دور وحدة التحكم في شحن الطاقة الشمسية وكيف تعمل

إذا كنت تبني أو تقوم بترقية نظام طاقة شمسية—سواءً لعربة سفر، كوخ، أو منزل خارج الشبكة—فمن المحتمل أنك سمعت عن جهاز تحكم شحن الطاقة الشمسية. هذا المكون الأساسي ضروري لتخزين الطاقة الشمسية بأمان في البطاريات وتشغيل الأجهزة التي تعمل بالتيار المستمر.

لكن ما الذي يفعله منظم الشحن بالضبط في نظام الطاقة الشمسية، وكيف يعمل؟ في هذا الدليل، سنشرح دوره في نظام الطاقة الشمسية، ونوضح كيفية عمله، ونستعرض المبادئ التي تقوم عليها عمليته.

ماذا يفعل منظم شحن الطاقة الشمسية

نظرًا لتقلب إنتاج الألواح الشمسية طوال اليوم بسبب تغير ضوء الشمس والظروف الجوية، يلعب منظم شحن الطاقة الشمسية دورًا حيويًا في تحسين إنتاج و استخدام الطاقة من الألواح الشمسية.

نظرًا لأن إنتاج الألواح الشمسية يتغير طوال اليوم بسبب تغير ضوء الشمس والظروف الجوية، يلعب منظم شحن الطاقة الشمسية دورًا حيويًا في إدارة وتحسين إنتاج الطاقة واستخدامها. كما أنه ضروري لـ حماية البطاريات والأحمال المتصلة من مشكلات مثل الشحن الزائد في نظام الطاقة الشمسية.

إليك كيف يساهم منظم شحن الطاقة الشمسية في كل مرحلة من مراحل اليوم:

تنظيم الطاقة من الألواح الشمسية

1. في الصباح الباكر أو تحت غطاء سحابي كثيف، قد لا تصل جهد اللوح الشمسي إلى العتبة اللازمة لبدء التشغيل. في هذه الحالة، يعمل منظم الشحن كـ حاجز، يمنع تدفق التيار ويوقف تفريغ البطارية إلى الألواح.

2. مع زيادة ضوء الشمس، يصل جهد اللوحة إلى عتبة وحدة التحكم. تقوم الوحدة بالتفعيل، مُنظمة الجهد والتيار لشحن البطارية من خلال مرحلتي الشحن الكثيف والامتصاص لضمان تخزين الطاقة بأمان وكفاءة.

3. بمجرد أن يتم الشحن الكامل، يدخل جهاز التحكم في وضع العوم، مما يقلل الجهد إلى شحن تدريجي. هذا يحافظ على شحن البطارية، ويعوض التفريغ الذاتي، ويمنع الدائرة القصيرة، والجهد العالي، ودرجات الحرارة العالية، وعكس قطبية البطارية.

💡 ملاحظة: عند اختيار وحدة تحكم شحن شمسية، تأكد من أنها قادرة على التعامل مع الجهد والتيار من مصفوفة الألواح الشمسية الخاصة بك. وإلا، فقد تفشل أو تتسبب في تلف النظام.

تحكم في تدفق الطاقة بين الأجزاء المختلفة في نظام شمسي

بالإضافة إلى إدارة شحن البطارية، يقوم منظم شحن الطاقة الشمسية أيضًا بتنسيق تدفق الطاقة إلى الأحمال التي تعمل بالتيار المستمر أو محول الطاقة. عندما يكتشف انخفاض جهد البطارية إلى قيمة فصل الجهد المنخفض، يقوم تلقائيًا بقطع التيار الخارج لحماية البطارية.

كيف يعمل منظم شحن الطاقة الشمسية

يقع جهاز التحكم في الشحن بين مجموعة الألواح الشمسية ومجموعة البطاريات، يقوم بضبط كمية الطاقة المُسلَّمة باستمرار بناءً على جهد اللوح، حالة شحن البطارية (SOC)، وملف الشحن المبرمج (يختلف حسب كيمياء البطارية).

في السوق، هناك نوعان رئيسيان من وحدات التحكم في شحن الطاقة الشمسية: MPPT و PWM. حتى عند استخدامها في نفس نظام الطاقة الشمسية، تختلف طرق تشغيلها، مما يؤدي إلى اختلافات في الكفاءة الإجمالية.

مبدأ عمل وحدة تحكم الشحن MPPT

وحدة تحكم شمسية MPPT تراقب باستمرار جهد التيار الكهربائي للوحة الشمسية و التيار لتحديد نقطة التشغيل المثالية للطاقة (حيث V × I = أقصى طاقة). باستخدام تحويل DC-DC المتقدم، تحول الفولتية الزائدة للوحة إلى تيار شحن إضافي. يحدث هذا التعديل الديناميكي مئات المرات في الثانية، محققًا كفاءة تتراوح بين 92-98% عبر ظروف الإضاءة المختلفة.

خذ نظامًا مزودًا بلوح شمسي بقدرة 120 واط (Imp 6.17A، Vmp 19.44V) وبطارية 12 فولت كمثال.

تحت ضوء الشمس المثالي، يعمل لوح الطاقة الشمسية بقدرة 120 واط بالقرب من نقطة الطاقة القصوى عند 19.44 فولت و6.17 أمبير. سيقوم متحكم PWM بخفض جهد اللوح لمطابقة بطارية 12 فولت، مما يقلل الطاقة القابلة للاستخدام إلى حوالي 74 واط.

على النقيض من ذلك، يتتبع متحكم MPPT الجهد الكامل للوحة ويحوّله بكفاءة لشحن بطارية 12 فولت، حيث يعمل متحكم MPPT عند نقطة القدرة القصوى للوحة، محولًا 19.44 فولت بكفاءة إلى 12 فولت مع زيادة التيار من 6.17 أمبير إلى حوالي 8.57 أمبير، موصلًا ما يقرب من 120 واط.

مبدأ عمل وحدة تحكم الشحن PWM

متحكم شحن شمسي PWM ينظم شحن البطارية عن طريق التبديل السريع للاتصال بين اللوح الشمسي والبطارية تشغيلًا وإيقافًا. يتحكم في تيار الشحن عن طريق تعديل مدة فترة "التشغيل" (دورة العمل) بناءً على جهد البطارية وحالة الشحن. مع اقتراب البطارية من الشحن الكامل، يقوم المتحكم بتقصير وقت التشغيل، مما يقلل التيار بفعالية لمنع الشحن الزائد.

بعبارات أبسط، يعمل متحكم PWM مثل مفتاح تلقائي. عندما يتجاوز جهد اللوح الشمسي مستوى جهد شحن البطارية، فإنه يشتغل ويطفئ بسرعة للحفاظ على الجهد متوافقًا مع ما يمكن للبطارية قبوله بأمان.

نظرًا لتقلبات شدة ضوء الشمس ودرجة الحرارة، غالبًا ما تعمل وحدات التحكم PWM تحت نقطة الطاقة القصوى للوحة الشمسية، مما يسمح بتبدد الجهد الزائد على شكل حرارة. ونتيجة لذلك، يتم فقدان 20-30% من الطاقة المحتملة للوحة بدلاً من تحويلها إلى كهرباء قابلة للاستخدام.

لا تتردد في استكشاف مقالنا المتعمق لمقارنة مفصلة يمكن أن تساعدك على الاختيار بين تقنيات PWM و MPPT لإعدادك الشمسي المحدد.