تجاوز إلى المحتوى الرئيسي
تابعنا على تيليجرامانضم

مراجعة مكثّفة

ملخصات الطاقة المتجددة توجيهي فلسطين

الأفكار الأساسية لكل موضوع في مادة الطاقة المتجددة، مبنية من المنهج المقرّر. هذه نظرة سريعة، افتح الملخص كاملاً مع البطاقات والأسئلة داخل TawjihiAI.

افتح الملخص كاملاًكل المواد

آخر تحديث:

مقدمة في الطاقة الشمسية

٣ مواضيع

أدوات الحماية والأمان في أنظمة الطاقة الشمسية

أدوات الحماية

  • الخوذة: هي من أهم أدوات الحماية؛ حيث تحمي الرأس من التعرض إلى سقوط أجسام عليها، أو تعرضها لشظايا متطايرة، وكذلك تحمي الرأس من التعرض المباشر لأشعة الشمس.
  • حذاء السلامة: يضمن حماية القدمين من الجروح؛ نتيجة الدعس على شظايا حادة في موقع العمل، وتقي القدم من سقوط أجسام ثقيلة عليها.
  • الكمامات: تمنع استنشاق الأبخرة المضرة الناتجة عن عملية اللحام.
  • النظارات الواقية: تحمي العينين من خطر التعرض للشظايا في أثناء القص أو اللحام، وتضمن أيضاً عدم تعرض العينين إلى سوائل خطرة، أو أبخرة متطايرة.
  • القفازات (الكفوف): تحمي الكفين في أثناء العمل، فمنها ما يحمي الكفين من الحروق والجروح المحتملة، ومنها ما يحمي من خطر التعرض للصدمة الكهربائية.
  • اللباس الكامل (الأفرهول): يضمن عدم تعرض أجزاء الجسم إلى إصابات، أو وقوع مواد مضرة، وملامستها للجلد.

ألواح الطاقة الشمسية (PV Panels)

أتعلّم

  • الطبقة السالبة ⁦(N)⁩: هي الطبقة العلوية القابلة للشمس من الخلية الشمسية، وتكون مشوبة بعنصر خماسي مثل الفسفور، لتعطيه خاصية ضخ إلكترونات عند اصطدام الفوتونات بها، حيث إنّ الفوتونات هي الجسيمات متناهية الصغر حاملة للطاقة، وتنقل الطاقة الضوئية من الشمس إلى سطح الخلية.
  • الطبقة الموجبة ⁦(P)⁩: هي الطبقة السفلى من الخلية الشمسية، وتكون مشوبة بعنصر ثلاثي مثل البورون، ليعطيه خاصية امتصاص الإلكترونات.
  • الخلايا الشمسية.
  • الإطار المعدني.
  • الزجاج الأمامي.
  • مادة الظهر الداعمة.

المفاضلة بين أنواع الأنظمة الشمسية

الأنظمة المرتبطة مع الشبكة:

  • هي عبارة عن الأنظمة الشمسية التي تُربَط مع شبكة الكهرباء العامّة؛ إذ إنّها لا تحتاج إلى وسيلة تخزين للطاقة الكهربائية (بطاريات)؛ أي عند زيادة كمية إنتاج الطاقة الكهربائية من النظام الشمسي عن الكمية المطلوبة للأحمال، كما في فصل الصيف، إذ تُضَخّ الطاقة الفائضة في شبكة الكهرباء المحلية، الشكل (1).
  • وفي حالة عجز النظام الشمسي عن تغطية كامل الحمل المطلوب كما هو في فصل الشتاء، تُستهلَك الكمية المطلوبة من الشبكة المحلية والنظام الشمسي.
  • الألواح الشمسية: تعمل على توليد الطاقة اللازمة وَفق إجمالي قدرة الألواح الشمسية.
  • الإنفيرتر الكهربائي: يُستخدَم لتحويل الجهد المستمر ⁦(DC)⁩ الخارج من الألواح الشمسية إلى جهد متناوب ⁦(AC)⁩.
  • عدّاد طاقة الكهربائية يُركّب وَفق نظام الاحتساب مع شبكة الكهرباء.
  • الحامل المعدني، والتوصيلات، والحمايات، وكوابل التوصيل، ونظام التأريض.

المحطات الشمسية المنفصلة عن شبكة الكهرباء المحلية

٥ مواضيع

حساب الأحمال الكهربائية، واختيار شهر التصميم

الأحمال الكهربائية:

  • متوسط الاستهلاك في السنين أو الشهور السابقة: ويمكن معرفة هذه القيم بناءً على قراءة العدّادات، أو الفواتير، أو الفواتير العائدة لمنشآت مماثلة.
  • مواصفة القدرة المكتوبة على كلّ جهاز: بحيث تُحدَّد قدرة كلّ جهاز، وعدد الساعات الاستعمال المتوقّعة.
  • اتّباع قيم الاستهلاك النمطية: وذلك في حالة التصميم لأحمال غير قائمة، أو غير محدّدة؛ إذ يجب تزويد المصمّم بالأجهزة التي يجب توفّرها بالعادة في المنازل أو المنشآت التي تطلب المحطات الشمسية بكثرة، وفترة تشغيلها، فيكون قادراً على توقّع حجم الأحمال توقّعاً قريباً جداً للواقع.
  • معدل الاستهلاك اليومي لكلّ شهر وَفق الأحمال، ويُرمَز له بالرمز ⁦(E)⁩.
  • معدل الإشعاع الشمسي اليومي لكلّ شهر، ويُرمَز له بالرمز ⁦(H)⁩.
  • إنتاج اللّوحات الأفقية في الغالب يكون أقلّ من إنتاجها فيما لو كانت مائلة.

تصميم البطاريات والألواح الشمسية، وحساب حجميهما

الجدول (1): عدد أيام الاستقلالية

  • R=1−kb−kc−kvR = 1 - k_b - k_c - k_v
  • Eb=ERE_b = \frac{E}{R}
  • C=Eb×NDoD (واط. ساعة)C = \frac{E_b \times N}{DoD}\ \text{(واط. ساعة)}
  • مع ملاحظة أنّ النتيجة التي نحصل عليها تكون بوحدة (الواط.
  • ساعة ⁦-Wh⁩)، بينما المصنّعون يعرضون منتجاتهم محدّدة بوحدة (أمبير.
  • ساعة ⁦-Ah⁩)، ويمكن التحويل إلى وحدة الثانية بمجرد قسمة سَعَة البطارية الناتجة ⁦(Wh)⁩ على فرق جهد البطارية، فنحصل على ⁦(Ah)⁩.

مواصفات الإنفيرتر ومنظّم الشحن في المحطات المنفصلة عن الشبكة

وتجدر الإشارة إلى وجود عدّة مهامّ لمنظّم الشحن الشمسي، ويمكن توضيحها كما يأتي:

  • توصيل القدرة المحصّلة من الألواح الشمسية إلى البطارية ضمن مراحل الشحن المناسبة.
  • منع التيار العكسي (عودة القدرة من البطارية نحو الألواح الشمسية).
  • تنظيم عملية تزويد القدرة الثابتة للأحمال.
  • توفير حمايات إضافية ضدّ فروق الجهد والتيارات المرتفعة، وضدّ عملية قلب أقطاب فرق الجهد.
  • هناك أنواع أخرى من منظّمات الشحن كانت مستخدمة قديماً وهي غير مستعملة حالياً. إلّا أنّ الطريقتين السابقتين هما الأكثر توفّراً حالياً، وهما ما يحكم مبدأ عمل منظّم الشحن من جهة الألواح الشمسية؛ بهدف جمع قدرتها.
  • وسوف تُدرَس تفاصيل عمل كلّ منها في المواقف اللاحقة. والشكل (2) يوضّح منظّم شحن من نوع ⁦PWM⁩:

اعتبارات تصميم الإنفيرترات ومنظّمات الشحن في النظام الشمسي المنفصل عن الشبكة

أتعلّم

  • تعرّفتُ في المواقف السابقة إلى كيفية حساب حجم بنك البطاريات، وحجم حقل توليد الطاقة الشمسية، وفي هذه المرحلة سأتطرّق إلى اختيار البطاريات واللوحات التي تحقق هذه القيم، ثم العمل على توصيلها معاً بطريقة ملائمة باستخدام منظمات الشحن والإنفيرترات المناسبة؛ لتكوين محطة شمسية منفصلة عن الشبكة، ومتكاملة.
  • وتجدر الإشارة إلى أن عملية اختيار البطاريات وتوصيلها تحتمل أكثر من سيناريو؛ نظراً لتعدّد البطاريات المتوفرة في السوق، لذلك يمكن التصميم، ثم إعادة فحص النتائج.
  • حساب التيار عند مدخل المنظّم (بين اللّوحات والمنظّم): يتمّ في هذه المرحلة احتساب قيمة تيار دارة القصر لكل إسترينج (أو لوحة)، مع إضافة معامل أمان بنسبة 25%، وبعدها جمع كل الإسترنجات:
  • حساب الجهد عند مدخل المنظّم (بين اللّوحات والمنظّم): يجب أن يكون فرق جهد الشاحن واللّوحات معيارياً وبالقيمة المعيارية نفسها؛ وهذا لا يعني أن فرق الجهد سيكون متطابقاً، لكن يجب أن يكون في المجال المعياري نفسه؛ لأن أيّة زيادة في فرق جهد الألواح الشمسية سيتسبّب بخسائر إضافية في النظام، وبالتالي فعلى الشاحن ذي فرق جهد معياري محدّد تحمّل أعلى فرق جهد يمكن للوحة الشمسية إنتاجه (في أقل درجة حرارة ممكنة):
  • حساب التيار عند مخرج المنظّم (بين المنظّم والبطاريات): يكون التيار الداخل للشاحن هو ذاته الخارج منه في منظّمات الشحن من نوع ⁦(PWM)⁩:
  • حساب الجهد عند مخرج المنظّم (بين المنظّم والبطاريات): يكون الجهد المعياري لمدخل الشاحن هو ذاته للمخرج في منظّمات الشحن من نوع ⁦(PWM)⁩:

تركيب محطّة شمسية منفصلة عن الشبكة بجهد معياري 12 فولت

أتعلّم

  • بعد تركيب المحطّة الشمسية المنفصلة عن الشبكة، وبدء تدفّق الطاقة الكهربائية إلى بنك البطاريات من الألواح الشمسية في ساعات الذروة، وتدفّق الطاقة من البطاريات إلى الأحمال، لا بدّ من متابعة حالة شحن البطارية؛ حيث تُعدّ حالة شحنها في الأنظمة الشمسية المنفصلة عن الشبكة مسألة مهمة، وعلى أساسها قد يقرّر المستخدم زيادة مستوى استهلاكه للطاقة، أو تقليل مستواه، خصوصاً في حالات الإشعاع الشمسي المنعدمة أو الضعيفة، ويُعرّف مستوى شحن البطارية بعدّة طرق، منها: قياس فرق الجهد بين طرفيها، إلا أن العلاقة بين فرق الجهد وحالة الشحن تتغيّر في حال وجود أحمال، أو مصادر شحن.
  • وفي الأنظمة الشمسية المنفصلة عن الشبكة يقدّر الإنفيرتر حالة الشحن لبنك البطاريات باستخدام حسابات خاصة تعتمد على حجم الحمل، ووجود مصادر شحن.
  • اختيار المكونات الأساسية للمحطّة الشمسية، وتحديد مواصفات كل جهاز وفرق جهده المعياري، من خلال معرفة فروق الجهد التي يعمل عليها، من خلال الاطلاع على المواصفات المكتوبة على كل جهاز، كما هو مبيّن في الجدول (2) أدناه:
  • 2 - التأكد من مواءمة جميع المكونات المختارة وجاهزيتها في المحطّة، وإمكانية أن تعمل ضمن مجال فرق الجهد والتيار نفسه؛ أي بالقيم المعيارية نفسها.
  • على منظّم الشحن أن يتحمّل جهد الدّارة المفتوحة للّوح الشمسي، وتيار دائرة القصر على المدخل، مع إضافة معامل أمان إضافي قيمته 25%.
  • رسم مخطط تفصيلي وضّح الكيفية التي يجب أن يوصل فيها كل جهاز مع الآخر، كما في الشكل (3) الآتي:

تصميم المحطات الشمسية المتصلة بشبكة الكهرباء المحلية

٤ مواضيع

الأنظمة المرتبطة بالشبكة

الأنظمة المرتبطة مع شبكة الكهرباء العامة

  • الألواح الشمسية ⁦(Solar Modules)⁩.
  • إنفيرتر القدرة الكهربائي ⁦(Inverter)⁩: يُستخدم الإنفيرتر لتحويل الجهد المستمر ⁦(DC)⁩ الخارج من الألواح الشمسية إلى جهد متناوب ⁦(AC)⁩.
  • نظام قياس الطاقة الكهربائية ⁦(Metering System)⁩: بما أنّ النظام مرتبط بالشبكة المحلية والطاقة الكهربائية، سواء أكانت منتجة من النظام الشمسي أم مستهلكة من الشبكة المحلية، يكون لها تكلفة؛ لذلك يجب وجود نظام قياس لهذه الطاقة الكهربائية.
  • تُعدّ إنفيرترات القدرة الكهربائية من المعدات الإلكترونية؛ حيث تحوّل القدرة الكهربائية من ⁦(DC)⁩ إلى ⁦(230V / 50Hz - AC)⁩، كما يمكن تمثيل الإنفيرترات بدارة إلكترونية تتكوّن من مجموعة من المفاتيح الإلكترونية.
  • وعند تحويل المفاتيح إلى وضعية التوصيل ⁦(ON)⁩، أو الفصل ⁦(OFF)⁩ تبعاً لمقدار تردد موجة التيار المتناوب ⁦(AC)⁩ المطلوبة.
  • لكن من الجدير ذكره أنّ الإنفيرترات المستخدمة في الأنظمة الشمسية المرتبطة مع الشبكة المحلية تختلف عن الأنظمة الشمسية المستقلة عنها في المهام التي يقوم بها كل إنفيرتر، إضافة إلى البنية، والتركيب.

تحديد القدرة الاسمية لنظام شمسي مرتبط بالشبكة الكهربائية

تحديد كمية الاستهلاك السنوي للأحمال:

  • تركيب عداد طاقة لمراقبة الاستهلاك: يقيس هذا العداد كمية الطاقة المستهلكة من المنشأة، وتمتاز هذه الطريقة بدقة القياسات المعطاة، لكن من عيوبها أنها تحتاج إلى مدة طويلة لكي تعطي متوسطاً صحيحاً لاستهلاك الطاقة، فمثلاً: يجب أن يُركب العداد؛ لمراقبة أنماط الاستهلاك في الفصول المختلفة؛ ما يجعلها طريقة غير فعالة إذا احتجنا متوسط استهلاك بصورة سريعة.
  • إجراء الحسابات والتخمينات: تفند هذه الطريقة الأجهزة الكهربائية، وعدد ساعات عملها، وعليه تفند حساب كمية الطاقة المستهلكة، ومن ميزات هذه الطريقة أنها سريعة، ويمكن أن تُستخدم لتغطية التوسع المستقبلي للأحمال، أو حتى تقديرها قبل بناء المنشأة، ومن عيوبها أنها تفتقر إلى الدقة، وتعتمد على التخمين.
  • حساب الأحمال من الفواتير الشهرية: تُعد هذه الطريقة أكثر الطرق استخداماً؛ حيث يتم الرجوع إلى الفواتير الشهرية للمنشأة التي تحتوي على الطاقة المستهلكة بدقة لمدة سابقة تصل إلى سنة أو أكثر، ويتم إيجاد المتوسط الشهري؛ بجمع قيم الاستهلاك الكلي وقسمته على عدد الشهور. ومن ميزات هذه الطريقة أنها سريعة، وتعطي نتيجة جيدة بدقة، لكن من عيوبها أنها تعطي متوسط الاستهلاك لكامل المنشأة، وليس لأجزاء منها.
  • تقع فلسطين بين دائرتي عرض 29 و33 درجة شمال خط الاستواء، وكما تعلمت سابقاً، فإن كمية الطاقة الشمسية الواردة إلى السطح الأفقي تتراوح بين (2.3 – 8.7) كيلوواط. ساعة لكل متر مربع في اليوم الواحد.
  • والجدول (1) الآتي يوضح كمية الطاقة الشمسية الواردة لكل شهر في بعض المدن الفلسطينية:
  • خسائر حقل التوليد الناجمة عن درجة الحرارة، والغبار، والأتربة المتراكمة على الألواح، وظاهرة عدم توافق الألواح ⁦(Mismatch) (µs)⁩.

تحديد مكونات النظام الشمسي المتصل بالشبكة

أتعلّم:

  • تشكّل المحطات الشمسية المتصلة بالشبكة القسم الأكبر والسائد من المحطات الشمسية؛ بسبب كونها الشق المجد اقتصادياً للمحطات الشمسية.
  • ومكوناتها في قسم كبير منها هي مكونات المحطات المفصولة عن الشبكة نفسها مع فروق بسيطة في كيفية التصميم والتركيب لهذه المكونات، إلا أن هناك مكونات أخرى فريدة تمتاز بها فقط المحطات المرتبطة بالشبكة، وهذه ستكون موضع التركيز في هذا الموقف.
  • الألواح الشمسية.
  • الإنفيرترات الموصولة بالشبكة.
  • الهياكل المعدنية.
  • العدادات الكهربائية.

أنواع الأنظمة الشمسية المتصلة بالشبكة وآليات الاحتساب

أتعلّم:

  • تُعد الأنظمة الشمسية المتصلة بشبكة الكهرباء من الأنظمة الأوسع انتشاراً في فلسطين؛ إذ تتميز بانخفاض تكلفتها، وسهولة تنفيذها، مقارنة بالأنظمة المنفصلة عن الشبكة.
  • وبما أن النظام الشمسي يكون مرتبطاً مع الشبكة الكهربائية التابعة لشركات توزيع الكهرباء، فلا بد للنظام من اجتياز الاختبارات، وتحقيق متطلبات هذه الشركات، وسنتعرف في هذا الدرس إلى الأنظمة المرتبطة بالشبكة الكهربائية، وطبيعة العلاقة بين المستهلك وشركة التوزيع بعد تركيب النظام الشمسي.
  • فإنتاج هذه المحطات الشمسية غير مرتبط باستهلاك الطاقة للمستثمر.
  • فالمحطات الاستثمارية في كثير من الأحيان تكون بقدرة أعلى من الميجاوات بيك ⁦(1MWp)⁩، إلا أن هناك عدداً من المحطات الاستثمارية الأصغر؛ لأسباب تتعلق بصغر الاقتصاد الفلسطيني، أو بسبب قوانين تشجيعية، كالمبادرة الفلسطينية للطاقة الشمسية التي شجعت على تركيب محطات شمسية منزلية بقدرة 5 كيلوواط. بيك؛ لغرض الاستثمار، بحيث تم شراء الكهرباء من هذه المحطات الشمسية بتعرفة كهربائية مجزية:
  • هي أنظمة شمسية موصولة بالشبكة، الهدف منها هو توفير الطاقة للأحمال الكهربائية للمنشأة.
  • وفي هذه الأنظمة هناك عدة مكونات رئيسة، وهي: المحطة الشمسية، والأحمال الكهربائية، والعدادات الكهربائية، والشبكة الكهربائية، كما هي موضحة في الشكل (3) الآتي:

تركيب المحطات الشمسية المتصلة بشبكة الكهرباء المحلية

موضوعان

تركيب محطّة شمسية أحادية الطور مرتبطة بالشبكة بنظام البيع المباشر

تركيب محطّة شمسية أحادية الطور:

  • يُعدّ نظام التوليد المرتبط بالشبكة الأكثر انتشاراً في فِلَسطين مقارنة بالأنظمة المنفصلة عن الشبكة، ويتكوّن هذا النظام بشكل رئيس من حقل التوليد (الألواح الشمسيّة، والحامل المعدني)، والإنفيرتر، والحمايات، والوصلات.
  • وبعد تثبيت الهيكل المعدني والألواح الشمسية للمشروع، يُنتقَل إلى مرحلة التجميع الكهربائي، واعتماداً على المخطّطات الكهربائية؛ تُنفَّذ السترنجات ⁦(Strings)⁩، ويُثبَّت الإنفيرتر ⁦(Inverter)⁩، وألواح التيار الثابت والمتناوب، وصولاً إلى لوح عدّاد الطاقة الكهربائية، وتتمّ الخطوات كما يأتي:
  • القواطع الكهربائية ⁦(DC Circuit Breaker)⁩؛ للحماية المرتفعة من التيار الكهربائي.
  • حارفات الجهد المرتفع ⁦(Surge Arresters)⁩؛ للحماية من ارتفاع الجهد الكهربائي المفاجئ.
  • وفي المرحلة النهائية تُثبَّت أدوات الحماية من قواطع وحارفات جهد داخل اللّوح، وبعد تمديد كوابل التيار المستمرّ من الألواح الشمسية إلى لوح التيار الثابت، وتُجهَّز أطراف الكوابل بوصلة ⁦(MC4)⁩ في منطقة الألواح، كما في الشكل (5)، ويكون كلّ سترنج من الألواح الشمسية مزوّد بكابلين: أحدهما موجب، والآخر سالب، ونهايات هذه الكوابل مزوّدة بوصلات ⁦(MC4)⁩.
  • وتُقسَم هذه الوصلات إلى نوعين، هما: وصلة ⁦(MC4)⁩ موجبة (ذكر)، ووصلة ⁦(MC4)⁩ سالبة (أنثى).

تجهيز نظام تأريض المحطات الشمسية

نظام التأريض في المحطات الشمسية:

  • مقاومة وسيلة التأريض المستخدمة، مثل الأسلاك، والإلكترودات.
  • مقاومة التربة التي توضَع فيها.
  • التأريض باستخدام لحام شبكة حديد الأساسات في المبنى.
  • التأريض بالوصلة المباشرة (إلكترودات التأريض).
  • تُقاس قيمة الأرضي باستخدام جهاز فحص التأريض ⁦(Loop Tester)⁩ الموضّح في الشكل (7) الآتي، من خلال وضعه على معايرة 200 أوم، ووضع الكابل الأحمر على مصدر الكهرباء الفاز، والكابل الأخضر على بسبار التأريض، ثمّ الضغط على كبسة ⁦(Test)⁩، ويُراعى أن يكون مصدر الكهرباء (الفاز) مباشرة (دون وجود قاطع التسريب الأرضي)، وبعد ذلك تُقرَأ القيمة وتُقارَن بقيمة التأريض المطلوبة من الجهة المختصة.
  • وتجدر الإشارة إلى أنّ قيمة المقاومة يجب أن تتراوح بين (2 - 5) أوم لأنظمة الطاقة الشمسية المنزلية، وأنّ كلّ شركة توزيع لها قوانين خاصّة بها لمقاومة نظام التأريض:

أسئلة شائعة

ما هو ملخص الطاقة المتجددة للتوجيهي؟

صفحات مراجعة مختصرة لمادة الطاقة المتجددة تجمع الأفكار الأساسية ونصائح الامتحان لكل موضوع.

هل هي مبنية على المنهج؟

نعم، مبنية من المنهج المقرّر وتغطي وحدات المادة الرسمية. يمكنك معاينة الملخصات داخل TawjihiAI.

أكمل استعدادك في الطاقة المتجددة

صفحة الطاقة المتجددةأسئلة مع الحلبطاقات تعليميةمعجم المصطلحاتالامتحانات المتوقعة