كيفية تصميم مشروع طاقة الشمسية

ما هو نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟

يعد النظام الكهروضوئي الشمسي أو نظام الطاقة الشمسية أحد أنظمة الطاقة المتجددة التي تستخدم الوحدات الكهروضوئية لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء. يمكن تخزين الكهرباء المولدة أو استخدامها مباشرة ، أو إعادتها إلى خط الشبكة أو دمجها مع واحد أو أكثر من مولدات الكهرباء الأخرى أو أكثر من مصدر طاقة متجددة. يعد نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية مصدرًا موثوقًا ونظيفًا للغاية للكهرباء التي يمكن أن تناسب مجموعة واسعة من التطبيقات مثل  الإقامة والصناعة والزراعة والثروة الحيوانية وما إلى ذلك.

مكونات النظام الرئيسية

يتضمن نظام الطاقة الشمسية مكونات مختلفة يجب تحديدها وفقًا لنوع النظام الخاص بك وموقع انشاء المنظومة بالاضافة إلى نوع التطبيق. المكونات الرئيسية لنظام الطاقة الشمسية هي:

  1. اللوح الشمسي
  2. منظم الشحن: ينظم الجهد والتيار القادمين من الألواح الكهروضوئية التي تذهب إلى البطارية ويمنع الشحن الزائد للبطارية ويطيل عمر البطارية.
  3. العاكس الانفرتر: يحول التيار المستمر الخارج من الألواح الكهروضوئية أو توربينات الرياح إلى تيار تيار متردد نظيف لأجهزة التيار المتردد أو يتم إعادته إلى الشبكة.
  4. البطارية: تخزن الطاقة المولدة من الالواح الشمسية لتزويد الأجهزة الكهربائية عند الطلب
  5. مصادر الطاقة الإضافية والأحمال (الأجهزة) هي أجهزة كهربائية متصلة بنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية مثل الأضواء والراديو والتلفزيون والكمبيوتر ثلاجة ، إلخ.
  6. مصادر الطاقة المساعدة – هي مولدات الديزل أو مصادر الطاقة المتجددة الأخرى.

بناء النظام

1. تحديد حجم الطلب للطاقة
تتمثل الخطوة الأولى في تصميم نظام الطاقة الشمسية في معرفة إجمالي استهلاك الطاقة لجميع الأحمال التي يحتاجها النظام الشمسي على النحو التالي:
1.1 احسب إجمالي ال ساعات واط Watt-Hours في اليوم الواحد لكل جهاز مستخدم.
أجمع ال ساعات واط المطلوبة لجميع الأجهزة معًا للحصول على إجمالي ساعات واط في اليوم الواحد
يجب تسليمها إلى الأجهزة.

1.2 احسب إجمالي ال Watt-Hours اليومية المطلوبة من الوحدات الكهروضوئية.
اضرب إجمالي استهلاك Watt-Hours مضروبًا في 1.3 (الطاقة المفقودة في النظام) للحصول على إجمالي ال Watt-Hours الذي يجب أن تنتجه الألواح الشمسية في اليوم.

2. تحديد حجم الوحدات الشمسية
لمعرفة حجم وحدة PV ، أنتج إجمالي ذروة واط الاحتياجات  the total peak watt produced needs.. تعتمد ذروة واط (Watt peak) المنتجة على حجم الوحدة الشمسية ومناخ موقع المشروع. علينا أن نأخذ بعين الاعتبار “عامل توليد الألواح
panel generation factor” الذي يختلف من مكان الى مكان. بالنسبة إلى تايلاند ، يبلغ عامل توليد الألواح 3.43. لتحديد حجم الوحدات الكهروضوئية ، احسب على النحو التالي:
2.1 احسب إجمالي مقدار ذروة الواط   Watt peak اللازم للوحدات الكهروضوئية

اقسم إجمالي ال Watt-Hours في اليوم المطلوبة من الوحدات الكهروضوئية (من البند 1.2) على 3.43 للحصول على
إجمالي مقدار الذروة واط اللازمة للألواح الكهروضوئية اللازمة لتشغيل الأجهزة.

2.2 احسب عدد الألواح الكهروضوئية للنظام
قم بقسمة الإجابة التي تم الحصول عليها في البند 2.1 على الناتج المقدر واط-ذروة الوحدات الكهروضوئية المتاحة
لك. زيادة أي جزء كسري من النتيجة إلى أعلى رقم كامل يلي ذلك سيكون عدد الوحدات الكهروضوئية المطلوبة.

نتيجة الحساب هي الحد الأدنى لعدد الألواح الكهروضوئية. إذا تم تثبيت المزيد من الوحدات الكهروضوئية ، فسيعمل 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.

يتم استخدام عامل توليد الألواح  PGF أثناء حساب حجم الخلايا الشمسية. إنه عامل متغير اعتمادًا على مناخ موقع المشروع (اعتمادًا على الموقع الجغرافي العالمي). على سبيل المثال ، في تايلاند عامل توليد الألواح يساوي 3.43 ، في دول الاتحاد الأوروبي يساوي 2.93 ، إلخ. يستخدم هذا العامل في حساب “إجمالي مقدار الذروة واط” أثناء تصميم حجم الخلايا الكهروضوئية الشمسية. لذلك: ” تقييم إجمالي Watt-Peak ” = “إجمالي ال Watt-Hours المطلوب إنتاجها من الوحدات الكهروضوئية في اليوم” مقسومًا على عامل توليد الألواح  PGF.

3. إيجاد حجم العاكس الانفرتر
يتم استخدام الانفرتر في النظام حيث يحول التيار المستمر إلى تيار المتردد. يجب ألا يكون تكون قدرة الإدخال للعاكس أقل من إجمالي واط الأجهزة. يجب أيضا أن يكون للعاكس نفس الجهد الاسمي للبطارية.
بالنسبة للأنظمة المستقلة stand-alone systems ، يجب أن يكون العاكس كبيرًا بما يكفي للتعامل مع إجمالي كمية الواط التي ستستخدم في وقت واحد. يجب أن يكون حجم العاكس أكبر بنسبة 25-30 ٪ من إجمالي واط الأجهزة. في حالة كان نوع الأجهزة هو محرك أو ضاغط ، يجب أن يكون حجم العاكس على الأقل 3 أضعاف قدرة الأجهزة ويجب إضافته إلى سعة العاكس للتعامل مع تيار التيار أثناء البدء.
بالنسبة للأنظمة المربوطة بالشبكة أو الأنظمة المتصلة بالشبكة grid tie systems or grid connected systems ، يجب أن يكون تقييم إدخال العاكس هو نفس تقييم صفوف ال PV للسماح بالتشغيل الآمن والفعال.

4. تحديد حجم البطارية
نوع البطارية الموصى به للاستخدام في نظم الطاقة الشمسية الكهروضوئية هو بطارية الدورة العميقة Deep-cycle battery. تم تصميم هذا النوع من البطاريات خصيصًا ليتم تفريغها إلى مستوى طاقة منخفض وإعادة شحنها و تفريغها بسرعة يومًا بعد يوم لسنوات. يجب أن تكون البطارية كبيرة بما يكفي لتخزين طاقة كافية لتشغيل الأجهزة في الليل والأيام الغائمة. لمعرفة حجم البطارية ، قم بالحساب على النحو التالي:
4.1 احسب إجمالي Watt-Hoursالذي تستخدمه الأجهزة في اليوم .

4.2 اقسم إجمالي Watt-Hours على 0.85 * الفقد في البطارية.
4.3 إقسم الإجابة التي يتم الحصول عليها في البند 4.2 على 0.6 *عمق التفريغ.
4.4 إقسمة 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 (الايام التي لا يتم إنتاج الطاقة من الالواح الشمسية أساسا) للحصول على المطلوب “أمبير-ساعة” قدرة بطارية الدورة العميقة.

5. تحديد حجم وحدة التحكم بالشحن
عادةً ما يتم تقييم وحدة التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية مقابل قدرات التيار والجهد. حدد وحدة التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية لتتناسب مع جهد صفوف PV والبطاريات، ثم حدد نوع وحدة التحكم بالشحن الشمسي المناسب لتطبيقك. تأكد من أن وحدة التحكم بالشحن لديها سعة كافية للتعامل مع التيار القادم من الالواح الشمسية PV.
يعتمد تحديد حجم وحدة التحكم بالشحن على إجمالي تيار دخل  ال PV الحالي الذي يصل الى وحدة التحكم بالشحن ويعتمد أيضًا على شكل توزيع الالواح الشمسية PV (التكوين المتوازي أو المتوازي).
وفقًا للممارسة القياسية ، فإن تحديد حجم وحدة التحكم بالشحن الشمسي هو أخذ تيار الدائرة القصيرة (Isc) لصفوف ال PV ، وضربه في 1.3.

تيار وحدة التحكم بالشحن  = إجمالي تيار الدائرة القصيرة لصفوف الالواح الشمسية × 1.3

مثال تطبيقي

يستخدم المنزل الأجهزة الكهربائية التالية:

مصباح فلورسنت 18 وات مزود بكابح إلكتروني 4 ساعات في اليوم.
مروحة واحدة 60 وات تستخدم لمدة ساعتين في اليوم.
ثلاجة بسعة 75 وات تعمل 24 ساعة في اليوم مع ضاغط يعمل لمدة 12 ساعة.

سيتم تشغيل النظام بجهد مستمر 12 Vdc و ذروة وات ال PV 110

الحل

1. تحديد اجمال طلب استهلاك الطاقة

إجمالي استخدام الجهاز = (18 وات × 4 ساعات) + (60 وات × ساعتان) + (75 وات × 24 × 0.5 ساعة)
= 1092 وات / ساعة
إجمالي الطاقة اللازمة للألواح الكهروضوئية = 1092 × 1.3  = 1419.6 وات / ساعة.

2. تحدة قدرة الالواح الشمسية PV

2.1 إجمالي Wp من قدرة لوحة PV المطلوب = 1419.6 / 3.4 = 413.9 وات

2.2 عدد الألواح الكهروضوئية اللازمة = 413.9 / 110 = 3.76 وحدات

عدد الالواح الفعلية = 4 وحدات
لذلك يجب أن يتم تشغيل هذا النظام بواسطة 4 وحدات على الأقل من وحدة 110 Wp PV.

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

4. إختيار البطارية
إجمالي استخدام الأجهزة = (18 وات × 4 ساعات) + (60 وات × ساعتين) + (75 وات × 12 ساعة)
جهد البطارية الاسمي = 12 فولت
أيام الغيوم  = 3 أيام

سعة البطارية = [(18 وات × 4 ساعات) + (60 وات × ساعتين) + (75 وات × 12 ساعة)] × 3
(0.85 × 0.6 × 12)

إجمالي عدد ساعات التشغيل المطلوبة 535.29 أمبير ساعة
لذا يجب تثبيت بطارية 12V   600 Ah لمدة 3 أيام.

5. تحديد جيم منظم الشحن
مواصفات الوحدة الكهروضوئية

Pm = 110 Wp
Vm = 16.7 Vdc
Im = 6.6 A
Voc = 20.7 A
Isc = 7.5 A

تيار وحدة تحكم الشحن بالطاقة الشمسية = (4 صفوف × 7.5 أمبير) × 1.3 = 39 أمبير

لذلك يجب أن يتم تصنيف وحدة تحكم الشحن بالطاقة الشمسية 40 أمبير عند 12 فولت أو أعلى.

المرجع

leonics – How to Design Solar PV System –

Share on facebook
فاسبوك
Share on twitter
تويتر
Share on linkedin
لينكد إن
Share on whatsapp
واتساب

اترك تعليقاً

المشاركات الاخيرة

أحدث التعليقات

أفحص بحثك بالمجان

رفع الملف