كيفية توصيل أكثر من نوع مختلف من الألواح الشمسية

نتيجه للانتشار في استخدام الألواح الشمسية والتوجه الدائم لزيادة القدرة والتطور الدائم في النوع والكفاءة والتنافس الشديد بين المنتجين والمصنعين، يوجد الآن العديد من الألواح الشمسية في الأسواق, تختلف إحداها عن الأخرى في بعض الأحيان في الفولت والقدرة وشدة التيار. مع العلم أنه ليس من المفضل توصيل ألواح شمسية مختلفه في المواصفات الفنية ولكنه ليس ممنوع أيضاً، لكن دائما مايؤخذ في الاعتبار الفولت والأمبير والقدرة. هذا المقال يوضح بعض الطرق لتوصيل أكثر من لوح شمسي مختلف في القدرة والنوع والمواصفات.
أولاً لابد من شرح كيفية توصيل الألواح الشمسية لتوضيح الاختلاف في كل طريقه، سواء على التوالى أو على التوازي.

أولاً : التوصيل على التوالي:

يتم التوصيل على التوالي للحصول على فرق جهد عالي, ولكن يجب الأخذ في عين الاعتبار الجهد (الفولت) الأقصى الذي يتحمله اللوح الشمسي (يوجد حاليا 1500 فولت).

القدرة الكلية يتم حسابها ببساطة عن طريق الجمع الجبري لقدرة كل لوح شمسي، حيث أن جميعها لها نفس القدرة، كالتالي:

القدرة الكلية = 150+150+150+150=600 وات.

أما في حاله اختلاف القدرة فيتم الحساب على أقل قدره فيهم كما هو موضح في الرسم التوضيحي الآتي:

فتكون القدرة الكلية=140*4=560 وات.

ومن هنا يتضح لماذا يفضل عدم توصيل ألواح شمسية ذات مواصفات مختلفة.

ثانياً: التوصيل على التوازي:

في حالة أن الألواح الشمسية متوافقة في المواصفات حيث لها نفس النوع والفولت والقدرة والأمبير فتكون كالتالي:

القدره الكليه = 150+150+150+150=600 وات ومن الواضح أن القدره الكلية لا تختلف عن التوصيل على التوالي لكنها تختلف في الفولت, اي اننا سنحصل على جهد منخفض وتيار عالي.

في حاله إختلاف قدرة أحد الألواح فيتم الحساب عن طريق جمع القدرات جبريا كالتالي :

القدرة الكلية=150+150+150+140= 590 وات

مع الأخذ في الاعتبار في كل التوصيلات السابقة أن يكون الفولت لا يتعدى القيمة التي يتحملها العاكس (الإنفرتر)، وكونهُ أيضاً تحت قيمه تحمل اللوح الشمسي مع مراعاة درجه الحرارة والعوامل الجوية التي سيتم توضيحها في مقال لاحق.

النتيجة مما سبق، أنه في حاله تطابق الألواح الشمسية في المواصفات القياسية للألواح فمن الأفضل التوصيل على على التوالي حيث أنها تعطى أكبر فرق جهد وقدرة في نفس الوقت. أما في حاله اختلاف أحدهم فمن الأفضل التوصيل على التوازي للحصول على أكبر قدره ممكنة حيث يتم جمع القدرات جبريا كما تم التوضيح مسبقا ولا يتم احتساب القدرة الكلية على أقلهم قدرة.

المصادر:

http://solarpanelsvenue.com/mixing-solar-panels

http://solar.calfinder.com/magazine/mixing-matching-solar-panels

https://www.altestore.com/blog/2012/08/adding-capacity-to-your-existing-pv-system

 الكاتب: محمد علي متولي

خريج هندسة القاهره قسم ميكانيكا قوى سنه 2010 وحاليا طالب ماجستير في مجال كفاءة الطاقه والطاقه المتجدده بجامعة كاسل بألمانيا 

 المصدر: http://kawngroup.com/author/metwaly

الطاقة الشمسية في مصر: بين الشغل الهندسي و الشغل العشوائي

يوجد العديد من العاملين بسوق الطاقة المتجددة في مصر، و بالأخص سوق الطاقة الشمسية. فكثير من الشركات تستطيع– بعد القيام بعدد من الإجراءات و إستيفاء بعض المتطلبات –  الحصول علي تأهيل من هيئة الطاقة الجديدة و المتجددة للعمل في مجال الطاقة الشمسية في مصر.

و المقصود بالعمل في مجال الطاقة الشمسية هو بإختصار شديد العمل في تصميم و توريد و تركيب و تشغيل نظم الطاقة الشمسية. و يكون نظام الطاقة الشمسية المطلوب تركيبه عادة واحد من أربعة أنظمة (يختلف السياق و الحجم حسب التصميم المنفذ و التطبيق المطلوب):

1.      نظام خلايا شمسية متصل بالشبكة العمومية: و الغرض منه تصدير الطاقة الكهربائية للشبكة الكهربائية العمومية مقابل تعريفة متعارف عليها و مقننة من قبل هيئة الطاقة الجديدة و المتجددة و جهاز تنظيم مرفق الكهرباء و حماية المستهلك التابعين لوزارة الكهرباء و الطاقة الجديدة و المتجددة.

2.      نظام خلايا شمسية منفصل عن الشبكة: و يقوم هذا النظام بتغذية الأحمال المطلوبة بشكل منفصل تماما عن الشبكة الكهربائية العمومية و يستخدم بطاريات لتخزين الكهرباء.

3.      نظام خلايا شمسية لتغذية طلمبات المياه: و يعتبر هذا النظام هو من نفس نمطية النظام المذكور بعاليه إلا أنه يختص بتشغيل طلمبات المياه في الصحاري و الأراضي الزراعية بدلا من إستخدام محركات الديزل الملوثه للبيئة و التي تستهلك كميات كبيرة من الوقود أثناء التشغيل.

4.      نظام السخانات الشمسية: إستخدام سخانات المياه الشمسية الآمنة في تغذية المباني بالمياه الساخنة بدلا من إستخدام السخانات الكهربائية و السخانات التي تعمل بالغاز الطبيعي.

تكمن المعضلة في غياب الرقابه علي العاملين بالمجال، مما يدفع الكثير منهم الي العمل بشكل عشوائي، و معاملة أنظمة الطاقة الشمسية مثل أي عملية "توريد و تركيب" بدون تصميم و تخطيط مسبق، مما يؤدي في المستقبل القريب الي عدة مشاكل بالنظام، تنتهي عادة بفشل نظام الطاقة الشمسية في القيام بوظيفته كما ينبغي.

لذلك، حين تقوم بالتعاقد مع أي شركة متخصصة في مجال الطاقة الشمسية، يجب عليك أن تعرف إذا كانت هذه الشركة تتبع الأساليب الهندسية في التنفيذ(من خلال تصميم و تخطيط مسبق) أم أنها واحدة ِمن تلك الشركات التي تعمل بشكل عشوائي، و في بعض الأحيان نصف الشغل العشوائي في اللغة العامية في هذا السياق  ب"الشغل البلدي".

و كيف لك أن تعرف ذلك؟

تستطيع معرفة هذه المعلومة من خلال بعض الأسئلة التي ينبغي أن تسألها للشركة التي تنوي التعاقد معها لتركيب نظام الطاقة الشمسية المطلوب. و من أبرز هذه الأسئلة:

1.      هل تقوم الشركة بالقيام بتصميم مسبق قبل التنفيذ؟ إذا كانت الإجابة بنعم، إذن أين نماذج و تقارير الشركة التي تحتوي علي معلومات تخص إحتياجات العميل وتحتوي أيضا علي تقييم مبدئي لموقع التركيب المقترح و ملائمته و عدم وجود عوائق قد تحول دون عمل النظام المركب بشكل فعال؟

2.      ما هو البرنامج الحاسوبي الذي تستخدمه الشركة في عمل التصميم؟ أم هل للشركة برامج/ آليات أخري للحساب؟

3.      علي أي أساس قامت الشركة بتحديد حجم الخلايا الشمسية المطلوبه في النظام؟ و هل أخذت في إعتبارها درجات الحرارة التي قد تؤثر علي كفاءة و إستمرارية تشغيل النظام؟

4.      ما هي الكابلات التي تقوم الشركة بإستخدامها في النظام؟ هل تستخدم كابلات التيار الثابت مع الخلايا الشمسية كما ينبغي؟ و هل تقوم بإستخدام كابلات التيار المتردد في مكانها المناسب؟

5.      ما هي الوسائل التي سوف تستخدمها الشركة لحماية مكونات النظام  - سواء التي تعمل بالتيار الثابت أو المتردد - في حالات زيادة التيار الكهربائي بشكل مفاجيء نتيجة لقصر الدائرة الكهربائية؟

إن طرح بعض الأسئلة البسيطة و الإستماع الي الإجابات قد ينقذك من الوقوع في مأزق ناتج عن تركيب عشوائي لنظام طاقة شمسية. إن المعرفة متاحة للجميع، و من خلال بعض القراءات و الإتصالات و البحث علي الإنترنت، تستطيع التأكد من كفاءة الشركة التي تطلب منها تركيب نظام الطاقة الشمسية المطلوب، وذلك حتى يعمل النظام المطلوب بالكفاءة المتوقعة، بل و يتجاوز التوقعات في التفوق و الإستدامة.

بقلم: د.م./ كريم منوفي

دكتوراه في الهندسة (الطاقة و البيئة) – جامعة ييدا (أسبانيا).

حاصل علي لقب دكتور أوروبي من جامعة ييدا بأسبانيا (2014).

المصدر: http://journas.com/j/170/Energy_Guide/comments/30913

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