المحتويات
يكمن النجاح دوماً بمعرفة استغلال الموارد الطبيعية المتاحة بذكاء و الطّبيعة زوّدتنا بموارد ضخمة و كل ما علينا معرفته هو كيفية الاستفادة منها
في الآونة الأخيرة ازداد التلوث البيئي بشكل ملحوظ ، الأمر الذي دفع الكثير من دول العالم إلى استغلال الموارد الطبيعية وأهمها الشمس و الطاقة الشمسية الصادرة عنها لتوليد الطاقة الكهربائية، فإذا كنت من مشجعي الطاقة البديلة تابع معنا هذا المقال لتعرف كم لوح شمسي تحتاج لتشغيل منزل.
ما هي الطاقة الشمسية
هي الضوء و الحرارة المنبعثان من الشمس ،حيث تم تطوير تقنيات استخدام الطاقة الشمسية كاستخدام الطاقة الحرارية للشمس سواء للتسخين المباشر أو ضمن عملية تحويل ميكانيكية لحركة أو لطاقة كهربائية، أو لتوليد الكهرباء عبر الظواهر الكهروضوئية باستخدام الألواح الشمسية بالإضافة إلى التصميمات المعمارية التي تعتمد على استغلال الطاقة الشمسية، و هي تقنيات تستطيع المساهمة بشكل بارز في حل بعض من أكثر مشاكل العالم إلحاحا اليوم.
مكونات نظام الطاقة الشمسية
في البداية يجب التعريف بمكونات نظام الطاقة الشمسية التي نحتاجها لتشغيل المنزل، وهي على الشكل التالي:
- الألواح الشمسية المستخدمة
يتكون كل لوح شمسي من عدد كبير من الخلايا الشمسية و الخلية الشمسية هي عنصر إلكتروني يقوم بامتصاص الفوتونات الساقطه من اشعة الشمس، و ذلك من خلال تحويل الضوء المستمد من الشمس ، و تحويلها إلى تيار كهربائي مستمر ثم إلى كهرباء باستخدام مواد لديها القدرة على هذا العمل مثل السليكون الذي يستخرج من الرمل النقي، و الذي يؤدي سقوط ضوء أشعة الشمس عليه إلى احداث حركة في الإلكترونات حيث تؤدي هذه الحركة إلى توليد التيار الكهربائي، و بصفة عامة تصنع الخلايا الشمسية من مواد بلورية كالسيلكون البلوري أو من مواد لابلورية رقيقة كالسيلكون اللابلوري، أو من مواد مترسبة كطبقات فوق شرائح من شبه الموصلات تتكون من أرسنيد الجاليوم.
- المحول العاكس ( الانفرتر)
يعد العاكس أحد عناصر منظومة توليد الطاقة الشمسية ، و من أهمها ، كونه يحول التيار المستمر إلى تيار متردد لاستخدامه في الأغراض المنزلية.
أفضل الأنواع المستخدمة العاكس ذو الموجة الجيبية النقية يستخدم هذا العاكس من أجل توفير طاقة ذات جودة عالية ، و يصلح لتشغيل جميع الأجهزة الكهربائية المنزلية بكفاءة عالية و بدون ضوضاء، و هو الأكثر موثوقية للاستخدام في أنظمة الخلايا الكهروضوئية المنزلية، و الأنظمة الأرضية المربوطة على الشبكة.
- القواطع والفيوزات
تستخدم القواطع والفيوزات في حماية و توصيل عناصر النظام الشمسي بحسب المخطط الكهربائي و نوع النظام الشمسي المستخدم في توليد الطاقة.
- منظم الشحن
هو جهاز إلكتروني يقوم بتنظيم الجهد الكهربائي الوارد من الخلايا الشمسية قبل مروره إلى البطاريات، و كذلك الصادر من البطارية إلى الحمل الكهربائي ؛و ذلك للمحافظة على البطاريات المستخدمة و التأكد من شحنها واستخدامها بصورة أمثل.
- البطاريات
تستخدم مجموعة من البطاريات في النظام الشمسي لتخزين الطاقة الكهربائية المنتجة بواسطة الألواح الشمسية أثناء سطوع الشمس في النهار، لاستخدامها أثناء فترة غياب الشمس و تتعدد أنواع البطاريات المستخدمة أنظمة الطاقة الشمسية منها:
بطاريات النيكل المعدنية:
وهي من البطاريات القابلة لإعادة الشحن، ويستخدم فيها سبيكة تمتاز بقدرتها على إمتصاص الهيدروجين كقطب سالب، وقطب موجب من هيدروكسيد النيكل ويمتاز المحلول المستخدم فيها بموصليته العالية بالإضافة إلى أن النيكل المستخدم في هذا النواع غير قابل للانحلال في محلول البطارية مما يكسبها عمراً طويلاً وتمتاز هذه البطارية بسعتها الكبيرة
بطارية الليثيوم:
تعد بطارية الليثيوم من أهم الأنواع الواعدة في صناعة البطاريات وذلك بسبب تمتع الليثيوم بخواص كهروكيماوية مميزة ومزايا عديدة، منها:
- طاقة التخزين العالية وكذلك طاقتي الشحن والتفريغ.
- ارتفاع فولطية الخلايا فيها ( تساوى ثلاثة أضعاف فولطية مراكم النيكل الكاديوم).
- التحكم الجيد والسلس بمستوى شحن هذا النوع من المراكم أثناء العمل.
- انخفاض درجات الحرارة الناجمة عن التفاعلات الكيماوية أثناء عمليات الشحن والتفريغ.
- خفة وزنها وعدم تأثرها بعدد دورات الشحن والتفريغ.
- البطارية الحمضية الرصاصية:
و هي بطارية تخزين تتكون من مجموعة خلايا، وتتكون كل خلية فيها من ثلاثة أجزاء رئيسة هي قطب موجب، وآخر سالب مغمورة في محلول حمضي خاص من حامض الكبريتيك المخفف، وتعد هذه المركم الأكثر استعمالًا في الأنظمة الكهروضوئية بسبب كلفتها المنخفضة، ويمكن أن تعمر لعدة سنوات إذا ما أحسن استخدامها وصيانتها، وجهد الخلية الاسمي فيها 2 فولط حيث يتم جمع 6 خلايا لتشكيل بطارية 12 فولط
بطارية الجل
هي بطارية تقليدية والفرق الرئيسي بينها وبين البطارية التقليدية المفتوحة، هو وجود مادة الجل التي تحمل المحلول الكهربائي، ويتم تحويل الغازات التي تنتج أثناء عملية الشحن داخل بطارية الجل، وتسمى هذه العملية بإعادة الدمج والتي تمنع الغازات من التسرب للخارج مما يجعل بطارية الجل مناسبة جدًا لاستخدامها
بطارية الحشوة الزجاجية
وهي بطارية ذات الدورة العميقة تمتاز بوجود فاصل من ألياف زجاجية رقيقة تحمل المحلول الكهربائي داخلها .
- لوحات تجميع دارات النظام الشمسي
وهي لوحات خاصة تستخدم في تجميع دارات عناصر النظام الشمسي ببعضها، باستخدام القواطع والفيوزات لتوصيل التيار وفصله.
كم لوح شمسي تحتاج لتشغيل منزل يعمل بالطاقة الشمسية
يجب اعتماد عدة خطوات لحساب عدد الألواح المطلوبة على الشكل التالي:
أولاً: حساب الاستهلاك الكهربائي للأجهزة الكهربائية المنزلية
ثانياً:حساب عدد البطاريات المطلوبة
ثالثاً: حساب عدد الألواح الشمسية
رابعاً: حساب تيار منظم الشحن المناسب
خامساً: حساب قدرة الانفرتر المناسب
الخطوة الأولى: حساب الاستهلاك الكهربائي للأجهزة الكهربائية المنزلية و تتم هذه العملية باتباع الخطوات التالية:
- فرز الأحمال الكهربائية المراد تشغيلها
تحديد استطاعة كل جهاز كهربائي بالواط من خلال البيانات المرفقة على الجهاز الكهربائي، أو من خلال قياس شدة تيار الجهاز وضربها بالفولتية لمعرفة الاستطاعة.
- تحديد ساعات التشغيل اليومية لكل جهاز كهربائي.
- تحديد قدرة تيار الإقلاع.
كيف يمكن حساب الاستهلاك اليومي للجهاز؟
يحسب من العلاقة التالية
الاستهلاك اليومي للجهاز = استطاعة الجهاز ×عدد الأجهزة× عدد ساعات التشغيل
مع مراعاة الابتعاد عن التقديرات العشوائية أو التقريبية للخطوات المذكورة سابقاً. وبعد معرفة الاستهلاك الكلي لجميع الأحمال الكهربائية يتم إضافة نسبة ما بين 25%و 30% من أجل تعويض الفاقد الناتج عن مكونات النظام الشمسي.
ينتج هذا الفاقد نتيجة عدة عوامل تؤثر على إنتاجية اللوح الشمسي وتجعلها تنتج طاقة بقدرة أقل، وذلك بسبب تراكم الغبار على الألواح وارتفاع درجة الحرارة، كما أن التيار الداخل للمنظم ليس مثل التيار الخارج بسبب وجود الفاقد، الأمر نفسه ينطبق على الانفرتر والبطاريات.
بالتالي يمكننا تحديد استطاعة البطاريات المستخدمة ،والتيار الكلي المعطى بالعلاقة
التيار الكلي = إجمالي الطاقة المستهلكة باليوم /فولتية النظام.
الخطوة الثانية
حساب عدد البطاريات المطلوبة
في البداية يجب معرفة المعلومات التالية وأتباعها كخطوات لتسهيل عملية الحسابات:
- قيمة التيار الكلي للنظام باليوم الواحد
- جهد النظام
- عمق التفريغ
- عدد أيام التخزين أو عدد الأيام المتوقع أن يكون فيها الجو غائم
- تصحيح درجة الحرارة
خطوات الحساب
- قيمة الأمبير المراد تخزينه في البطارية = التيار الكلي لليوم × عدد أيام التخزين
- نسبة عمق تفريغ البطارية يجب ألا تتجاوز 80% وللحصول على سعة تخزين البطاريات المطلوبة تحسب كالتالي
سعة التخزين للأمبير= الامبير المراد تخزينه × نسبة عمق التفريغ
بعد ذلك يمكن اختيار السعة الأمبيرية بالساعة للبطارية
درجة حرارة الموقع المحيطة للبطاريات
لا تعتمد سعة البطارية فقط على معدل التفريغ بل أيضاً على معامل درجة الحرارة المحيط بالبطاريات، و التي تقدر حسب الظروف الجوية لكل منطقة
تحديد عدد البطاريات
يحسب بتقسيم السعة الكلية لنظام البطارية على سعة البطارية التي تم اختيارها
تحديد فولتية البطاريات يعتمد على فولتية النظام الشمسي المستخدم أي في حال كانت فولتية النظام 12 فولت يجب أن تكون فولتية البطاريات أيضاً 12 فولت
الخطوة الثالثة
حساب عدد الألواح الشمسية
لاتمام هذه العملية يتم اتباع الخطوات التالية
- معرفة عدد ساعات معدل الإشعاع الشمسي اليومي
- تحديد الاستطاعة المطلوبة من الألواح الشمسية تحسب كالتالي:
الاستطاعة المطلوبة من الألواح الشمسية = القدرة الإجمالية للأجهزة الكهربائية بعد تعويض الفقد / معدل الإشعاع الشمسي.
- الآن بعد معرفة معدل الإشعاع الشمسي وتحديد الاستطاعة المطلوبة من الألواح الشمسية، يمكنك اختيار لوح مناسب من أي شركة متخصصة لصناعة الألواح الشمسية.
- بعد تحديد الاستطاعة الكلية للألواح واختيار قدرة لوح شمسي يمكنك معرفة عدد الألواح المطلوبة كالتالي:
عدد الألواح المطلوبة = الاستطاعة الكلية للألواح / قدرة اللوح الواحد
الخطوة الرابعة
حساب تيار منظم الشحن المناسبين
يتم اختيار مواصفات منظم الشحن المطلوب للنظام الشمسي بناءً على قيمة تيار القصر للوح الشمسي وعدد الألواح المحسوبة مع إضافة نسبة أمان 25% كالتالي:
تيار الشحن = تيار القصر ×عدد الألواح.
الخطوة الخامسة
حساب قدرة الانفرتر المناسب
يتم حساب قدرة الانفرتر بناءً على مجموع قدرة الأجهزة الكهربائية المنزلية، وبإضافة معامل أمان بنسبة 30%.
مستقبل الطاقة الشمسية و الطاقة المتجددة
هناك توجّه ضخم و على مستوى عالمي لإنقاذ الكوكب والتخفيف من الاحتباس الحراري وتخفيف استخدام الوقود الأحفوري , وذلك عن طريق الانتقال إلى استخدام الطاقة الشمسية و الطاقة النظيفة بشكل عام
قد يعجبك أيضاً:
الذكاء الاصطناعي