مميزات وعيوب أنظمة التتبع الشمسية ( Solar Tracker )

إزداد الطلب مؤخرا على أنظمة تعقب ضوء الشمسية ( تتبع ضوء الشمس ) المستخدمة في أنظمة الطاقة الشمسية والتي تستهدف تعرض الألواح الشمسية لضوء الشمس بصورة عمودية أطول فترة ممكنة.
ولكن قبل استخدام هذة التكنولوجيا هيا بنا نتعرف على مميزاتها وعيوبها.
أولا : مميزات أنظمة التتبع الشمسية :-
1- الألواح التي تعتمد على أنظمة التتبع تنتج طاقة كهربائية أكثر من الألواح الثابتة بمقدار من 10% إلى 25% طبقا للمنطقة الجغرافية التابعة لها وذلك لزيادة فترة تعرضها لأشعة الشمس المباشرة.
2- أنظمة التتبع ترفع من استخدام المساحات الأرضية حيث أننا إذا استخدمنا قطعتين متساويتين من الأرض وضعنا على احدها انظمة شمسية ثابتة والثانية انظمة متحركة فإن القطعة الثانية ستنتج كمية أكبر من الكهرباء
3- في بعض الدول يتم شراء الكيلوات بقيمة أعلى في وقت الذروة فتكون أنظمة التتبع مفيدة في زيادة كمية الطاقة المنتجة في هذة الأوقات
4- كما ان التطور القائم في الإليكترونيات والأنظمة الميكانيكية قلل من تكاليف الصيانة
5- هناك عدة أنواع من أنظمة تتبع الحركة مثل: مثل أنظمة التتبع أحادية المحور أو ثنائية المحور. حيث يقدم كل نظام حلا مثاليا لموقع العمل الذي سيقام علية محطة الطاقة الشمسية ويمكنك الاختيار فيما بينها بناءا على حجم المحطة والطقس والموقع من حيث دوائر العرض

ثانيا : العيوب :-
1- المحطة القائمة على أنظمة تتبع الشمس أغلى في التكلفة من الأنظمة الثابتة والتي ستزداد تكلفتها بمعدل من 8 : 10 سنت لكل وات.
2- المحطات القائمة على أنظمة التتبع الشمسية تحتاج لصيانة أكثر من المحطات الثابتة، ويختلف مقدار الصيانة بناءا على جودة أنظمة التتبع المستخدمة
3- أنظمة التتبع هي انظمة أكثر تعقيدا من الأنظمة الثابتة مما يتطلب خطوات إعداد اكثر لموقع المحطة
 4- أنظمة التتبع الشمسية لا يمكنها العمل في الأجواء الثلجية حيث انها تعمل أفضل في الأجواء الأكثر دفئا. ولذلك فإن الأنظمة الثابتة أفضل في مثل هذة الأجواء

منظمات الشحن (Solar Charge Controller)

مهمة منظم الشحن الرئيسية هي التنظيم والتحكم بشحن البطاريات بالإضافة إلى التحكم في تدفق التيار من الخلايا الشمسية إلى البطارايات و الحمل الكهربائي.

فعندما تكون البطاريات فارغة فهو يقوم بتوجيه التيار الكهربائي إلى البطاريات وعندما يتم شحن البطاريات يتم توجيه التيار إلى الحمل الكهربائي ( المستخدم ) فيحافظ بذلك على عمر البطاريات.
ولذلك فإن احد اهم الاهداف الاساسية لمنظمات الشحن تنظيم شحن البطاريات بمعنى السماح بالشحن الكامل للبطاريات دون الوصول إلى حالة الشحن الزائد ,كما  ان منظمات الشحن تمنع عودة التيار من البطاريات إلى الخلايا الشمسية في المساء (حيث في الظلام تعتبر الخلية الشمسية كحمل مستهلك للطاقة)

موقع منظم الشحن

منظم الشحن في مننظومة الطاقة الشمسية الكهربائية يقع بعد الألواح وقبل كلا من البطاريات والإنفرتر كما هو موضح بالشكل .

المميزات التي يوفرها منظم الشحن:

• تنظيم الجهد الكهربائي الوارد من الخلايا الشمسية قبل مروره الي بطاريات الطاقة الشمسية.
• حماية الخلايا الشمسية من التلف وذلك بمنع مرور التيار الكهربائي بشكل عكسي من البطاريات الى الخلايا الشمسية.
• فصل التيار الكهربائي من البطارية (البطاريات) عند وصولها الى حدودها الدنيا من التخزين وكذلك فصل التيار عند وصولها اى حدودها القصوى من التخزين.
• يحمي النظام من التيارات الكهربائية الزائدة او الناقصة او المتقلبة بفضل احتواءه على فيوزات ودوائر خاصة لذلك.
•  يعمل كنظام مراقبة عن طريق المقاييس المستخدمة فيه بحيث يمكن أن يعطي ضوء إنذار عند حالات العمل غير النظامية.

 طريقة عمل منظم الشحن

عندما يكون شحن البطاريات منخفض يتم ارسال التيار القادم من الالواح بسرعة عالية وعندما تقترب من الإمتلاء تخفض سرعة التيار ويتم ذلك عن طريق رفع الفولت وتخفيض الامبير حسب حاجة البطاريات للشحن بعد ان تمتلئ البطاريات يحافظ المنظم على بقاءها مشحونة طوال الوقت بإرسال نبضات متقطعة من التيار حتى تبقى ممتلئة.

عملية شحن البطاريات تمر بعدة مراحل الرسم البياني التالي يوضح مراحل الشحن لبطارية من النوع (  lead acid )

 

الاسلاك الموصوله بـمنظم الشحن:

يحتوي اي منظم شحن على اختلاف نوعه على 3 ازواج (كل زوج يحتوي على قطب موجب وقطب سالب) من المداخل والمخارج وهي كالتالي:

1.    زوج للاسلاك القادمة من الخلايا الشمسية (القطب الموجب والقطب السالب) وتظهر في الصورة اعلاه على الجانب الايسر.

2.    زوج من الاسلاك (قطب موجب وقطب سالب) الذاهبة الى البطارية او مجموعة البطاريات التي سوف يتم شحنها وتظهر في الصورة اعلاه في الوسط في الجزء السفلي من متحكم الشحن.

3.    زوج من الاسلاك (قطب موجب وقطب سالب) وهي الاسلاك التي سوف يتم رطبها بمصدر الطاقة التي نود تشغيلها من خلال النظام الشمسي وتظهر في الصورة اعلاه على الجانب الايمن من منظم الشحن.

انواع منظمات الشحن

1.    منظم الشحن البسيط (Shunt Charge Controller).

2.    منظم الشحن النابض (PWM ; Pulse Width Modulated).

3.    منظم الشحن المتتبع (MPPT ; Maximum Power Point Tracking).

أولا : منظم الشحن البسيط

نوع قديم وتقريبا لا يستخدم كثيرا وهو يعمل بعملية بسيطة فقط يغلق ويفتح التيار على البطاريات لشحنها وفعاليته منخفضة.

 ثانيا: منظم الشحن النابض

منظم الشحن من نوع (PWM) وهي اختصارا للكلمات (Pulse-width modulation) وسمي بهذا الاسم لان المنظم من هذا النوع يقوم بارسال التيار الكهربائي الى البطارية على شكل نبضات كهربيائة تسمى (pluse) ويقوم هذا النوع بتعديل عرض النبظات وفقا لحجم التيار الكهربائي المخزن في البطارية. ويمكن استخدامه في الانظمة الصغيره او الانظمة التي تكون درجة حرارة الخلايا الشمسية فيها بين °C45 و °C75.
تتميز المنظمات من نوع PWM بانها اقل ثمنا من المنظمات الاخرى وتصلح للانظمة الصغيره. وهذا النوع يتطلب توافق قوة الالواح مع قوة البطاريات وليس لدية القدر على زيادة او تخفيض التيار القادم من الالواح.

ثالثا:  منظم الشحن المتتبع

 

هذا النوع هو أفضل منظمات الشحن على الاطلاق وسعره يزيد عن الأنواع الأخرى لكنه الأفضل وهو يستخدم طريقة تتبع التيار ورفعه وتخفيضه حسب الحاجة وفعاليته تزيد على باقي المنظمات بثلاثين بالمئة.
سميت هذه المنظمات بـ MPPT بهذا الاسم اختصارا من العبارة الانجليزية (Maximum Power Point Tracking) والتي تشير الى طريقة عمل هذه المنظمات (تتبع نقطة الطاقة القصوى)، وهي عبارة عن محولات تيار كهربائي dc-to-dc والتي يقوم فيها المنظم بتمرير التيار الكهربائي على شكل نبضات من الخلايا الشمسية الى البطاريات بافضل جهد كهربائي يمكن شحن البطاريات من خلالة حيث تعتمد على مبدأ استخلاص الطاقة العظمى الممكنة من الخلايا الشمسية و ذلك عن طريق تغير فرق الجهد (الفولتية) بحيث تعطي أعظم استطاعة خرج لها. ويفضل استخدامها في الانظمة الكبيرة او التي يزيد خرج (فرق الجهد) للتيار الكهربائي الصادر من الخلايا الشمسية عن فرق الجهد الخاص بالبطاريات (مثلا يمكن استخدام خلايا شمسية تنتج تيارا كهربائية قدرة 36 فولت وتمريرة لمنظم شحن من نوع MPPT لشحن بطارية فرق جهدها 12 فولت وهذا الامر غير ممكن في منظمات الشحن من نوع PWM) او عندما تكون درجة حرارة الخلايا الشمسية اقل من 45°C او اعلى من 75°C.
تتميز منظمات الشحن من نوع MPPT بقدرتها على الاستغلال الامثل للتيار الكهربائي القادم من الخلايا الشمسية لشحن البطاريات