تصميم نظام الطاقة الشمسية خارج الشبكة بقدرة 5000 واط

اليوم سنقدم تصميم نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية بقدرة 5 كيلو واط خارج الشبكة لمربي الأسماك الصغار بما في ذلك التكوين وبعض طرق الحساب خطوة بخطوة.

هناك بعض البيانات الأساسية التي يجب توضيحها من أجل إعداد تصميم نظام الطاقة الشمسية.

• أولاً وقبل كل شيء، يجب تحديد جهد المستخدم وطور الطاقة، سواء كان جهدًا أحادي الطور AC 110V، 120V، 220V، 230V، أو 240V أو جهدًا ثلاثي الطور AC 380V، 440V، 480V، إلخ. هذا يحدد مواصفات الخرج لـ العاكس الشمسي.
• ثانياً، يجب تأكيد نوع الحمل ليكون إما حملًا حثيًا أو حملًا مقاومًا، لأن نوع الحمل يمكن أن يحدد قدرة المحول عند الحمل وشكل الموجة الناتجة.
• ثالثًا، يجب تحديد وقت التشغيل عند الحمل الكامل، وهو متوسط استهلاك الكهرباء اليومي. في حالة محطة توليد الطاقة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة، لا توجد أجهزة تخزين الطاقة، لذا فإن القوة المعقولة لوحدة الطاقة الكهروضوئية فقط هي المطلوبة. في حالة نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية غير المتصل بالشبكة، يجب حساب سعة البطارية، بما في ذلك الطاقة المخزنة ذاتيًا للنظام عندما لا توجد ظروف لتوليد الطاقة الكهروضوئية خلال الأيام المتتالية الملبدة بالغيوم والممطرة.

تصميم نظام الطاقة الشمسية خارج الشبكة بقدرة 5000 واط

الآن نأخذ تصميم نظام الطاقة الشمسية المستقل لمربي الأسماك صغير الحجم بالقرب من بحيرة كدراسة حالة. بسبب تكلفة بناء شبكة الطاقة على مسافات طويلة، ليس فقط التكلفة مرتفعة، ولكن أيضًا فقدان الطاقة في الموصل وفقدان الجهد كبيران. في الوقت نفسه، لا يمكن ضمان استقرار استخدام الطاقة بسبب الأعاصير، وتحدث انقطاعات الطاقة العرضية بشكل متكرر، مما يمكن أن يؤثر على استخدام الطاقة للإنتاج والحياة. لذلك، يتم اعتماد العاكس الشمسي المستقل. شدة إشعاع الشمس خلال النهار عالية، والطاقة الناتجة عن نظام الطاقة الشمسية تُقدم مباشرة إلى مخرج العاكس الشمسي لدعم تشغيل الأجهزة الكهربائية. في الوقت نفسه، يتم شحن البطاريات، وتوفر الطاقة للأجهزة عبر العاكس في الليل.

1. استبيان حول الطلب على الكهرباء

إليك بعض البيانات الأساسية التي يجب معرفتها مسبقًا. الجهد هنا في الحياة اليومية هو AC 220V 50Hz، والأجهزة أو الأدوات المستخدمة بشكل شائع تشمل بشكل رئيسي:

عشر مجموعات من آلات ضخ الأكسجين لبرك السمك (300 واط)
مجموعة واحدة من التلفاز + جهاز استقبال الأقمار الصناعية (200 واط)
موقد كهربائي واحد (750 واط)
موقد تحريضي واحد (2000 واط)
ثلاجة صغيرة واحدة (100 واط)
الإضاءة (100 واط)

هذه الأجهزة لا تُستخدم في وقت واحد. تعمل آلة ضخ الأكسجين في النهار عندما تكون هناك إشعاعات شمسية، لكنها تتوقف في الليل. قدرة الأجهزة الأخرى حوالي 3000 واط، واستهلاكها اليومي من الكهرباء حوالي 10 كيلووات. نظرًا لأن إضاءة سطح البحيرة كافية، فإن الكهرباء المخزنة ذاتيًا في الأيام الغائمة والممطرة لا تؤخذ بعين الاعتبار.

2. عاكس الطاقة الشمسية

وفقًا للبيانات المقدمة من المستخدمين أعلاه، في تصميم نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة هذا، تم اعتماد العاكس الشمسي الشامل مع وحدة التحكم في الشحن MPPT. يتمتع هذا العاكس الشمسي بقدرة 5000 واط مع وحدة التحكم في الشحن MPPT بقدرة طاقة 48 فولت 7 كيلو فولت، وعامل قدرة ≥0.8 وكفاءة تحويل ≥85%. يمكن أن تصل الطاقة الفعلية عند التحميل إلى 5000 واط، مما يمكن أن يلبي متطلبات الطاقة الناتجة عن أجهزة المستخدم.

3. سعة البطارية

"يستخدم هذا النظام للطاقة الشمسية خارج الشبكة بطارية الرصاص الحمضية الشائعة كوسيلة لتخزين الطاقة، والتي تتمتع بسعة كبيرة ونسبة أداء تكلفة عالية. الكمية الكهربائية المحفوظة في بطارية التخزين هي 10 كيلو واط ساعة. نظرًا لأن جهد الإدخال المستمر لمحول الطاقة الشمسية هو 48 فولت DC، يمكن حساب السعة النظرية لبطارية التخزين كما يلي:"

10,000 فولت أمبير/ساعة/48 فولت = 208 أمبير/ساعة

وفقًا للمعايير التكنولوجية ذات الصلة للبطاريات، فإن ضبط معدل تفريغ البطارية ليكون 0.5C2 يعتبر موثوقًا اقتصاديًا نسبيًا، مما يمكن أن يضمن عدد دورات الشحن والتفريغ للبطارية، ويمتد بشكل فعال عمر البطارية. بفضل الإضاءة الوفيرة على البحيرة، تعتمد الطاقة الكهروضوئية مباشرة على خرج العاكس خلال النهار. لا تمر عبر إجراءات التفريغ المتكررة للبطاريات، فإن استهلاك الكهرباء للأجهزة الكهربائية في الليل قليل، ومدة التفريغ قصيرة. لذلك، يزيد هذا التصميم بشكل مناسب من سعة تفريغ البطارية إلى 0.6C2. ثم، يمكن إعطاء سعة البطاريات الفعلية كما يلي:

208Ah/0.6 = 347Ah.

هنا، سعة البطارية محددة لتكون 400Ah، لذا فإن السعة الإجمالية هي 48V 400Ah. بطاريات الرصاص الحمضية هي 12V 200Ah لكل قطعة. تم توصيل أربع قطع على التوالي، بينما تم توصيل أربع قطع بالتوازي. لذا، هناك حاجة إلى ثماني بطاريات في المجموع.

4. قوة وحدة الألواح الشمسية

بعد حساب سعة البطاريات، يتم حساب قدرة وحدة الألواح الشمسية. يقع البحيرة في موقع يتمتع بكثافة إشعاع شمسي عالية، ومدة أشعة الشمس الفعالة تصل إلى 6 ساعات. تم اختيار وحدات الفوتوفولطية من السيليكون متعدد البلورات، حيث تصل كفاءة التحويل الكهروضوئي إلى 16%.

يمكن حساب توليد الطاقة الشمسية من المعادلة التالية:

توليد الطاقة في النظام = قدرة وحدة الألواح الشمسية × مدة أشعة الشمس × معامل التجميع.

يشير معامل الربط إلى معامل الفقد الناتج عن تغيرات درجة الحرارة، وفقد الخط، وكفاءة تحويل وحدة التحكم في الشحن الشمسي (أو العاكس). يتم عادةً تعيين قيمته بين 0.5 إلى 0.7، وفي هذه الحالة، يتم تعيين معامل الربط ليكون 0.6. لذلك، يمكن إعطاء قدرة وحدة الطاقة الشمسية كما يلي:

48فولت × 400أمبير ساعة/ (6ساعات × 0.6) = 5333وات

مواصفات وحدة لوحة الطاقة الشمسية محددة لتكون 36 فولت 275 واط، وأبعادها 1900×980×45 مم، ومساحتها 2 متر مربع. يتم توصيل كل قطعتين (72 فولت) على التوالي في مجموعة واحدة. ثم، يتم توصيل عشر مجموعات بالتوازي. في المجموع، هناك حاجة إلى 20 قطعة من وحدة لوحة الطاقة الشمسية، مع إجمالي قدرة 72 فولت 5500 واط. مساحة مصفوفة الألواح الشمسية لوحدة اللوحة الكهروضوئية هي 40 متر مربع.

5. صندوق تجميع الطاقة الشمسية المضاد للصواعق

تُستخدم علبة تجميع الطاقة الشمسية لتقليل الربط بين مجموعة وحدات الطاقة الشمسية والعاكس. يمكن للمستخدم توصيل عدد معين من وحدات الطاقة الشمسية ذات المواصفات المتشابهة معًا لتشكيل مجموعة الطاقة الشمسية. ثم، يتم توصيل عدة وحدات طاقة شمسية على التوالي وتوصيلها بالتوازي في علبة تجميع الطاقة الشمسية. بعد التقاء الوحدات في علبة تجميع الطاقة الشمسية، يمكن إخراجها إلى العاكس من خلال قاطع التيار المستمر.

تعود البحيرة إلى المنطقة التي تحدث فيها العواصف الرعدية بشكل متكرر. الأكواخ المعزولة والغابات المحيطة بها عرضة لضربات البرق. لذلك، يجب على محطة الطاقة الكهروضوئية الانتباه إلى ضربات البرق للأجهزة. يمكن أن يؤدي إدخال وحدة مضادة للرعد ذات جهد عالي DC إلى حماية فعالة لسلامة استخدام العاكس، وخزانة توزيع التيار المتردد، وغيرها من الأجهزة. في الوقت نفسه، يمكن أن يتجنب الصمام الثنائي الكبير المضاد للتيار العكسي داخل صندوق التجميع بشكل فعال التفريغ العكسي للبطاريات إلى الوحدة، مما يتسبب في احتراق الوحدة عندما لا توجد طاقة كهروضوئية في الليل.

6. داعم الطاقة الشمسية وكابل

داعم الألواح الشمسية هو ملحق لا غنى عنه لنظام الطاقة الكهروضوئية، والذي يمكنه تثبيت الوحدة الكهروضوئية. يمكن للمستخدم أيضًا إعداد الداعم في الموقع لتقليل التكاليف، وتثبيت الوحدة ومقاومة الصدأ.

الكابل هو سلك يربط الوحدة والعاكس وخزان توزيع التيار المستمر. جزء من الكابل يستخدم في الهواء الطلق. بالنظر إلى التعرض الطويل لأشعة الشمس وغسل المطر، يمكن اختيار الكابل المقاوم لدرجات الحرارة العالية والأكسدة والأشعة فوق البنفسجية لضمان التشغيل الطبيعي للنظام. يجب أن يكون الكابل من النوع النحاسي الخالص ذو النواة الكبيرة مع مقطع عرضي كبير ومقاومة صغيرة لتقليل انخفاض الجهد الناتج عن المسافات الطويلة، والذي، إذا لم يتم منعه، قد يؤثر على كفاءة توليد الطاقة.

لتلخيص ما سبق، توفر دراسة الحالة أعلاه مقدمة شاملة لتصميم نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة. نأمل أن تكون المقدمة أعلاه مفيدة لك.