بطاريات الطاقة الشمسية
بطاريات الطاقة الشمسية وظيفتها تخزين الطاقة الكهربية التي ولدتها الألواح اثناء سطوع الشمس في ساعات النهار.
و نستخدم هذه الطاقة الكهربية المخزنة اثناء فترة غياب الشمس بالمساء.
هذه الفكرة تستخدم في معظم النظم الكهروضوئية المستقلة عن الشبكة
بالنسبة لأعمدة الأنارة فغالبا ما يتم الأكفاء ببطارية واحدة أو اثنين.
اما الطلمبات فعادة لا تحتاج الي تخزين طاقة و يتم الأكتفاء بالري النهاري.
و لا يمكن استخدام بطارية السيارة في النظم الفوتوفولطية لان بطارية السيارة ستفسد بعد فترة قصير لانها مصممة لكي تعطيك كمية كبيرة من الشحنة الكهربية في فترة قصيرة.
وهذه الفترة هي فترة بداية دوران المحرك و باقي الوقت يتم شحنها عن طريق الدينامو في السيارة.
و ذلك علي عكس بطاريات الطاقة الشمسية التي هي مصممة لكي يتم شحنها طوال فترة سطوع الشمس ثم تقوم بتفريغ شحنتها طوال الليل و تسطيع ان تقوم بعملية الشحن في وقت طويل وبتيار منخفض وكذلك تستطيع تفريغ الشحنة في وقت طويل.
كما ان يمكن شحنها التفريغها بنسبة تصل الي 50% لتعيش 3000 دورة, وهذا رقم كبير جدا مقارنة ببطارية السيارة التي لن تعيش اكثر من 100 دورة عند تفريغها بنسبة 50%
و تسطتيع بطارية الشحن العميق ان تفرغ شحنتها كاملة دون ان تتلف 200 مرة أما بطارية السيارة العادية فقد تتحمل تفريغ ما بين 12 الي 15 مرة فقط.
| عمق التفريغ | عمر بطارية السيارة | عمر بطاريات الطاقة الشمسية |
|---|---|---|
| 100% | 12–15 دورة | 250–350 دورة |
| 50% | 100–120 دورة | 2000–3500 دورة |
| 30% | 30–150 دورة | اكثر من 4000 دورة |
وتتميز بطارية الشحن العميق Deep Cycle بالحجم والسمك الكبير لصفائح الرصاص التي بداخلها حتي يتحمل الحمل الواقع عليها اثناء الشحن أو التفريغ الكامل.
وهذا ما يرفع ثمنها نظرا لأن الرصاص سعره مرتفع.
سمك صفائح الرصاص في بطارية السيارة قليل – خفيفة الوزن
بطارية الشحن العميق سمك صفائح الرصاص كبير جدا و هي بالتالي اغلي بكثير
كيف بتم تحديد عمق التفريغ المناسب و الأقتصادي؟
الرسمة السابقة توضح المعلومة الأتية بالنسبة الي نوع من البطاريات
عمق التفريغ 100% – العمر 400 دورة
عمق التفريغ 80% – العمر 800 دورة
عمق التفريغ 50% – العمر 2000 دورة
عمق التغريغ 20% – العمر 3000 دورة
فمثلأ لو كان مشروع ما يحتاج الي بطارية واحدة في حال تفريغها بنسبة 100% – سوف يكون عمر هذه البطارية 400 دورة.في حال ان سعر البطارية 200 دولار – تكون تكلفة دورة الشحن الواحدة = 200/400 = 0.5 دولار
في حال شراء عدد 2 بطارية بسعر 400 دولار – سوف يكون عمر هذه البطاريات 1500 دورة – سوف تكون تكلفة الدورة الواحدة = 400/1500 = 0.375 دولار
اما في حال شراء 5 بطاريات بسعر 1000 دولار – سوف يصبح عمر البطاريات 3000 دورة – و تكون تكلفة الدورة الواحدة = 1000/3000 = 0.33 دولآر
من هنا يتضح ان افضل وضع اقتصادي هو تصميم البطاريات علي اساس عمق تفريغ اصغر من 50%, و اهلأك البطاريات سريعا عن طريق تفريغها بنسب عالية غير اقتصادي
أنواع بطاريات الطاقة الشمسية
هناك العديد من ألأنواع ولكن الأقتصادية تكون من النوعية ذات الحمض والألواح الرصاصية Lead-Acid وغالبيتها 12 فولت أو 24 فولت.
وللتعامل معها نحتاج لمعرفة متغيران على الأقل من أصل ثلاثة متغيرات هم الجهد الكهربائي ويقاس بالفولت (Volt) والتيار ويقاس بالأمبير (Amp) والقدرة وتقاس بالواط (Watt).
يتم الإشارة إلي سعة البطارية بعدد الأمبيرات في الساعة (Amps-Hours (Ah
فعلي سبيل المثال إذا قرأتم البيانات على البطارية كالتالي 12V/200Ah فإن هذا نظريا يعني أنها تستطيع توفير 200×12 وات طاقة اي 2400 وات
و لكن من الناحبة العملية لا يمكن تفريغها بنسبة اكثر من 50% اي انها سوف تعطي سعة تخزينية 1200 وات فقط
هناك نوعين رئيسين من بطاريات الطاقة الشمسية وهما :
سميت بهذا الإسم لأن فيها سائل يجب تغييره كل فترة معينة (كبطاريات السيارة).
و هذا النوع هو الأقدم و الأكثر استعمالا و تتراوح قدرتها بين 100 و 500 AH. وعمرها قد يصل الى 10 سنوات.
فهي تقريبا لا تحتاج الي صيانة كما انها تطلق كمية مهملة من غاز الهيدروجين مما يجعلها اسهل في النقل وفي التركيب ولا يعتبر التعامل معها فيه شيء من الخطورة.
و يوجد منه ثلاثة انواع رئيسية وهي:
- Wet – تستطيع ان يقوم بعمل ما يقرب من 500 عملية تفريغ عميقة لما يقرب من 50% من شحنتها وهو اصلا مصمم لاأغراض ملاحية ولكن يمكن استخدامه في الأنظمة الفوتوضوئية وهو يعتبر حل اقتصادي
- AGM – أختصار Absorbed Glass Mat وهو يعني السائل القابل للتأين الكهربي تم امتصاصه في حصيرة اسفنجية.
- Gel – الرصاص مغمور في سائل تم تحويله الي ما يشبه الجيلي اي انه اصبح أقل ميوعة وأكثر تماسك.
فكلا النوعين سواء AGM أو Gel هما جيدان جدا ويمكن ان يعملوا في اي ظرف.
ولكن بالطبع ال Gel هو أفضل وأكثر كفاءة وعمره الافتراضي اكبر.
كما انه يستطيع ان يقوم بعمل دورة تفريغ عميقة قد يصل فيها الي تفريغ 60% من الشحنة الموجودة بها.
أنواع البطاريات من حيث شكل شرائح الرصاص
هناك نوعين من بطاريات الطاقة الشمسية اعتمادا علي التقسيم من حيث شكل شرائح الرصاص و هما:
شرائح مسطحة ( Flat Plates ) – و تكون فيها الواح الرصاص علي شكل شرائح متراصة.
عمرها الافتراضي يكون ما بين 10 الي 12 سنة.
الواح اسطوانية الشكل ( Tubular plate ) – وتكون فيه الرصاص علي شكل اسطوانات متداخلة وعمرها الافتراضي يكون ما بين 20 الي 25 سنة.
ويمكن التمييز بين النوعين بمجرد النظر حيث ان البطاريات ذات الالواح الاسطوانية أطول من الأخري ذات الالواح المسطحة بشكل ملحوظ.
كيفية توصيل مصفوفة بطاريات الطاقة الشمسية
يتم توصيل البطاريات بنفس طريقة توصيل الخلايا للحصول على قيم جهد وتيار مختلفة و المصفوفة يتكون من عدة بطاريات يتم توصيلها ببعض علي التوازي او التوالي لتحقيق الجهد التصميمي المطلوب.
عند التوصيل علي التوالي Series يتضاعف قيمة الجهد و يظل الأمبير ثابت. فمثلآ عند توصيل بطاريتين 100 امبير و جهد 12v علي التوالي يصبح الحهد المجمع 24v و يظل الأمبير 100
اما عند التوصيل علي التوازي Parallel يتضاعف الأمبير و يظل الجهد ثابت. فمثلآ عند توصيل بطاريتين 100 امبير و جهد 12v علي التوازي يظل الحهد 12v و يصبح الأمبير المجمع 100
- من المهم أن جميع البطاريات تكون من نفس النوع والحالة إن أمكن. هذا يحسن كلا من السلامة والأداء لمصفوفة البطاريات
- يتم تكوين مصفوفة البطاريات عن طريق التوصيل عالي التوالي و التوازي و ذلك لتحقيق الجهد و الأمبير المطلوب طبقأ لمواصفات منظم الشحن مثل 12/24/48/96/196V فولت
- الوصلات علي التوالي تشمل ربط الاتصال الموجب (+) من بطارية واحدة إلى السالب (-) في البطارية المقابلة.
ويستخدم الموجب (+) للبطارية الأولي مع السالب للبطارية الأخيرة للتوصيل الي منظم الشحن.
و كما هو واضح في الصورة حيث تم توصيل 4 بطاريات 100AH جهد 12 فولت للحصول علي مصفوفة جهدها 48 فولت و قدرة 100AH.
- التوصيل علي التوازي يشمل ربط الاتصال الموجب (+) من بطارية واحدة مع الاتصال الموجب (+) من البطارية المقبلة.
و الشيء نفسه ينطبق على الجانب السلبي. السالب (-) للبطارية الأولى يصل إلى السالب (-) للبطارية المقبلة.
و يتم أستخدام القطب الموجب (+) للبطارية الأولي مع السالب للبطارية الأخيرة للتوصيل الي منظم الشحن.
- و فائدة اتصال النظام في النهايات هو ان تتم دورات الشحن والتفريغ بطريقة متوازنة و زيادة العمر الأفتراضي للبطاريات.
و كما هو واضح في الصورة تم توصيل 4 بطاريات 100AH جهد 12 فولت للحصول علي مصفوفة جهدها 12 فولت و قدرة 400AH. - في بعض الحالات يتم توصيل البطاريات علي التوالي و التوزازي في نفس الوقت
يتم عمل مجموعة من السلاسل Strings و السلسلة الواحدة عبارة عن مجموعة من البطاريات يتم توصيلها علي التوالي.
و جمبع السلاسل لها فولت متطابق يعتمد علي مواصفات منظم الشحن.
أخيرا يتم توصيل هذه السلاسل علي التوازي للوصول الي الأمبير و القدرة التخزينة المطلوبة للمصفوفة.
و يتم أستخدام القطب الموجب (+) للسلسلة الأولي مع سالب السلسلة الأخيرة للتوصيل الي منظم الشحن.
في الواقع طريقة التوصيل هذه طبيعية جدأ , و لأ يجب ابدا ان تزيد عدد السلاسل التي تم توصيلها علي التوازي عن ثلأثة.
و كما هو واضح في الصورة تم توصيل 4 بطاريات 100AH جهد 12 فولت للحصول علي مصفوفة جهدها 24 فولت و قدرة 200AH. 
ما هي افضل طريقة لتوصيل للبطاريات من الرسمة؟
في الحالة الأولي A يتم تركيز الشحن في البطارية الأولي مما يتسبب في سخونتها و قصر عمرها, كما يتم تركيز التفريغ في البطارية الأخيرة مما يتسبب في تفريغها قبل باقي البطاريات
الحالة B و D هي طرق معقولة للتوصيل حيث يتم الشحن و التفريغ مرورا بكافة البطاريات بالتساوي مما يطيل عمر المنظومة
الحالة C هي اسواء و احقر التوصيلات حيث يتم تركيز الشحن و التفريغ علي بطارية واحدة فقط مما يسبب في سرعة سخونتها و قصر عمرها الأفتراضي. ان قام احد بتركيب هذا الشكل عندك فتأكد فورآ انه ضعيف فنيا و لأ يفهم شيء عن الطرق العلمية لتوصيل البطاريات
و تبقي في النهاية افضل طريقة لتوصيل منظم الشحن و الأنفرتر عندما يكون هناك بطاريات علي التوازي هو استخدام روزتة power distribution block و لأ يصح الأ الصحيح
اخطاء شائعة في استخدام البطاريات
1- توصيل لمبات الاضاﺀة مباشرة او المودم وشاحنات الهواتف بالبطاريات خارج اطار الانفرتر.
و لكن الانفرتر اساسا يقوم بقطع الكهرباﺀ حينما تصل سعة البطارية الى 30% من سعتها الاجماليه لحمايتها.
بينما التوصيل المباشر يستهلك سعة البطارية حتى النهاية مما يقلل من عمرها الأفتراضي
2- تحميل البطارية احمال كبيرة تقوم بتفريغها في وقت قصير جدا.
مثلا بطارية 200 امبير ساعه يتم استخدامها في تكييف قدرته 1200 وات فيتم سحب: 1200/12 = 100 امبير دفعة واحدة في ساعة واحدة فقط
هذا التفريغ الكبير يسبب اهلاك للبطارية او ضرر جسيم بها
3- استخدام منظم شحن يعطي تيار كبير في شحن بطاريه صغيرة بسرعة كبيرة.
مثلأ منظم شحن يعطي تيار 60 امبير يشحن بطارية واحدة صغيرة قدرتها 50 امبير في اقل من ساعة
هذا الشحن السريع يتلف البطارية سريعا و لذلك يجب استخدام بطاريات سعتها مناسبة مع قدرة منظم الشحن.
و من المتعارف عليه انه يجب ان لأ يزيد تيار الشحن عن 12% امبير مصفوفة البطاريات, ليتم بذلك شحنها في مدة لا تقل عن 8 ساعات باي حال من الأحوال
جدول نسبة شحن البطارية و الجهد
يمكن بصورة تقريبية معرفة بسبة الشحن في بطارية 12 فولت بقراءة قيمة الجهد بين الأقطاب طبقأ للجدول التالي:
و يراعي ان هذه القيم قد تختلف قليلأ طبفأ لنوع البطارية و درجة الحرارة.
يتم قياس الجهد عندما لآ يكون هناك اي احمال تفريغ علي البطارية.
كما يجب ان تكون البطارية في حالة سكون لمدة لأ تقل عن ساعة منذ اخر حمل تفريغ وقع عليها.
علما انه اثناء التفريغ تكون قيم الجهد اقل و قد تصل الي 11 فولت.
اثناء الشحن تزيد قيم الحهد و قد تصل الي 14 فولت و لذلك يجب قياس قيم الجهد اثناء الليل عندما لأ يكون هناك اي شحن يتم بواسطة الألواح.
| نسبة الشحن | بطارية رصاص مغمورة FLA | بطارية جل GEL | بطارية حصيرة اسفنجية AGM |
|---|---|---|---|
| 100% | 12.70+ | 12.85+ | 12.80+ |
| 75% | 12.40 | 12.50 | 12.55 |
| 50% | 12.0 | 12.1 | 12.15 |
| 25% | 11.50 | 11.65 | 11.70 |
| 0% | 10.50 | 10.50 | 10.50 |
اعراض تلف البطاريات
1- جهد البطارية عالي بصورة زائفة: عند تخزين بطاريات الطاقة الشمسية لفترة طويلة دون اي شحن او تفريغ, تتكون بلورات من كبريتات الرصاص علي الفطب الموجب للبطارية.
هذه الظاهرة معروفة في الأنجليزية بالSulfation
بلورات كبريتات الرصاص تتسبب في قراءة كبيرة و زائفة لجهد البطارية.
هذا الجهد الزائف سرعان ما ينخفض الي القيمة الحقيقية عندما يتم تفريغ اي شحنة صغيرة من البطارية
كما انه يمنع شحن البطارية بواسطة منظم الشحن الذي يقراء الفيمة الزائفة للجهد.
فمثلآ بطارية ذات جهد 12 فولت عند قياس الجهد نجده 13.5 فولت رغم كونها فارغة.
فلأ يتم اي شحن للبطارية مهما تم تركها لمدة طويلة علي منظم الشحن.
بمجرد سحب اي شحنة صغيرة منها نجد ان الجهد يظهر قيمته الحقيقية و ينخفض الي 10 فولت مثلأ خلال دقائق معدودة فيقوم منظم الشحن بفصل البطارية عن النظام.
و عند محاولة توصيل البطارية مرة اخري بمنظم الشحن, يرتفع الجهد مرة اخري في دقائق معدودة الي القيمة الزائفة فلأ يتم اي شحنّ!
هناك بعض الوسائل التي يمكن من خلألها أذابة بلورات كبريتات الرصاص لأعادة هذه البطارية التالفة الي الحياة.
يتضمن هذا الأصلاح شحن البطارية بجهد اعلي 30% ليكون 16 فولت مثلأ, و يتم ذلك في شاحن التقليدي يدوي لمدة يوم او يومين
2- إذا كان جهد البطارية 0 فولت ، فهذا يعني ان حدث بها ماس كهربائي و اصبحت غير صالحة للأستخدام
3- إذا كانت البطارية لا يمكن أن تصل إلى أعلى من 10.5 فولت ، فهذا يعني ان بها خلايا ميتة.
