 60% من سعتها وتوجد بفرق جهد 6 ،2 أو 12 فولت. توجد في سعات مختلفة. الصورة أدناه توضح علاقة عمر البطارية الافتراضي بعمق التفريغ في بطاريات عميقة التفريغ.
صيانة البطارية الدورية
- يجب الكشف عن مستوى الماء الموزون بالبطارية مرة كل أسبوع، وإذا وجد منخفضاً فيجب إضافة ماء مقطر (فقط) حتى يعود إلى 10مم فوق الطبقات.
- يجب الحفاظ على نظافة البطارية وجفافها من الشوائب.
- إذا بقيت البطارية بدون استعمال وهي مملؤة فيجب إعادة شحنها مرة كل شهر.
شحن البطارية
لا يجب اختبار حالة البطارية بتوصيل طرفي قطبيها بكابل أو مفك وعمل شرارة؛ لأن ذلك يؤدي إلى مرور تيار ذي أمبير عال يتلف أجزاء البطارية الداخلية، ويفتت المادة الفعالة بها على الألواح.
يجب شحن البطارية بأمبير قدره 10% من سعة البطارية على الأكثر وأن يستمر الشحن حتى تتكون فقاقيع ويثبت على ذلك مدة ساعتين مع ترك السدادات بدون تثبيت أثناء الشحن.
إذا زادت درجة الحرارة أثناء الشحن عن 50درجة مئوية يجب تخفيض أمبير الشحن أو وقف الشحن حتى تبرد البطارية تماما.
يجب إضافة ماء مقطر إذا هبط مستوى الماء الموزون داخل البطارية عن 10مم – فوق الألواح – أثناء وبعد الشحن.
الشحن الزائد يستهلك الحامض بسرعة وبالتالي ألواح الرصاص وبذلك يقلل من عمر البطارية.
عمر البطارية يعتمد على نوعية البطارية، ولكن إذا اتبعت طريقة الصيانة المذكورة أعلاه يمكن تحقيق أكبر فترة زمنية يمكن الاستفادة منها.
في السحب من البطارية المشحونة يفضل ألا تزيد الطاقة المسحوبة عن 30% من سعتها وعليه يجب شحن البطارية كلما نقصت الطاقة فيها إلى 30% من سعتها وذلك تفادياً لتقليل عمرها الافتراضي.
طريقة توصيل البطاريات
عند استعمال البطارية بعد شحنها يجب توصيل قطبها الموجب مع القطب الموجب للحمل وكذلك قطبها السالب للقطب السالب للحمل – ويجب ملاحظة نظافة الصباعات عند التوصيل وربط الأسلاك بحزم وذلك منعاً لتسرب الطاقة والتماس القطبين مع بعضهما
البعض.
إذا كانت الحمل يحتاج إلى 12 فولت لبطاريتين و جهد كل بطارية 12 فولت ، في هذه الحالة يجب توصيل البطاريتين على التوازي وذلك بتوصيل القطبين المتشابهين في البطاريتين مع بعضهما البعض. الشكل ادناه يوضح هذا النوع من التوصيل
إذا كان الحمل يحتاج إلى 24 فولت ففي هذه الحالة يجب توصيل بطاريتين على التوالي وذلك بتوصيل موجب أحدهما بسالب الثانية.
باتباع الطريقة أعلاه يمكن توصيل أي عدد من البطاريات في حالة توالى أو توازي أو توالى–توازي للحصول على الجهد والطاقة المطلوبين. الشكل ادناه يوضح التوصيل من نوع توالى–توازي
ومثالاً لذلك : إذا كان لدينا أربع بطاريات كل واحدة منها 12 فولت ونحتاج إلى 24 فولت لتشغيل الحمل وكذلك نحتاج إلى سعة جميع الأربع بطاريات، يجب توصيل كل بطاريتين على التوالي وتوصيل المجموعة على التوازي، أو يمكن توصيل كل بطاريتين على التوازي ثم توصيل المجموعة على التوالي و بهذا نحل على الجهد و القدرة المطلوبين.
العوامل التي تؤثر على أداء عمل البطاريات
هناك ثلاثة عوامل رئيسية تؤثر على عمل و أداء البطارية و هي كالتالي:
- معدل الشحن والتفريغ
- درجة الحرارة. ارتفاع درجة الحرارة يقلل من عمر البطارية.
- عمق الشحن اليومى
المصادر
- كتاب دليــل تدريبــى لمشــروع الطاقة الشمسية في دارفور
