تركيب محطّة شمسية منفصلة عن الشبكة بجهد معياري 12 فولت

الموقف التعليمي الخامس: تركيب محطّة شمسية منفصلة عن الشبكة بجهد معياري 12 فولت

طلب صاحب مزرعة من فني تركيب الطاقة المتجددة تركيب محطّة شمسية منفصلة عن الشبكة المحلية؛ لتغذية وحدات الإنارة الليلية حول المزرعة، علماً أن المزرعة تقع في منطقة تبعد عن الشبكة المحلية، وعليه اختيرت محطّة بجهد معياري 12 فولت.

العمل الكامل:

• كمية الاستهلاك اليومية للمزرعة.
• طبيعة وحدات الإنارة الموجودة في المزرعة، ومواصفاتها الفنية.

  أجمع بيانات عن:

• المساحة المتوفّرة للنظام الشمسي.
• الألواح الشمسية المتوفّرة في السوق المحلية، وأهم مواصفتها الفنية.
• أنواع الإنفيرترات المستخدمة والمتوفّرة.
• أنواع بطاريات التخزين المناسبة للنظام. | • العمل في مجموعات.
• البحث العلمي.
• الحوار والمناقشة.
• العصف الذهني. | • طلب الزبون الكتابي.
• الشبكة العنكبوتية، وفيديوهات تعليمية.
• الاستعانة بالخبراء.
• كتيبات مواصفات فنية لأحمال منزلية مختلفة. |

• تحديد جدول زمني؛ لتنفيذ المهمة.
• تحديد جدول تكلفة للمهمة.
• تحديد العدد المناسبة؛ لتنفيذ العمل. | • الحوار والمناقشة.
• العمل في مجموعات. | • العِدَد اليدوية التي تلزم.
• نموذج جدول زمني.
• نموذج جدول تكلفة. |

• تحديد القدرة الكهربائية المطلوبة للمحطة الشمسية.
• تصميم المحطّة الشمسية، وتحديد عدد اللّوحات، والبطاريات، والإنفيرتر، ومنظّم الشحن.
• رسم المخططات الكهربائية للنظام.
• تحديد عدد أجهزة الحماية، وسعة لوحاتها الثابتة (DC)، والمتناوبة (AC).
• تركيب الألواح الشمسية وتسحيب الأسلاك إلى لوحة التيار الثابت وتوصيها صحيحاً، ثم ربطها بمنظّم الشحن.
• الربط بين بنك البطاريات والإنفيرتر مع استخدام الحمايات المناسبة.
• وصل الإنفيرتر من النقاط المخصصة فيه للتيار المتناوب بلوحة حماية التيار المتناوب (AC)، وتوصيل الحمايات صحيحاً، ثم الوصول إلى لوحة الأحمال الرئيسة.
• أخذ القياسات اللازمة؛ لتحديد مدى تأثير الشحن والتفريغ على بنك البطاريات. | • مجموعات عمل. | • ألواح شمسية.
• إنفيرتر وحماياته.
• أسلاك DC و AC.
• كتيبات المواصفات الفنية لجميع المكونات.
• مخططات توصيل الإنفيرتر. |

• فحص الإنفيرتر والمحطّة الشمسية والبطاريات من خلال تشغيل المحطّة، واستخدام جهاز الأفوميتر والكلامبميتر؛ للتأكد من توصيل النقاط توصيلاً جيداً. | • مجموعات عمل. | • جهاز فحص أوفوميتر رقمي.
• جهاز كلامبميتر. |

• تلخيص الخطوات، والإجراءات، والنتائج كافة على دفتر التدريب العملي.
• تقديم تقرير مفصل عن التكلفة.
• تعرض كل مجموعة عمل ما أُنجز على الجميع. | • مجموعات عمل.
• النقاش الجماعي.
• العمل الفردي. | • جهاز عرض (LCD).
• دفتر التدريب العملي. |

• مقارنة مع وصف الزبون. | • النقاش الجماعي. | • نماذج التقويم. |

  الأسئلة:

• أناقش ميزة المحطّة الشمسية المنفصلة عن الشبكة للأحمال في المناطق النائية.
• أناقش: هل المحطّة الشمسية المنفصلة عن الشبكة بجهد معياري 12 فولت تكون الخيار الأفضل للأنظمة الشمسية بقدرات اسمية عالية جداً؟

أبحث عن أجهزة الحماية المستخدمة في المحطة الشمسية المنفصلة عن الشبكة.

تركيب محطّة شمسية منفصلة عن الشبكة بجهد معياري 12 فولت: أصبح تركيب المحطّات الشمسيّة المفصولة عن الشبكة أمراً دارجاً في فلسطين؛ نتيجة لانخفاض أسعار مكوّنات الأنظمة الشمسيّة، إضافة إلى الظروف الجغرافية، والانقطاعات المستمرة في الشبكات الكهربائية، لذلك يجب التطرق إلى تركيب المحطّات الشمسية المنفصلة عن الشبكة ابتداءً من أبسطها، التي تُعدّ إحدى تطبيقات الطاقة الشمسية لتغذية الأحمال البسيطة كالإنارة، أو لتشغيل الأجهزة البسيطة كوحدات بث (الإنترنت)، أو بعض الإشارات المرورية، وصولاً إلى تشغيل أحمال منزل أو منشأة تشغيلاً كاملاً. والشكل (1) الآتي يوضح المخطط الصندوقي لنظام شمسي منفصل عن الشبكة بكامل مكوناته:

الشكل (1): مخطط صندوقي لنظام شمسي منفصل عن الشبكة ولبناء محطّة شمسية منفصلة عن الشبكة، أحتاج إلى المكونات الأساسية، كما في الجدول (1) الآتي:

الجدول (1): مكونات المحطّة الشمسية المنفصلة عن الشبكة

وتجدر الإشارة إلى أنّه، وبعد تكامل جميع المكونات السابقة، أحصل على محطّة شمسية متكاملة منفصلة عن الشبكة تغذّي الأحمال بالتيار المتناوب بمعزل عن شبكة الكهرباء المحلية، كما في الشكل (2) الآتي:

1. 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.
2. وفي الأنظمة الشمسية المنفصلة عن الشبكة يقدّر الإنفيرتر حالة الشحن لبنك البطاريات باستخدام حسابات خاصة تعتمد على حجم الحمل، ووجود مصادر شحن.

1. 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:

   الجدول (2): قدرات مكونات المحطّة الشمسية المنفصلة عن الشبكة المستخدمة

1. 2 - التأكد من مواءمة جميع المكونات المختارة وجاهزيتها في المحطّة، وإمكانية أن تعمل ضمن مجال فرق الجهد والتيار نفسه؛ أي بالقيم المعيارية نفسها.
2. على منظّم الشحن أن يتحمّل جهد الدّارة المفتوحة للّوح الشمسي، وتيار دائرة القصر على المدخل، مع إضافة معامل أمان إضافي قيمته 25%.

3. رسم مخطط تفصيلي وضّح الكيفية التي يجب أن يوصل فيها كل جهاز مع الآخر، كما في الشكل (3) الآتي:

الشكل (3): مخطط توصيل محطّة شمسية منفصلة عن الشبكة نشاط عملي (1): أبني نظاماً شمسياً منفصلاً عن الشبكة بجهد معياري 12 فولت، باستخدام منظّم شحن من نوع (PWM)، ثم أرسم مخطط الدارة، وأدرس القيم المقيسة في النظام، وأفسّرها، وأناقشها مع زملائي.

لدراسة تأثير الشحن المتمثل بتدفق التيار الكهربائي إلى البطاريات، وتأثير التفريغ المتمثل بخروج التيار الكهربائي من البطاريات إلى الأحمال؛ أركّب المحطّة الشمسية، كما في الشكل (4) الآتي، الذي يمثّل توصيل محطّة منفصلة عن الشبكة بقدرة كامل على الإنفيرتر، ولوحين شمسيين، بحيث تُشغّل الأحمال بالتدريج، وهذه الأحمال تساوي في مجموعها قدرة الإنفيرتر الاسمية، وتكون (25%) من قدرة الإنفيرتر، ثم (50%)، ثم (75%)، ثم (100%).

نشاط عملي (2): أبني نظاماً شمسياً منفصلاً عن الشبكة بجهد معياري 12 فولت، باستخدام منظّم شحن من نوع (PWM)، ثم أدرس تأثير الأحمال والشحن على البطاريات من خلال زيادة الحمل تدريجياً، كما في الشكل الآتي، وأناقش القراءات مع زملائي:

الشكل (4): محطّة شمسية بقدرة كلية وجهد معياري 12 فولت أزيد الحمل تدريجياً، ثم أملأ الجدول (3) الآتي، مع أخذ الملاحظات عند كل مرحلة؛ لتحديد التأثير على فرق جهد البطارية، إضافة إلى قيمة تيار البطارية واتجاهه، وتجدر الإشارة إلى أنّه يجب أخذ القياسات بأقصى سرعة ممكنة؛ حتى لا تتأثر القراءات بحالة شحن البطارية التي قد تتناقص تناقصاً سريعاً.

الجدول (3): دراسة تأثير الشحن والتفريغ على جهد البطارية

أسئلة الدرس:

1. أذكر مكونات المحطّة الشمسية المنفصلة عن الشبكة بجهد معياري 12 فولت.

• أ. فرق جهد مدخل الإنفيرتر في المحطّة المنفصلة عن الشبكة بجهد معياري 12 فولت هو: ____.
• ب. فرق جهد مخرج الإنفيرتر في المحطّة المنفصلة عن الشبكة بجهد معياري 12 فولت هو: ____.
• ج. في المحطّة الشمسية المنفصلة عن الشبكة، المكوّن الذي يربط الألواح الشمسية بالبطاريات يُسمّى: ____.

3. في ضوء استنتاجي للجانب العملي في هذا الموقف، أجيب عن الآتي بما يناسبه:

• أ. ما تأثير وصل الألواح الشمسية على فرق جهد البطاريات؟
• ب. هل يمكنني معرفة حالة شحن البطارية عندما تكون متصلة بالألواح الشمسية أو مرتبطة بحمل؟

4. ماذا يحدث لفرق جهد اللّوحات عند وصلها بالبطارية؟
5. ما تأثير زيادة الحمل على فرق جهد البطارية في حال غياب الألواح الشمسية، وفي حال عملها؟
6. لماذا يجب إجراء هذه التجربة بسرعة كبيرة؟
7. في حال أُعيدت التجربة باستخدام بطارية سعتها الأمبيرية عالية، هل ستختلف النتائج؟ أو ما مدى تأثير الأحمال على فرق جهد البطارية في هذه الحالة؟