نظام الطاقة الشمسية - OFF GRID باسم خريس

نظام الطاقة الشمسية - OFF GRID

نتيجة للأزمات التي نعيشها في عالمنا العربي من حروب في العديد من الدول بدءا من العراق وليبيا و سوريا و السودان و انتهاء باليمن كما لا يخفى عليكم الحصار الخانق الذي يعاني منه الفلسطينيين في غزة الحبيبة التي خاضت ثلاث حروب طاحنة في أقل من عقد من الزمان ضد العدو الصهيوني كان أخرها و أشدها العام الماضي. برزت في هذه الدول أزمة نقص في الطاقة الكهربائية مما زاد من معاناة مواطني هذه الدول و أصبح شغلهم الشاغل هو كيفية توفير مصادر بديلة للطاقة الكهربائية لتدبير احتياجاتهم اليومية منها و لو بشكل جزئي.

وكنت قد دونت سابقا عن موضوع الطاقة الشمسية وحسب طلب العديد من الأخوة متابعي المدونة من خلال تواصلهم معي عبر الشبكات الاجتماعية على اختلافها و جدت أنه من الضروري الكتابة عن نظام الطاقة الشمسية بنوعيها ON GRID و OFF GRID و اليوم سأتناول النوع الثاني OFF GRID.

الصورة من على سطح مبنى في غزة.

OFF GRID:

في العديد من الدول حتى المتقدمة منها كالولايات المتحدة الأمريكية و غيرها توجد مناطق نائية مأهولة بمجموعات قليلة من السكان هذه المناطق لا تصلها الشبكة العامة للكهرباء أو حتى المناطق التي يقصدها الأغنياء لقضاء إجازاتهم في الجبال و الغابات أصبحت الطاقة الشمسية الخيار الأمثل للتزود بالكهرباء في هذه المناطق رغم التكلفة العالية في البداية إلا أن الأسعار بدأت في النزول بشكل ملحوظ وخاصة لمكونات هذا النظام. كما أن نظام الطاقة الشمسية انتشر في دولنا العربية وهناك العديد من الخيارات والعروض المتوفرة في الأسواق ومن خلال هذه التدوينة أريد عرض فكرة ولو بسيطة عن نظام الطاقة الشمسية. 
مكونات النظام:

1- الخلايا الشمسية

2-وحدة الشحن و التحكم

3- الإنفرتر

4- البطاريات
 كيف نصمم هذا النظام كي يلبي احتياجاتنا المطلوبة . سأشرح ذلك خطوة خطوة.

الخطوة الأولى - حساب الأحمال:

قبل أن نفكر حتى بشراء أي من مكونات النظام يجب أن نقوم بحساب الأحمال و ببساطة الأحمال هي قدرة الأجهزة التي أريد تشغيلها و تحسب ب الوات و كم من الوقت سوف يعمل كل جهاز ويحسب ب الساعة وهنا العملية حسابية بحتة فكل ما علينا عملة حصر هذه الأجهزة ( ثلاجة - غسالة - تلفزيون - رسيفر - مروحة - لمبات إنارة - و غيرها من الأجهزة ) و تحديد كم من الوقت أريد تشغيل كل جهاز.

كل جهاز من الأجهزة المنزلية له لائحة مواصفات مذكور فيها قدرة هذا الجهاز بالوات بالإمكان رؤية هذه اللائحة على ظهر الجهاز أو مكتوبة في الكتالوج المرفق مع الجهاز.

الآن لحساب الوات ساعة لكل جهاز= قدرة الجهاز بالوات X عدد ساعات التشغيل.

مثال:

لمبة موفرة ذات قدرة 28 وات أُريد تشغيلها 5 ساعات

وات ساعة = 28 * 5 = 140

و هكذا نقوم بالحساب لباقي الأجهزة

مثال:

لمبة موفرة CFL عدد 4 بقدرة 15 وات للواحدة تشغيل 5 ساعات = 4*15*5=300 وات ساعة

مروحة بقدرة 60 وات تشغيل 3 ساعات = 60*3 = 180 وات ساعة

تلفزيون بقدرة 80 وات تشغيل 5 ساعات = 80*5 = 400 وات ساعة

رسيفر بقدرة 25 وات تشغيل 5 ساعات = 25*5 = 125 وات ساعة

مضخة مياه 1500 وات تشغيل 1 ساعة = 1500*1 = 1500 وات ساعة

غسالة مع تسخين 3000 وات تشغيل ساعة = 3000*1 = 3000 وات ساعة

جهاز كمبيوتر مكتبي 350 وات تشغيل 3 ساعات = 350*3 = 1050 وات ساعة

ثلاجة متوسط 275 وات تشغيل دائم 24 ساعة تحتاج إلى 1900 وات ساعة

إجمالي الوات/ ساعة للأجهزة المذكورة أعلاه = 300+180+400+125+1500+3000+1050+1900= 8455 وات ساعة

بعد إتمام هذه العملية الحسابية الناتج يساعدنا على تحديد مكونات النظام.

الخطوة الثانية - اختيار البطاريات:

من الضروري هنا أن نقرر الفولت المستخدم للنظام المراد تشغيله 12 فولت أو 24 فولت أو 48 فولت حيث كلما زاد الفولت قل التيار وبالتالي يمكننا استخدام كوابل نحاسية ذات قطر أقل.

سأختار نظام 24 فولت في حساباتي و هو الدارج في معظم المشاريع المنزلية.

لحساب سعة البطاريات المراد استخدامها كالتالي:

القدرة = الفولت * شدة التيار ( أمبير )

الوات ساعة = الفولت * أمبير * الزمن (ساعة )

فولت البطارية = 24 فولت

سعة البطارية = مجموع الأحمال / الفولت

إذا سعة البطارية لمجموع الأحمال المذكورة في المثال أعلاه = 8455 / 24 = 352 أمبير ساعة

من المعروف أن البطاريات حتى و إن كانت جديدة تكون كفاءتها بنسبة 80%

سعة البطارية المطلوبة = 352/0.8= 440.36 أمبير ساعة. بتقريب الناتج سيكون سعة البطارية 450 أمبير ساعة هو الخيار المناسب.

طبعا من عنده المقدرة لشراء بطاريات ذات سعة أعلى فهذا خيار جيد

إذا يمكن عمل بنك بطاريات مكون من 6 بطاريات سعة كل منها 150 أمبير ساعة توصل كل اثنتان على التوالي للحصول على 24 فولت ثم توصل الثلاث مجموعات على التوازي للحصول على سعة 450 أمبير ساعة و ينصح هنا باستخدام بطاريات عميقة الدورة

Deep cycle batteries .

الخطوة الثالثة - اختيار الألواح:

عدد الألواح يعتمد على مقدار ساعات الاستفادة من ضوء الشمس بكفاءة في منطقتك و الحمد لله منطقة الشرق الأوسط غنية بأشعة الشمس وتصنف من الأعلى توليدا للطاقة في المتوسط 7 كيلو وات ساعة / للمتر المربع يوميا.

إجمالي قدرة الخلايا = 24 فولت * 450 أمبير سعة البطارية = 10800 وات ساعة

على فرض إمكانية الاستفادة من ضوء الشمس بكامل طاقتها مدة 6 ساعات إذا القدرة المراد توليدها من الألواح =

10800/6= 1800 وات .

يوجود لدينا في السوق المحلي ألواح 24 فولت  300 وات

عدد الألواح المطلوب = 1800/300 = 6 لوح

أي 6 ألواح نظام 24 فولت 300 وات.

الخطوة الرابعة - اختيار و حدة التنظيم و الشحن:

يمكن تنظيم عملية الشحن يدويا بواسطة مفتاح ON/OFF. و هو الخيار الأقل تكلفة أما الخياران الآخران هما استخدام منظم شحن جاهز الأول PWM أو MPPT و الأخير هو الأعلى تكلفة و الأكثر كفاءة و هنا يجب مراعاة استخدام منظم يستطيع تمرير شدة تيار تزيد عن 75 أمبير حيث أن قدرة الألواح1800 وات نقسم على 24 فولت .

الخطوة الخامسة - اختيار الإنفيرتر:

لقد شرحت في موضوع سابق عن الإنفيرتر و في أنظمة الطاقة الشمسية يفضل استخدام الإنفيرتر ذو الموجة الجيبية النقية Pure sine wave و الأسواق مليئة بهذا النوع و منها المخصص للطاقة الشمسية كما أن يعض الأنواع تحتوي على وحدة الشحن والتنظيم مبنية داخل الجهاز و هو ما يعرف بثلاثة في واحد و لتحديد قدرة الإنفيرتر الذي يجب استخدامه في نظامي يجب أن نعود للمثال الذي وضحته في الخطوة الأولى وهو حساب كمية الأحمال المراد تشغيلها حيث نلاحظ أن أعلى قدرة لجهاز هو الغسالة مع استخدام التسخين الداخلي لها ( 3000 وات ) يليها مضخة المياه ( 1500 ) وات عادة قدرة الإنفيرتر يجب أن تساوي مجموع الأحمال أو أكثر و لكن نحن نتحدث عن الطاقة الشمسية المتوفرة فقط في النهار وبالتالي لجأنا لتخزين هذه الطاقة في بطاريات لاستخدامها في حال غياب ضوء الشمس ليلا وهنا لا أحتاج لإنفيرتر بقدرة تزيد عن 8000 وات فأنا لن أستعمل الغسالة على مدار اليوم وكذلك العديد من الأجهزة الأخرى و في الليل أحتاج للإنارة و نوع من التسلية عبر الوسائل المختلفة من تلفاز و راديو أو كمبيوتر و لحساب قدرة الإنفيرتر لنظام معتدل يفي بمعظم احتياجاتنا يمكن استخدام إتفيرتر قدرته تعادل أعلى قدرة من الأجهزة التي سوف أستخدمها مع زيادة بعض الشيئي لترك مساحة من الأمان لحاجة أي جهاز لقدرة أعلى أثناء التشغيل.
 إذا الغسالة 3000 وات سيكون خياري هو إنفيرتر بقدرة 4500 وات لنظامي و هنا يجب مراعاة أنه يجب تشغيل الأجهزة عالية القدرة كالغسالة و المضخة و المكواة و الميكروويف ومجفف الشعر أو حتى مكيف هواء صغير و غيرها من الأجهزة المنزلية حسب برنامج وجدول معين أثناء النهار و تلافي تشغيل هذه الأجهزة ليلا كما يجب عدم تشغيل أكثر من جهاز في آن واحد.

طبعا لن أذكر ماركة معينة أو نوع بعينه وذلك لاختلاف المتوفر في الأسواق كل حسب بلده.

الخطوة السادسة – تركيب الألواح:

و هذا متروك للمتخصصين في هذا المجال و أصحاب الخبرة حيث يجب تركيب الألواح على السطح بتوجيه و زوايا معينة للاستفادة من أكبر قدر ممكن من أشعة الشمس.

الخطوة السابعة – وضع البطاريات و الإنفيرتر على حامل أو رف بعيدا عن الرطوبة وكذلك بعيدا عن أيدي الأطفال أو أي شخص لا يستطيع التعامل مع الأجهزة الكهربائية وذلك لخطورة العبث بالأجهزة الكهربائية.

الخطوة الثامنة – التوصيلات:

وهذا العمل متروك للعاملين في هذا المجال مع مراعاة عمل التوصيلات طبقا للمعايير القياسية لأنظمة الطاقة الشمسية و لن أخوض في تفاصيلها من ألوان الكوابل و قطرها و الفيوزات و قواطع التيار إلى أخره من هذه الأمور .

الخاتمة:

أي نظام طاقة شمسية يجب أن تكون مكوناته مبنية على حساب احتياجاتنا من القدرة اللازمة لتشغيل الأجهزة المنزلية الدارج استعمالها في أي بيت بحيث يلبي هذا النظام معظم هذه الاحتياجات دون قصور في الكفاءة و الأداء مع مراعاة كل توصيات المنتج للحفاظ على الجودة و طول عُمر المكونات.

تنبيهات:

الألواح الشمسية تقل كفاءتها مع تراكم الغبار عليها بفعل الأحوال الجوية و بالتالي يجب مسحها من وقت لأخر.

يجب عدم تفريغ البطاريات بالكامل في أي حال من الأحوال هذا يؤدي إلى قصر عمرها الزمني و كفاءتها. 
معظم الأجهزة المنزلية تحتاج لضعف القدرة المخصصة لها عند بدء التشغيل و هذا يؤخذ في الحسبان عند ثحديد قدرة الإنفيرتر.

المصدر http://basemkhrais.blogspot.com/2015/09/off-grid.html