How to install the World's Largest Solar Inverter!

How to install the World's Largest Solar Inverter!

Tips 8 - Tips on How to Properly Store Deep-Cycle Batteries

Get the facts on how to properly store deep-cycle batteries, the best storage locations and what maintenance procedures are important to perform while batteries are stored for long periods of time.

Battery Maintenance Video

Trojan Battery Company provides this short video explaining how to properly maintain flooded/vented lead-acid batteries.

Tips 4 - Expand Your Battery Charging "Know-How"

Learn important facts about battery charging as part of an effective battery maintenance program, including correct charging procedures, and rules to follow when charging.

Tips 3 - Deep-Cycle Flooded Battery Maintenance to Ensure Optimum Performance & Maximum Life

Learn proper safety techniques, cleaning methods, watering, equalization, how to avoid stratification and calculating specific gravity to maintain the health your deep-cycle batteries.

Tips 2 - Determining the Health of a Deep-Cycle Battery

Learn the importance of measuring the state of charge of deep-cycle batteries by evaluating open circuit voltage and calculating specific gravity of deep-cycle flooded batteries.

Tips 1 - Deep-Cycle Battery Technologies

Expand your deep-cycle battery knowledge with this video tutorial which reviews the various deep-cycle battery technologies available on the market today, and what to consider when selecting a battery for a particular application.

How to size battery banks for off-grid applications

This webinar will focus on sizing batteries for off-grid applications. The basics of battery capacity -- how it is defined, what affects it and what other de-rating factors need to be considered -- will be covered. Calculation of both DC and AC loads will be discussed and the role inverter power factor and inverter efficiency play in the calculation of battery amp-hour capacity will also be covered.

Tips 7 - Understanding Battery Capacity & Life Expectations

Learn more about battery capacity ratings, tips on achieving maximum capacity, the signs of aging batteries, and how depth of discharge measurements relate to overall battery life.

Tips 5 - Equalization is Key to Extending Battery Life and Performance

Learn how regularly equalizing deep-cycle batteries will help avoid and reverse the buildup of negative chemical effects such as stratification and sulfation.

optimal angle for fixed solar panels depending on instalation position

دورة تعلم تركيب الطاقة الشمسية بنفسك خطوة بخطوة (الدرس السادس ) : حساب حجم الاسلاك اللازم وحماية نظام الطاقة الشمسية

في هذا الدرس من دورة الطاقة الشمسية سنتعرف على كيفية حماية نظام الطاقة الشمسية بالفيوز أو بالقواطع الكهربائية. و ذلك خطوة بخطوة و مرحلة بمرحلة.

حماية الألواح الشمسية

من أجل حماية نظام الطاقة الشمسية نبدأ أولا بحساب حماية الألواح الشمسية.

تجاريا نجد الألواح الشمسية ذات قدرة أكبر من 50 واط مصحوبة بأسلاك كهربائية ذات حجم 10 awg. و هذا النوع من الأسلاك قادر على تحمل تيار كهربائي قدره 30 امبير. شاهد الجدول التالي لمعرفة التيار الملائم لكل حجم من أحجام الأسلاك.

إذا قمنا بتوصيل الألواح بالتسلسل فإن التيار الكهربائي لن يزيد كما سبق و ذكرنا في درس تركيب الألواح الشمسية. لذلك في هذه الحالة فإن تركيب الفيوز غير ضروري لأن الخيوط المركبة عادة ما تتحمل تيار اكبر بكثير من تيار دارة القصر Isc للوح الشمسي. لكننا نستطيع أن نقوم بتوصيل قاطعة للتيار المستمر (Dc disconnet switche).

أما في الحالة التي نقوم فيها بتركيب عدد معين من الألواح بالتوازي فإن التيار سيزيد. لذلك يجب إضافة فيوزات (Fuses) او circuit breakers إلى علبة توصيل أسلاك الألواح الشمسية (combiner box).

في الصورة التالية مثال لعلبة توصيل بها فيوزان.

لاحظوا مكان توصيل علبة وصل الاسلاك (combiner box) في النظام المتصل بشبكة الكهرباء العمومي.

لحماية الألواح المركبة بشكل متوازي يجب إضافة فيوز لكل سلسلة من الالواح الشمسية و تركيب فيوز آخر لنقطة تجمع الالواح المتوازية. فلتاخذ مثال لأربع سلاسل من الالواح الشمسية المركبة بالتوازي. فلنفرض أن تيار دارة القصر لهذه الألواح هو 8.5 أمبير. وتطبيقا للقواعد الصناعية يجب اضاقة نسبة 25 % لقيمة تيار القصر كحماية فتصير 10.6 أمبير تقريبا. ثم إضافة 25 اذا كان الحمل متواصلا فتصير قيمة التيار 13.3 تقريبا في اللوح الواحد. و بالتالي فإن  قيمة التيار الخارجة من أربع الواح متوازية قد تصل إلى 53.1 امبير تقريبا. اذا اخترنا سلكا من النوع الموجود في الجدول أعلاه فإن الحجم 4 سيكون مناسبا لتحمل 53 امبير. لكن لو اخترنا سلكا من نوع USE-2 مثلا فحجم 8 من هذا النوع يكفي لتحمل 55 اومبير وهو مناسب جدا لحالتنا. و من أجل أن نحمي هذا السلك يمكن أن نركب فيوز 60 امبير. في الصورة التالية تلخيص لما ذكرناه حول حماية الألواح الشمسية المركبة بالتوازي.

وكما تلاحظون فعلى عكس الألواح المركبة بالتسلسل فإن إضافة فيوز 30 امبير لكل لوح لحماية أسلاك حجم 10 أمر ضروري.

حماية الربط بين منظم الشحن و البطاريات

بالنسبة لمنظم الشحن من نوع PWM أي (Pulse Width Modulated) فإن أقصى قيمة للتيار الداخل إلى المنظم تكون متساوية مع أقصى قيمة خارجة منه. لذلك فإن اختيار الفيوز أو المنصهر يكون عادة مطابقا لاختيار الأسلاك و الفيوز التي بين الألواح الشمسية و المنظم. أما بالنسبة لمنظم الشحن نوع MPPT فإن هذا الأخير قادر في الآن ذاته على تخفيض الجهد الكربائي و رفع التيار الكهربائي الداخلان إليه. لذلك فإن اختيار الفيوز المناسب لمنظم MPPT يكون بالرجوع إلى كتيب الخاص بمنظم الشحن. فمثلا هناك منظم شحن 50 امبير يقترح فيوز 60 امبير للحماية.

حماية الربط بين البطاريات و الانفرتر

لحساب تيار الفيوز المكلف بحماية الربط بين البطاريات و الأنفرتر يجب أن نقوم بقسمة قدرة الانفرتر على قيمة الجهد الداخلة إليه. مثلا لو كانت قدرة الانفرتر 3000w و جهد البطاريات 48 فولط فإن معدل التيار ستكون قيمته 62 امبير تقريبا. يجب أن تكون قيمة تيار فيوز الحماية أكبر من هذه القيمة 62A وفي نفس الوقت أصغر من قيمة التيار الذي تتحمله الاسلاك مضروبا في 0.90 .

اي   IZ  , 62 A ≤ IN ≤ 0,90 × IZ تمثل التيار الذي يتحمله السلك.

لكن من الأحسن دائما الرجوع إلى كتيب الصانع للانفرتر لمعرفة قيمة تيار الفيوز المناسب للحماية. بل قد تجد أن الانفرتر بحد ذاته يحتوي على فيوزات حماية.

معادلة حساب مساحة مقطع الأسلاك الكهربائية

إلى حد الآن لم نأخذ بعيم الإعتبار إلا تأثير التيار الكربائي على الأسلاك الكهربائية. و هذا مهم جدا لأن التيار هو المسبب الأساسي في ارتفاع حرارة الأسلاك او اشتعالها إذا تجاوزت هذه الحرارة القيمة القصوى التي يمكن للسلك تحملها.

لكن هناك طريقة أخرى أكثر دقة من أجل اختيار حجم الأسلاك الملائم. لأن هذه الطريقة تأخذ بعين الإعتبار طول السلك و الجهد و التيار سقوط الجهد الخاص بالسلك. و هذه الطريقة ببساطة هي استعمال لمعادلة حساب مساحة مقطع السلك التالية:

S : مساحة مقطع السلك بالمم المربع

L : طول السلك بالمتر

I : التيار الكهربائي المار في السلك بالامبير (باستعمال تيار القدرة القصوى (Imp)  للوح الشمسي)

Va : الجهد الكهربائي بالفولط (باستعمال جهد القدرة القصوى (Ump) الخاص باللوح الشمسي)

ρ1 : المقاومية الخاصة بالمادة المصنوع منها السلك بال O.mm²/m

ε : نسبة سقوط الجهد

في أنظمة الطاقة الشمسية العادية عادة ما تتراوح قيمة سقوط الجهد ε بين 0.001 و 0.006. و لتقريب قيمة ε يمكن الإستعانة بكتيب السلك الذي سنستعمله أو استعمال أحد الأدوات اون لاين التي تقوم بحساب هذه القيمة للاسلاك.

لكن الطريقة التي سنستعملها اليوم من أجل حساب قيمة سقوط الجهد هي أننا نفترض في البداية أن هذه القيمة تساوي 0.001 . ثم نقوم بحساب مساحة مقطع السلك المناسبة لهذه القيمة مطبقين المعادلة أعلاه. و بعد ذلك نقوم بأيجاد مساحة اكبر من المساحة التي حسبناها و تكون متوفرة في السوق. مثلا لو كانت المساحة التي حسبناها بقيمة 0.88 مم مربع نختار سلك مساحة مقطعه تساوي 2.5 مم مربع. ولو كانت المساحة التي حسبناها تساوي 6.03 مم مربع نختار كابلا مساحة مقطعه 10 مم مربع. ثم بعد ذلك نعيد حساب نسبة سقوط الجهد للسلك مستعملين نفس المعادلة أعلاه و قيمة مساحة السلك الجديدة الموجودة في السوق.

وبعد حساب مساحة مقطع السلك اللازمة باستعمال المعادلة أعلاه نقوم بالتثبت من إمكانية تحمل السلك لتيار قيمته Isc * 1.25 . كما رأينا في الفقرة الأولى من هذا الدرس و إذا كنا نستعمل حمل يستعمل تيار مستمر نضيف 25% اخرى لل Isc.

 تمرين تطبيقي

في الصورة أعلاه دائرة نظام شمسي متكون من مجموعتين من الألواح الشمسية. كل منهما متكون من سلسلتين متوازيتين من الألواح الشمسية. و كل سلسلة متكونة من 3 ألواح شمسية مركبة بالتسلسل. حاول حساب:

-مساحة مقطع الاسلاك الرابطة بين الالواح و علبة الربط (Boite de jonction).

-مساحة مقطع الاسلاك الرابطة بين علبة الربط و منظم الشحن (Reguateur).

مع العلم أن للوح الشمسي الواحد الخاصيات التالية:

• UMPP = 33.7 V
• IMPP = 5.49 A
• Isc= 5.8 A

و مع العلم أيضا أن طول الأسلاك الرابطة بين الالواح و علبة الربط هو 7 متر. طول الاسلاك بين علبة الربط و منظم الشحن هي 24 متر.

و أن مساحة مقطع الأسلاك الموجودة في السوق بالمم مربع هي كالآتي بالترتيب: 1,5 و 2,5 و 4 و 6 و 10 و 16 و 25 و 35 و 50 و 70 و 95 و 120 و 150.

و أن المقاومية ρ1 = 0.02314 O.mm²/m

النتيجة موجودة في الصورة أعلاه فحاول إيجادها بنفسك. و لو لديك إي إستفسار فلا تبخل بطرحه في التعليق. و أرجو أن يكون درس حماية نظام الطاقة الشمسية واضحا للجميع.

  

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

دورة تعلم تركيب الطاقة الشمسية بنفسك خطوة بخطوة اعداد  المهندس صابر سعيد 

الدرس الاول  //  الدرس الثاني   //   الدرس الثالث   //    الدرس الرابع  //   الدرس الخامس   //   الدرس السادس 

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

دورة تعلم تركيب الطاقة الشمسية بنفسك خطوة بخطوة (الدرس الرابع ) : بطاريات الطاقة الشمسية, مواصفاتها, انواعها, طريقة توصيلها و حساب سعتها

في هذا الدرس الرابع من هذه الدورة سنتعرف على العنصر المسؤول عن تخزين الطاقة الشمسية و هو بطاريات الطاقة الشمسية. حيث سنعرض في هذا الدرس مواصفات البطاريات و انواعها و طريقة توصيلها و كيفية عمل حساب سعتها اللازمة في نظام الطاقة الشمسية.لكن قبل ذلك يجب أن نعرف الحالات التي تستوجب استعمال بطاريات الطاقة الشمسية و الحالات التي لا تستحق بطاريات لتخزين الطاقة.

متى نستعمل بطاريات الطاقة الشمسية ؟

إن الانظمة الشمسية المتصلة بالكهرباء العمومي لا تستحق بطاريات طاقة شمسية و ذلك كما شاهدنا في الدرس الأول في أنواع أنظمة الطاقة الشمسية. وذلك نظرا لأن الكهرباء العمومي يمثل المخزن الدائم للكهرباء في حالات غياب الشمس. أما الانظمة الشمسية التي لا تتصل بالكهرباء العمومي فهي تستحق بطاريات الطاقة الشمسية لتخزين الطاقة في حالات عدم توفر الاشعاع الشمسي اللازم. و ذلك خاصة في حالات التطبيقات التي لا يجب إطلاقا أن تنقطع عنها الكهرباء مثل الساعة التي تعمل بالطاقة الشمسية. بل أكثر من ذلك, فان هذا النوع من التطبيقات يستوجب بطاريات بسعة كبيرة جدا تكفيها لايام كثيرة من العمل دون اشعاع شمسي. و في الانظمة المنفصلة توجد حالتان لا تستوجبان استعمال بطاريات الطاقة الشمسية و هما:

-حالة استعمال الآلات أثناء وجود اشعاع شمسي فقط. في هذه الحالة لا حاجة لنا الى تخزين الطاقة بما أننا نستعمل الطاقة الشمسية مباشرة من الالواح فقط

-حالة وجود وسيلة أخرى لتخزين الطاقة مثل نظام مضخات المياه التي تعمل بالطاقة الشمسية. ففي هذه الحالة يمكن تخزين المياه في مخزن مائي بعد ضخها اثناء تواجد اشعاع شمسي كاف. و في حالة غياب الشمس نستعمل خزان الماء بدل المضخة.

مواصفات البطاريات

من أجل اختيار بطاريات الطاقة الشمسية المناسية لنظام الطاقة الشمسية الخاص بنا يجب أن نعرف أولا ما هي مواصفات البطاريات. ومن أهم هذه المواصفات نذكر:

-الجهد الكهربائي :

و هو من أهم مواصفات البطاريات و أشهرها ويعرف كذلك بفرق الجهد الكهربائي او القوة الكهربائية الدافعة او الفولتية. و الجهد الكربائي هو الفرق في قيمة الطاقة الكهربائية (الكمون الكهربائي) بين قطبي البطارية. كما يعرف كذلك على أنه القوة الدافعة للالكترونات من القطب السالب الى القطب الموجب.الوحدة المستعملة لقياس الجهد الكهربائي هي الفولط. و افضل طريقة لفهم الكهرباء هي مماثلته بالماء.فالجهد الكهربائي يمكن أن نمثله بارتفاع مستوى الماء أو بالضغط كما توضح أكثر الصور التالية:

من أكثر البطاريات شيوعا نذكر بطاريات الرصاص (Plomb او Lead-acid) و جهدها الكهربائي عادة 12 فولط (6 عناصر).

-جهد الشحن :

و هي تمثل أقل قيمة جهد كربائي لازمة لشحن البطارية . كمثال فإن بطاريات البلومب ذات جهد 12 فولط تستوجب جهد شحن يتراوح بين 13.2 و 14.4 فولط لشحنها بطريقة جيدة.

-قدرة البطارية أو CAPACITY :

القدرة (capacity) هي من أهم مواصفات البطاريات. فهي القيمة التي نبحث عنها عند القيام بحساب بطاريات الطاقة الشمسية. وهي تمثل كمية الطاقة التي يمكن تخزينها في البطارية. لذلك يمكن أن نسميها سعة البطارية. وحدة قياس قدرة البطارية هي Ah اي حاصل ضرب التيار المستخدم (بالامبير) في الوقت اللازم لتفريغ البطارية (بالساعة).

و يجب أن نعلم كذلك أن درجة الحرارة تأثر على قدرة البطارية. فقدرة البطارية تكون أفضل في فصل الصيف من فصل الشتاء. و ذلك لان التفاعلات الكيميائية عادة تكون اسرع عند ارتفاع درجة الحرارة. يمكن أن نعرف قدرة البطارية بأنها قدرتها على نقل قيمة محددة من التيار في ظرف ساعة. فمثلا لو أخذنا بطارية ذات قدرة 50AH و ربطناها بجهاز يستهلك 50A من التيار هذا يعني ان المدة اللازمة لافراغ البطارية من الطاقة هي ساعة واحدة. ماذا لو ربطنا نفس البطارية مع جهاز كهربائي يستهلك 25A. في هذه الحالة الوقت اللازم لتفريغ البطارية هو : 50 / 25 = 2 ساعة. طبعا هي الطريقة غير دقيقة 100 % لان مدة افراغ البطارية مرتبطة بنوع البطارية و لان قيمة القدرة التي حددها المصنع للبطارية هي خاصة بظروف تجريبية معينة كالحرارة و تيار المستهلك. و عادة هذه الحرارة التجريبية تكون قيمتها 25 درجة و مدة افراغ الشحن التجريبية تكون 20 ساعة.

-معدل التفريغ  (DISCHARGE RATE) :

معدل التفريغ أو ما يسمى كذلك معدل سي (C Rate) للتفريغ يمثل الحد الأقصى للتيار الذي يمكن للبطارية أن تنقله. و ليتضح الحال فلنطبق ذلك على مثالنا السابق للبطارية ذات قدرة 50AH. و لنفرض أن معدل التفريغ لهذه البطارية هو 1C. في هذه الحالة التيار الاقصى الذي يمكن أن تنقله البطارية هو 50A اي ان الجهاز المستقبل (المتصل مع البطارية) لا يستطيع أن يستهلك اكثر من 50A. اما إذا كان معدل التفريغ لهذه البطارية هو 2C فإن اقصى تيار يمكن لهذه البطارية هو 100A. اي اننا نضرب القدرة في عدد معدل التفريغ. لكن طبعا اذا زاد استهلاك التيار نقصت مدة تفريغ البطارية كما راينا في الفقرة السابقة. ففي حالة استهلاك 100A من نفس البطارية 50AH ستكون مدة التفريغ 50 / 100 = نصف ساعة.

-معدل الشحن (CHARGE RATE) :

معدل الشحن او معدل سي للشحن (max charge C Rate) يمثل الحد الأقصى للتيار الذي يمكن تشحن به البطارية. فمثلا لو كان معدل الشحن الأقصى لبطاريتنا ذات قدرة 50AH هو 1C اذن هذا يعني اننا لا نستطيع شحنها باكثر من 50A. و في هذه الظروف ستكون مدة الشحن هي ساعة واحدة. يجب أن نعرف أن الشحن البطيء بتيار ذو قيمة منخفضة يساعد على الابقاء على عمر البطارية بالاضافة الى انه يحسن كفاءة الشحن. و إن معدل الشحن الجيد لاغلب البطاريات هو C/10 او 0.1C اي اصغر من قدرة البطارية بعشر مرات في مثالنا التيار الجيد للشحن هو 5A. لكن هذا المعدل وصل الى C/500 في بعض البطاريات الحديثة.

-عمق تفريغ الشحن الاقصى (DOD) :

هناك بعض انواع البطاريات التي لا يمكنها إخراج كل الطاقة المخزونة بداخلها, مثل بطاريات lead-acid. ومن هنا اتى تعريف عمق تفريغ الشحن (Depth Of Discharge) و هو يمثل النسبة المائوية من سعة او قدرة البطارية التي يمكن استعمالها بدون ضرر البطارية طبعا. فمثلا بطاريات Lead-Acid القديمة لا يمكنها تحمل تفريغ شحن كبير لذلك ظهر فرع جديد من هذه البطاريات يسمى ببطاريات تفريغ الشحن العميق Deep cycle battery. وهذه البطاريات يتراوح عمق تفريغ شحنها بين 45 الى 75 بالمائة و ذلك حسب معطيات الصانع (حسب ويكيبيديا). لذلك عندما نحسب المدة اللازمة لتفريغ البطارية يجب ان نضرب النتيجة في 0.6 مثلا اذا كنا نستمل بطارية lead-acid.

ولهذا السبب لا يمكننا استعمال البطاريات العادية كبطاريات السيارة في نظام الطاقة الشمسية فهي غير مصممة لتحمل افراغ شحن عميق.و إن ركبناها في نظام الطاقة الشمسية فإنها لن تدوم كثيرا لان عدد دورات الحياة الاقصى (عدد مرات افراغ الشحن الاقصى قبل انتهاء عمر البطارية) قليل في حالة البطارية العادية.

في الصور التالية لاحظ تغير عدد دورات الحياة مقارنة بنسبة افراغ الشحن DOD لانواع بطاريات مختلفة.

هذا الجدول يبين الفرق الواضح في عدد دورات الحياة بين بطاريات Lead-acid العادية او تسمى ايضا بطاريات البداية (Starter battery) و بين بطاريات افراغ الشحن العميق Deep-cycle battery. الشيء الثاني الذي يمكن ملاحظته من هذا الجدول هو نقصان عدد دورات الحياة مع زيادة نسبة تفريغ الشحن.

هذا الجدول الثاني يبين تغير عدد دورات الحياة مقارنة بنسبة افراغ الشحن لدى بطاريات Ni-Mh و بطاريات Li-ion

هذا المنحنى يبين تغير عدد دورات حياة احد البطاريات مع تغير نسبة افراغ الشحن DOD

بعض انواع بطاريات الطاقة الشمسية, محاسنها و مساوئها

بطاريات الرصاص LEAD ACID المفتوحة FLA

سميت بهذا الإسم لأن فيها سائل يجب تغييره كل فترة معينة (كبطاريات السيارة). و هذا النوع من البطاريات هو الأقدم و الأكثر استعمالا. وكما قلنا سابقا يجب التفريق بين بطاريات البداية او الانطلاق Starter battery و بطاريات افراغ الشحن العميق Deep-cycle battery المناسبة لنظام الطاقة الشمسية. تتراوح قدرة البطاريات المفتوحة الخاصة بالطاقة الشمسية بين 100 و 500 AH. وعمرها قد يصل الى 10 سنوات.

بطاريات الرصاص العازلة للماء (المغلقة) VRLA

هذا النوع من بطاريات الطاقة الشمسية شبيه بالنوع الأول إلا أنه لا يستحق تغيير اي سائل اي انه لا يستحق صيانة. و ينقسم هذا النوع بحد ذاته الى ثلاثة انواع أخرى وهي :Gel , Wet و Agm.

ان المحاسن الرئيسية لبطاريات الرصاص بنوعيها هي كالآتي:

-طول عمرها المفترض

-نتيجة الجودة/السعر جيدة. اي السعر جيد مقارنة بالجودة.

-لا تستحق هذه البطاريات صيانة كبيرة او لا تستحقها اطلاقا مع البطاريات العازلة.

-بامكانها ان تشحن بتيار ضعيف

-يمكنها ان تقاوم درجات الحرارة الخارجية بشكل جيد.

و مع هذه الايجابيات لبطاريات الرصاص يجب اخذ هذه الاحتياطات اللازمة للمحافظة عليها :

-تجنب الشحن الزائد للبطاريات و تجنب تتجاوز نسبة تفريغ الشحن النسبة القصوى التي حددها الصانع. و هذا هو دور منظم الشحن كما ذكرنا في الدرس السابق من هذه الدورة.

-عند تخزين هذا النوع من البطاريات في حال عدم استخدامها يجب أن تكون مشحونة بالكامل. و ذلك عن طريق شحنها كل ثلاثة أو ستة اشهر. و ذلك للحفاظ عليها من التلف.

بطاريات النيكل والكادميوم NI-CD و بطاريات النيكل و هيدريد المعادن NI-MH

هذان النوعان من بطاريات الطاقة الشمسية متشابهان و تتشاركان في بعض المحاسن و المساوئ. و من محاسن هذه البطاريات المشتركة:

-توفرها بقدرات صغيرة و باشكال مختلفة. قدرتها تتراوح بين 30mAh و 2000mAh.

-حجمها اصغر من حجم بطاريات الرصاص (مقارنة بقدرة موحدة).

-متوفرة بقيم مختلفة للجهد الكهربائي: 2.4 فولط, 3.6 فولط, 4.8 فولط, 12 فولط …

-تقاوم ارتفاع درجات الحرارة بكيفية جيدة جدا.

لكن من مساوئ هذا النوع من بطاريات الطاقة الشمسية نذكر:

-لديها افراغ شحن تلقائي

-شحنها صعب في دراجات الحرارة تقل عن 0 درجة.

-لديها خاصية تسمى بأثير الذاكرة Memory effect. و هذا يعني ان هذه البطاريات لو اعتادت على تفريغ شحنها الى نسبة 25% مثلا من جملة سعتها  لمدة زمنية معينة ستظن ان سعتها الجملية هي 75% فقط, اي اننا خسرنا 25% من سعة البطارية.

بطاريات الليثيوم LI-ION

تستعمل بطاريات الليثيوم اليوم في الكثير من الاجهزة المحمولة كالحواسيب المحمولة و ذلك بسبب صغر حجمها و خفة وزنها مقارنة بسعتها. و لذلك تستعمل في السيارات الكهربائية التي لا تحبث الوزن الثقيل. و من مميزات هذه البطارية كذلك أنها سريعة الشحن. لكن رغم ذلك فإن هذا النوع من البطاريات لا يعتبر متأقلما بدرجة كبيرة مع نظام الطاقة الشمسية, وذلك لأنها تستوجب طريقة شحن دقيقة جدا. أي أنها لا تستطيع التأقلم مع التيار المتغير بشدة الذي تولده الألواح الشمسية.

بالإضافة إلى ذلك فإن بطاريات الليثيوم معروفة بالأضرار التي تستببها في حالة تجاوزها للحد الأقصى لشحهنها المسموح. و هذا يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارتها أو انفجارها في بعض الأحيان. لهذا السبب فإن استعمال منظم شحن ذو جودة عالية مع بطاريات الليثيوم في نظام الطاقة الشمسية أمر لا غنى عنه. خاصة و أن الجهد المتأتي من الألواح عادة ما يتجاوز بكثير جهد شحن البطاريات.

طريقة اختيار بطاريات الطاقة الشمسية مقارنة بمميزاتها و ثمنها

من الصعب أن تجدوا هذه الطريقة السحرية و العجيبة في مكان آخر. لأنها ببساطة طريقة خاصة بمدونة العلوم سبيلنا  . تسمح لكم هذه الطريقة بعمل تقييم لاي بطارية بعملية حسابية بسيطة بدون أخذ نوعية البطارية بعين الإعتبار. هذا التقييم يأخذ بعين الاعتبار خمس معلومات عن البطارية: ثمنها و كفائتها و سعتها بال KWH و عدد دورات حياتها و نسبة تفريغ الشحن الخاص بها DOD.

سعة البطارية بال KWH نحصل عليه عن طريق ضرب قدرتها (AH) في جهدها (مثلا 12 فولط).

كفاءة البطارية تسمى أيضا كفاءة الجولة او كفاءة الشحن و التفريغ (Roundtip efficiency) وهو مصطلح يستعمل مع خزانات الطاقة. و تعتبر قيمة كفاءة البطاريات جيدة مقارنة بخزانات الطاقة الأخرى فهي تتراوح عادة بين 75% و 95% .

تقييم البطارية يكون عن طريق هذه العملية الحسابية البسيطة:

التقييم= (الكفاءة*DOD*عدد الدورات*سعة البطارية (KWH)) /  ثمن البطارية

فلنطبق هذه العملية على البطاريتين التاليتين:

بطارية 1 : كفاءة: 92 بالمائة , DOD يساوي 50 بالمائة , عدد الدورات مع هذا الDOD يساوي 2000 دورة, سعتها: 7KWH. وثمنها 3000 دولار.

بطارية 2 : كفاءة: 80 بالمائة , DOD يساوي 50 بالمائة , عدد الدورات مع هذا الDOD يساوي 3000 دورة, سعتها: 8.2KWH. وثمنها 3100 دولار.

تقييم البطارية 1 = (0,92 * 0.5 * 2000 * 7) / 3000 = 2.14

تقييم البطارية 2 =(0.8 * 0.5 * 3000 * 8.2) /3100 = 3.17

اذن في هذه الحالة البطارية رقم 2 هي الافضل من ناحية السعر و قدرتها الطاقية فقط.

حساب سعة بطاريات الطاقة الشمسية

حساب سعة بطاريات الطاقة الشمسية او قدرتها بال AH هو من اسهل حسابات نظام الطاقة الشمسية. فكل ما علينا فعله هو تطبيق العملية الحسابية التالية:

قدرة البطاريات اللازمة= (الطاقة المستهلكة *  ايام العمل الذاتي) / (كفاءة البطارية*DOD*جهد البطارية الاجمالي)

الطاقة المستهلكة هي الطاقة التي يستهلكها المنزل في اليوم الواحد. في مثالنا في درس الالواح الشمسية من هذه الدورة هذه الطاقة مساوية ل 8000 WH في اليوم.

نقصد بأيام العمل الذاتي عدد الايام التي نريد ضمان وجود الطاقة فيها حتى في حالة عدم وجود شمس. أي عدد الأيام التي بإمكان البطاريات ان تزود فيها المنزل بالطاقة بمفردها.

لنواصل حساب مثالنا السابق و لنفرض أننا نريد أن نكون بطارية بجهد 24 فولط و نريد ثلاثة أيام من العمل الذاتي. و لنفرض أن كفاءة البطارية التي سنركبها هي 92 بالمائة و أن عمق إفراغ الشحن فيها DOD هو 70 بالمائة. إذن قدرة البطارية ستكون كالآتي:

سعة البطارية = (8000*3)/(0.92 * 0.7 * 24)= 1553 AH اي قرابة 37 KWH

ان اختيار جهد البطارية الاجمالي مرتبط بمنظم الشحن كما رأينا في الدرس السابق و مرتبط كذلك بالجهد الداخل الذي يتحمله الانفرتر كما سنرى في الدرس القادن إن شاء الله. لكن هذا الجهد عادة ما يكون 12 , 24 , 48 او 60 فولط.و كلما زادت الطاقة المستهلكة من المستحسن ان نزيد الفولتية حتى ننقص من قوة التيار و لا يصير كبيرا جدا. فكما راينا في درس منظم الشحن فقد وصل التيار الى 75 امبير. و ذلك رغم أننا فرضنا ان جهد البطاريات 24 فولط, فماذا لو كانت 12 فولط فقط.

توصيل بطاريات الطاقة الشمسية: بالتسلسل أم بالتوازي

إن تركيب البطاريات شبيه تماما بتركيب الألواح الشمسية كما سبق و ذكرنا. فإن أردنا أن نزيد من الجهد نقوم بتوصيل البطاريات بالتساوي. و إن أردنا أن نزيد من التيار أو القدرة نزيد عدد البطاريات المركبة بالتوازي. و إن أردنا زيادتهما معا نقوم بالتوصيل المزدوج ( بالتوازي و التسلسلل معا). أي أننا نتحكم بالجهد و القدرة كما نشاء. لاحظ في الصورة التالية تغير الجهد(V) الو القدرة (AH) مع نوع من أنواع توصيل البطاريات.

في هذه الصورة لدينا  أربع بطاريات ذات جهد 12 فولط و قدرة 100 AH . في أقصى يمين الصورة قمنا بتوصيل البطاريات بالتسلسل و هذا ما أدى إلى زيادة الجهد و المحافظة على قيمة القدرة. فصارت قيمة الجهد 4*12 = 48 فولط. و في أقصى يسار الصورة قمنا بتوصيل بطاريات الطاقة الشمسية بالتوازي. فحافظنا بالتالي على الجهد 12 و فولط و زدنا في قيمة القدرة: 100 * 4 = 400 Ah. و في المثال المتبقي قمنا بتوصيل البطاريات بطريقة مزدوجة. اي اننا قمنا بعمل سلسلتين كل واحدة منهما متكونة من بطاريتين, و هذا ما زاد الفولتية إلى 24 فولط. ثم قمنا بعد ذلك بربط السلسلتين بالتوازي و هذا ما ادى زيادة القدرة فصارت 200 AH.

ملاحظة: يمكننا نظريا أن نقوم بتوصيل البطاريات كما نشاء. لكن تطبيقيا يجب أن نحاول أن لا نقوم بتوصيل أكثر من سلستين من البطاريات بالتوازي لأن هذا يؤدي الى استعمال غير متساو للبطاريات.حيث أن البطاريات التي في الوسط ستسعمل أقل من البطاريات التي في الاطراف. وهذا يسبب تفاوت في أعمار البطاريات. أما في السلسلتين يمكننا أن نختار العدد الذي نريده من البطاريات المتسلسلة.

وهذا مثال في الصورة التالية لتوصيل غير منصوح به للبطاريات. توصيل خمسة سلاسل من البطاريات بالتوازي.

ارجو أن يكون هذا الدرس واضحا و مفهوما للجميع. ولا تبخلوا بالتعليق إن كان لديكم أي استفسار أو إضافة. لا تنسونا من صالح الدعاء.

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

دورة تعلم تركيب الطاقة الشمسية بنفسك خطوة بخطوة اعداد  المهندس صابر سعيد 

الدرس الاول  //  الدرس الثاني   //   الدرس الثالث   //    الدرس الرابع  //   الدرس الخامس   //   الدرس السادس 

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

دورة تعلم تركيب الطاقة الشمسية بنفسك خطوة بخطوة (الدرس الثالث ) :منظمات الشحن الطاقة الشمسية و انواعها وظيفتها

وظيفة منظم الشحن CHARGE CONTROLLER

منظم شحن الطاقة الشمسية او مايسمى كذلك المعدل الشمسي له وظيفة رئيسية كما يبين إسمه .و هي تنظيم شحن البطاريات. فهو يحرص على عدم حصول الشحن الزائد للبطاريات, حيث يقوم بقطع التيار عن البطاريات في حال وصولها الى مستوى معين من الشحن لا يصل الى 100% . و بهذه الطريقة يحافظ على سلامة البطاريات.بالاضافة الى ذلك فإن ال charge controller او المعدل الشمسي يقوم بتعديل الطاقة المتأتية من الالواح الشمسية بكيفية تسمح للبطاريات باخذ ما تستحقه من الجهد ومن التيار.بل اكثر من ذلك هناك انواع تعمل على تحسين اداء الالواح الشمسية و ذلك بجعلها تستخدم طاقتها القصوى.

انواع منظم الشحن

هناك نوعان رئيسيان من منظمات شحن الطاقة الشمسية و هما منظم الشحن MPPT و منظم شحن PWM و سنتحدث عنهما اكثر في الفقرات التالية لنعرف الفرق بينهما و ايهما نختار.

منظم الشحن PWM او (PULSE WIDE MODULATION)

منظم الشحن PWM يقوم بتقليص الجهد المتأتي من الألواح الشمسية لتحويله إلى الجهد المناسب لشحن البطاريات و هذا ما يتسبب في فقدان بعض الطاقة و تقليل كفاءة النظام. وهذه أهم عيوب منظم الشحن PWM . قيمة الكفاءة الضائعة مع هذا النوع من منظمات الشحن مرتبطة بالفرق بين قيم الجهد في الالواح الشمسية و البطاريات.و ميزة منظم الشحن PWM هي ان ثمينه رخيص مقارنة بالنوع الثاني MPPT. لذلك توجد حالات يمكن أن نختار فيها هذا النوع رغم قلة كفائته مقارنة بالنوع الآخر كما سنرى لاحقا.

منظم الشحن MPPT او (MAXIMUM POWER POINT TRACKING)

منظم شحن MPPT متطور على منظم PWM من ناحية الكفاءة. فهو يستغل الطاقة القصورى للالواح الشمسية. فهذا المنظك يأخذ الجهد المناسب لافضل كفاءة للنظام مهما اختلف الطقس واختلفت قيمة الاشعاع الشمسي.ففي الماضي كان يتوجب تقريب الجهد الذي تولده الالواح الى جهد البطاريات لتحسين الكفاءة. أما مع منظمات شحن MPPT فلا داعي لذلك فهي كما يوضح اسمها تتبع نقطة الطاقة القصوى. لكن كما ذكرنا فان سعر منظم MPPT اعلى من سعر منظم PWM. الآن و بعد أن ذكرنا مميزات و عيوب كل منظم شحن كيف نعرف اي نوع نختار لنظامنا الشمسي  منظم MPPT ام منظم PWM ؟

بصفة عامة المنظمات من نوع PWM تستعمل في حالات الطاقات الصغيرة اما المنظمات من نوع MPPT فيمكن استعمالها في حالات توليد طاقة كبيرة. و يمكن استعمال منظم PWM كذلك في الحالات التي يكون فيها الفرق بين الجهد الذي تولده الالواح و جهد البطاريات طفيفا. ففي هذه الحالة لا تنقص الكفاءة كثيرا. انظر الجدول التالي حول اختيار نوع المنظم:

الخانة على اليمين فيها عدد الخلايا المستعملة في اللوح الشمسي و جهد البطاريات المستعمل و في الخانة على اليسار نجد نوع منظم الشحن المناسب. و الآن سنأخذ امثلة للجهد المقدر و جهد الدائرة المفتوحة الذي تولده الالواح الشمسية مقارنة بعدد الخلايا الشمسية. ملاحظة: من الافضل قراءة الدرس الاول و الثاني من دورة الطاقة الشمسية من اجل فهم افضل.

30 خلية شمسية –> الجهد المقدر 12V  –> جهد الدائرة المفتوحة 18V

36 خلية شمسية –>الجهد المقدر 12V –> جهد الدائرة المفتوحة 21V

48 خلية شمسية –>الجهد المقدر 18V –> جهد الدائرة المفتوحة 30V

54 خلية شمسية –>الجهد المقدر 18V –> جهد الدائرة المفتوحة 33V

60 خلية شمسية –>الجهد المقدر 24V –> جهد الدائرة المفتوحة 36V

72 خلية شمسية –> الجهد المقدر 24V –> جهد الدائرة المفتوحة42V

120 خلية شمسية –> الجهد المقدر 48V –> جهد الدائرة المفتوحة 72V

120 خلية شمسية –> الجهد المقدر 48V –> جهد الدائرة المفتوحة 84V

طبعا هذه المعطيات تقريبية. و الاصل هو أن ننظر إلى معطيات صانع اللوح الشمسي.في الفقرة التالية سنرى كيف نقوم بحسابات منظم شحن الطاقة الشمسية كي تساعدنا على اختيار منظم بالخصائص المناسبة.

حساب بعض خصائص منظم شحن الطاقة الشمسية

حساب تيار الحمل  (يستعمل عادة لاختيار نوع MPPT)

تيار الحمل أو load current هو أهم خاصية يجب أن نعرفها عند اختيار منظم الشحن charge controller. فكل منظم شحن له تيار حمل أقصى يمكنه تحمله. لذلك علينا أن نقوم بحساب تيار الحمل الخاص بنظامنا الشمسي ثم نقوم باختيار منظم شحن يحمل نفس قيمة ال load current التي سنحسبها أو أكبر منها.هذه الخاصية تسمى أيضا تيار الشحن, لأن هذا التيار خارج من المنظم وذاهب الى البطاريات.

ومن أجل حساب هذه القيمة نقوم بالعملية الحسابية التالية:

تيار الشحن= الطاقة الجملية المولدة من الالواح الشمسية/جهد البطاريات الجملي

حسنا فلنطبق هذه القاعدة على مثال الدرس السابق حول الالواح الشمسية و لنفترض أن البطاريات التي سنشحنها تحمل جهد اجمالي بقيمة 24 فولط.وكما راينا في الدرس السابق فان الطاقة الاجمالية التي تولدها الالواح هي 8.8 kwh .لو فرضنا أن الشمس تظهر 5 ساعات في اليوم فقط اذن الطاقة  المولدة في الساعة هي 5/8.8= 1.76 kw اي 1760 واط .

اذن في حالتنا تيار الشحن= 1760 / 24 =73 امبير

بالامكان ان نحسب الطاقة المولدة من الالواح بطريقة اخرى ادق: الطاقة المولدة=طاقة اللوح الواحد* عدد الالواح المستعملة

في حالتنا الطاقة المولدة= 150*12= 1800 واط . اذن تيار الشحن=1800 / 24 = 75 امبير.

لا ننسى ان نضرب النتيجة التي و جدناها في عامل حماية قدره 1.25 فنتحصل على 75 * 1.25 =93.75 امبير.

اذن تيار الحمل load current  الخاص بمنظم الشحن يجب أن يكون مساوا او اكبر من 93.75 A.

حساب التيار الداخل الى منظم الشحن من الالواح الشمسية

من اجل خساب هذا التيار سنستعمل احد خاصيات اللوح الشمسي وهي Short Circuit Current و يرمز لها ب Isc 

قيمة التيار الداخل الى منظم الشحن= Isc *عدد الالواح المركبة بالتوازي*1.25

فلو فرضنا ان قيمة Isc is هي 8 امبير و ان عدد الالواح المركبة بالتوازي هو 2 اذن النتيجة ستكون كالآتي

8*2*1.25= 20 امبير

من خصائص منظم شحن الطاقة الشمسية نذكر كذلك جهد او جهود البطاريات التي يقدر على شحنها وهي عادة تساوي 12 او 24 او 48 او 60 فولط تيار مستمر طبعا. و من خصائص ال charge controller كذلك قيمة الجهد القصوى التي يتقبلها من الالواح الشمسية و لحساب هذا الجهد نستعمل خاصية جهد الدائرة المفتوحة للالواح الشمسية او  PV open circuit voltage و يرمز اليها ب Uoc. لذلك عند تركيب الالواح الشمسية يجب مراعاة عدم تجاوز الجهد الداخل للمنظم. و ما يزيد الجهد في الالواح هو التركيب على التوالى لها كما راينا في الدرس السابق. لكن في الوقت ذاته لا يجب تخفيض هذا الجهد كثيرا حتى لا يقل عن مستوى شحن البطاريات في حالات ضعف الاشعاع الشمسي. فلا يوجد منظم شحن في العالم يمكنه شحن بطاريات 12 فولط مثلا بجهد اقل من 12.اذن باختصار علينا ان نحاول مضاعفة عدد الالواح المتوازية قدر المستطاع بدون تجاوز حد المنظم و ذلك كي نتمكن من زيادة جهد البطاريات قدر المستطاع كي نخفض الاموبير و بالتالي نخفض من حجم الاسلاك.

كذلك الطاقة القصوى للالواح الشمسية التي يمكن لمنظم الشحن تجملها هي من الخصائص التي نجدها في منظم الشحن.

و أرجو أن تكون قادرين بعد نهاية هذا الدرس على اختيار منظم شحن الطاقة الشمسية المناسب لنظامكم الشمسي.لا تنسوا دعم الموضوع باستفساراتكم و إضافاتكم.

 اعداد :المهندس صابر سعيد

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

دورة تعلم تركيب الطاقة الشمسية بنفسك خطوة بخطوة اعداد  المهندس صابر سعيد 

الدرس الاول  //  الدرس الثاني   //   الدرس الثالث   //    الدرس الرابع  //   الدرس الخامس   //   الدرس السادس 

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ