المحطة المستقلة Off Grid

1. المحطة المستقلة بعيدة تماما عن شبكة الكهرباء و لأ يوجد مصدر بديل للطاقة.
2. يجب الأعتماد علي النظام الشمسي بنسبة 100% في توفير كل احتياجات الكهرباء.
3. يتم تصميم المحطة علي اساس ضمان كل الاحتياح للكهرباء علي مدار كل فصول و ايام السنة.
4. ينصح بعمل هذا النظام في الأستخدامات التي يمكن فيها الأستغناء عن جزء من الطاقة الكهربائية اثناء الفترات الطويلة من سوء الاحوال الجوية. حيث لا يوجد دعم من الشبكة.
5. النظام الشمسي الأفضل في الكرافنات و المخيمات و انارة الشوارع
6. زاوية ميل الألواح الشمسية يتم تنفيذها علي أساس تحقيق افضل توازن بين الأنتاج و الأستهلاك في الشتاء و الصيف

اسس تصميم المحطة المستقلة

في البداية نحب ان نؤكد ان هناك لبس و اختلاط كبير خاصة عند مهندسي الكهرباء عند تحديد قدرة الألواح في المحطة الشمسية حيث يتصور بعضهم ان تجميع الأحمال بالكيلو واط ساعة هو كل المطلوب لتحديد القدرة. فمثلأ لو الحمل عبارة عن 15 لمبات 50 وات و ثلاجة 150 وات, يكون المطلوب محطة بقدرة = 50*15 + 150 = 900 وات!. طبعا هذا خطاء فادح و ساذج لأ يصلح مطلقا في تصمبم المحطة الشمسية كما سوف يتم شرحه

فعند تصميم النظام يجب ان تتوفر جميع المعلومات الأتية:

1. الأحمال الكهربائية (الأجهزة و عددها)
2. عدد ساعات الأستخدام لكل حمل علي حده
3. توقيت استخدام الحمل (في النهار ام في الليل)
4. الموقع الجغرافي للمشروع

و بدون توافر جميع هذه المعلومات لأ يمكن عمل تصميم لنظام شمسي مستقل. و تتم عملية التصميم علي مراحل لل4 مكونات رئيسية للمحطة و هي الألواح الشمسية و منظم الشحن و الأنفرتر و البطاريات.

برنامج تصميم المحطة الشمسسة المستقلة

خطوات التصميم

• يتم اولأ تحديد الأحمال وساعات الأستخدام خلأل اليوم:
  

  مثال:استخدامات الكهرباء لأستراحة مزرعة بالقرب من القاهرة

  اسم الجهاز الكهربائي	القدرة بالوات	ساعات الأستخدام	اجمالي الأستهلاك اليومي بالوات
  ثلاجة	100	24 ساعة	2400
  لأبتوب	100	من 10 صباحا حتي 8 مساء	1000
  موتور مياه	750	من 12 ظهرا حتي 12.5 ظهرا	375
  تلفزيون	150	من 5 مساء حتي 10 مساء	750
  اضاءة موفرة	50	من 6 مساء حتي 11 مساء	250

  اجمالي الأستهلاك اليومي = 4775 وات

• الألواح:
  يتم تحديد حجم الألواح طبقا لبرنامج حساب انتاجية الخلايا
  فمثلأ لو كان الموقع مدينة القاهرة:
  الأنتاج اليومي لواحد كيلو وات الواح شمسية في شهر ديسمبر (اسواء شهر من الجدول في البرنامج) = 3640 وات حال تركيب الخلايا علي زاوية 45
  حجم الألواح المطلوبة =4775/3640= 1.31 كيلو وات
  فيتم هنا استخدام 6 الواح بقدرة 250 وات.
  و لو كان الموقع مدينة لندن:
  الأنتاج اليومي لواحد كيلو وات الواح شمسية في شهر ديسمبر (اسواء شهر من الجدول في البرنامج) = 900 وات فقط حال تركيب الخلايا علي زاوية 64
  حجم الألواح المطلوبة =4775/900 = 5.3 كيلو وات
  فيتم هنا استخدام 22 لوح بقدرة 250 وات.

  و هنا يتضح اهمية معرفة موقع المشروع لتصميم منظومة شمسية مستقلة فليس من المنطقي تصور ان توليد الألواح للكهرباء في لندن مثل القاهرة
  كما يتضح اهمية معرفة عدد ساعات تشغيل الأجهزة الكهربائية, فنعد تشغيل موتور المياه المذكور في الجدول 5 ساعات مثلأ بدل نصف ساعة نحصل علي حجم الواح شمسية اكبر بكثير

• الأنفرتر:
  خطوة تحديد حجم الأنفرتر و هي الخطوة السهلة التي يعرفها الجميع
  اقصي حمل عند تشغيل جميع ألأجهزة في نفس الوقت = 100+100+750+150+50 = 1150 وات ساعة
  فيتم استخدام انفتر بقدرة لأ تقل عن 1.2 كيلو وات, مع الأخذ في الأعتبار ان يكون من النوع الذي يعطي قدرة 3 اضعاف Surge Power عند بداية تشغيل المواتير.
  و يلأحظ هنا ان قدة الأنفرتر لأ علاقة لها بالموقع الخغرافي أو بقدرة الألواح, فيتم استخدام نفس الأنفرتر في القاهرة و لندن و اي مكان اخر.
• البطاريات:
  يجب أولا استخدام برنامج تصميم البطاربات للحصول علي المعلومات الأتية:
  طول النهار في شهر ديسمبر في مدينة القاهرة = 10.27 ساعة
  اقصي انتاجية (وات ساعة) لواحد كيلو وات من الخلايا خلال النهار في ديسمبر= 420 وات ساعة
  يتم رسم منحني الأحمال اليومي باستخدام برنامج الاتوكاد كما في الصورة
  
  يتم رسم شكل بيضاوي Ellipse في الأتوكاد لانتاجية الألواح علي مدار اليوم في القاهرة, شهر ديسمبر باستخدام بيانات البرنامج و هي كما يلي:
  طول النهار = 10.27 ساعة (عرض البيضاوي)
  اقصي انتاجية في الظهيرة ل1.5 كيلووات من الألواح = 1.5* 420 = 630 وات (ارتفاع البيضاوي)
  الساعة 12 ظهرأ هي مركز البيضاوي
  
• يتم من رسمة الأتوكاد تحديد مساحة الأستخدام الليلي للأجهزة الكهربائية (رسم Bpoly و تحديد مساحته كما في الصورة)
  

  و من المثال يتضح ان حجم الستهلاك الليلي = 1990 + 686 = 2676 وات

• يتم تحديد حجم القدرة التخزينية المطلوبة طبقا للمعادلة الأتية:
  القدرة التخزينية = الأستهلاك / (معدل التفريغ *(1- فاقد دورة الشحن))
  و بافتراض ان معدل التفريغ = 60% ( النسبة المثلي)
  و فاقد دورة الشحن = 20%
  تكون القدرة التخزينية المطلوبة = 2676 / (0.6 * 0.8) = 5575 وات
• و في حال استخدام بطارية ذات جهد 12 فولت يكون اجمالي الأمبير المطلوب = 5575/12 = 464 امبير
  و هنا في هذا المثال يمكن استخدام الأتي مع مراعاة مواصفة منظم الشحن:
  عدد 4 بطارية قدرة 120 امبير
• منظام الشحن:
  قدرة الخلايا كما سبق 1500 كيلو وات
  في حال استخدام منظم شحن 48 فولت يكون امبير الشحن المطلوب = 1500/48 = 30 امبير
• النتائج النهائية للتصميم:
  الألواح 1.5 كيلو وات
  الأنفرتر 1.2 كيلو وات
  البطاربات عدد 4 سعة 120 امبير
  منظم الشحن 48 فولت/ 30 امبير

مميزات المحطة المستقلة

• لآ تتأثر بانقطاع التيار الكهربائي في الشبكة العمومية
• تصلح في المناطق النائية التي لا تصلها شبكة الكهرباء و يصعب فيها الحصول علي مصدر طاقة بديل مثل البنزين او الديزل
• التوفير في البنية التحية كتمديد كابلات الكهرباء و محولات الضغط
• لأ تحتاج الي اي تراخيص أو تصاريح حكومية
• يمكن تنفيذ المحطة المستقلة و توصيل الكهرباء لمشروع صغير خلال 24 ساعة, اما في المشاريع الكبيرة فمدة التنفيذ تعتمد علي قدرات الشركة المنفذة و لكن بصف عامة يمكن توصيل كهرباء لمبني كامل خلال اسبوع واحد فقط

عيوب المحطة المستقلة

• من المسلم به عموما انه غير اقتصادي تركيب نظام مستقل كبير بما يكفي لتوفير الطاقة للأحمال الكبيرة مثل تكييف الهواء أو التدفئة المركزية أو المصانع.
• في معظم التطبيقات يلزم عمل بطاريات لتخزين الطاقة تفي باحتياجات الكهرباء لمدة يحددها العميل حسب استخدامه و احتياجاته, تكلفة هذه البطاريات كبيرة بالنسبة الي عمرها الأفتراضي.
  بالنسبة الي نظام طلمات المياه التي تعمل بالطاقة الشمسية فهي لآ تحتاج الي بطاريات تخزين و المضخة تعمل من الشروق حتي الغروب تلقائيا
• يلزم تنفيذ المحطة لتفي بكافة احتياجات الكهرباء في اسواء شهر سطوع شمسي من شهور السنة.
  بالتالي يحدث فائض كهرباء لا يمكن الأستفادة منه في باقي الشهور.
  في الدول العربية مثلأ الأنتاج الصيفي للألواح يزيد عن الأنتاج الشتوي بنسبة تصل الي 40% و هي نسبة معقولة.
  و يمكن علي اي حال الأستفادة من هذه الطاقة الزائدة باضافة بعض الأجهزة ذات الأستخدام الصيفي مثل المراوح او التكييفات.
  اما في دول شمال اوروبا مثلأ فهذه النقطة مشكلة كبيرة حيث نجد ان الأنتاج الصيفي للألواح يزيد عن الأنتاج الشتوي بنسبة تصل الي 250% , و ذلك بالأضافة الي الأحتياج الي انظمة تدفئة اثناء الشتاء.
  كل هذا يجعل اللجوء الي تنفيذ محطة شمسية مستقلة في تلك الدول امر في غاية الصعوبة و ذو تكلفة مرتفعة جدا مع وجود فائض متضخم للأنتاج الكهربائي اثناء الصيف ليس له اي استخدام او فائدة.
  في هذه الحالات من الأفضل تنفيذ محطة متصلة بالشبكة التي يمكن فيها بيع الفائض الصيفي الي شركات توزيع الكهرباء و استكمال الأحتياج الشتوي من الشبكة
• في حالة وجود طقس غائم لمدة تزيد عن المعايير التي تم علي اساسها التصميم يحدث قصور في انتاجية الخلايا.
  من الأفضل في الأستخدامات التي لا يمكن الأستغناء فيها نهائيا عن الكهرباء لأي فترة زمنيه عمل محطة هجين مع وجود مصدر بديل للطاقة مثل السولار.
  و ذلك بدل من عمل بنك بطاريات و عدد الواح شمسية متضخمة لتوفير الطاقة في الظروف الجوية النادرة الحدوث
• هناك فاقد كبير للطاقة الكهربائية يحدث اثناء دورة شحن و تفريغ البطاريات.
  هذا الفاقد يصل الي 30% لمجرد شحن و تفريغ البطاريات و ذلك بالأضافة الي حوالي 5% فاقد في منظم الشحن و 5% فاقد في الأنفرتر. و بذلك يصل اجمالي الفاقد الي حوالي 40% من الطاقة التي تم توليدها بواسطة الألواح.
  بالمقارنة في النظام الشمسي المتصل بالشبكة لآ يوجد بطاريات أو منظم شحن فيقتصر الفاقد علي ألأنفرتر و الكابلات ليصل الي 5% فقط

أسئلة شائعة عن المحطة المستقلة Off Grid

• كل استخدامي اثناء النهار لماذا احتاج لبطاريات؟

  الكهرباء التي يتم توليدها بواسطة الألواح غير مستقرة اثناء النهار و بالتالي تحتاج الي موازنة النظام Balance of System.
  فيتم تخزين في بطاريات ما لأ يقل عن 30% من الأحتياج النهاري للطاقة و استخدام هذا المخزون اثناء فترات الغيوم و ضعف اشعة الشمس.

• ما حجم البطاريات المطلوب؟

  القدرة التخزينية للبطاريات تعتمد علي اوقات تشغيل الأحمال الكهربائية. فمثلأ لو كان المشروع عبارة عن انارة شوارع أو مزرعة للدواجن و كل الأحمال في الليل سوف تجد ان كل كيلو وات الواح شمسية قد تحتاج الي 8 بطاريات 12 فولت 200 امبير. اما إذا كان المشروع عبارة عن كرفان لمكتب يستخدم في النهار فقط و يحتوي علي مراوح و كمبيوتر و طابعة, سوف نجد ان الكيلو وات ألواح شمسية يحتاج الي عدد 2 بطارية 200 امبير فقط.
  و من برنامج تصميم المحطة المستقلة يمكن حساب قدرات هذه البطاريات بدقة.
  و بصفة عامة للأستخدامات المنزلية التقليدية لكل كيلو وات ألواح شمسية نحتاج الي 4 بطاريات 12 فولت 200 امبير, و هذه هي السعة التي يتم علي اساسها وضع الأسعار المبدئية للنظم المستقلة في شركتنا

• اين يتم وضع الانفرتر ؟

  يجب وضع الانفرتر و البطاريات في مكان مغلق جيد التهوية و بعيد عن اشعة الشمس المباشرة و الأتربة و الأمطار
  لان الانفرتر جهاز إلكتروني حساس مثل الكمبيوتر و التليفون المحمول. و ببساطة المكان المناسب لترك الكمبيرتر او تليفونك المحمول لمدة عام هو مكان مناسب ايضأ لوضع الأنفرتر.
  فلا يمكن مثلا ان تترك تليفون محمول لمدة عام في الهواء الطلق علي سطح دون ان يتلف.
  كما لأ يمكن ترك كمبيوتر يعمل و هو داخل علبة صاج دون تهوية, لأن ذلك سوف يتسبب في ارتفاع كبير لدرجة الحرارة

• ما هي افضل مسافة بين الانفرتر و البطاريات؟

  يجب ان يوضع الانفرتر قريب جدا من البطاريات علي مسافة لأ تزيد عن 3 متر, لان جهد بنك البطاريات عادة لأ يزيد عن 48 فولت , و زيادة هذه المسافة تتسبب في فاقد كبير للكهرباء و مقطع سلك كبير

• ما هي المساحة المطلوبة للألواح الشمسية؟

  1- هيكل علي شكل مظلة: 6.6 متر مسطح لكل كيلو وات الواح
  2- شاسيهات منفصلة علي الأرض: 14 متر مسطح لكل كيلو وات الواح
  يمكن استخدام التطبيق شركة النصر سولر لحساب هذه المساحة

• ما هي اقل قدرة استطيع تركيبها؟

  لأ يوجد حد ادني و يتم حساب احتياجاتك من برنامج تصميم المحطة المستقلة
  و لكن بصفة عامة الانفرتر الصغير سعره غالي بالنسبة الي قدرته الصغيرة, كما ان هناك تكاليف ثابتة تتعلق بالنقل مصاريف التركيب, مما يجعل اي محطة شمسية بقدرة اقل من 2 كيلو وات ساعة مرتفعة التكاليف بالنسبة الي قدرتها الصغيرة.

• ما هي زاويا ميل الألواح الشمسية؟

  الرجاء مراجعة صفحة زوايا تركيب الخلايا للحصول علي اجابة وافية و حساب الزاوية المناسبة لك, علما ان هذه الزاوايا ليست قيم ثابتة لأن كل موقع خغرافي علي الخريطة له الزاوايا المناسبة له