كيفية تصميم نظام الطاقة الشمسية خارج الشبكة بقدرة 4000 واط للمنزل

يتكون نظام توليد الطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة للاستخدام المنزلي من الوحدة الكهروضوئية، والداعم، ووحدة التحكم، العاكس الشمسي، والمخزن ونظام توزيع الطاقة. يجب أن يأخذ تصميم خطة الكهرباء للنظام في الاعتبار اختيار وحساب الوحدات، والعاكسات (وحدات التحكم)، والمخازن. قبل تصميم الخطة، يجب إجراء التحضيرات اللازمة، لأن النظام خارج الشبكة مخصص بدون خطة موحدة. لذلك، يجب أولاً معرفة نوع الحمل المستخدم والطاقة، واستهلاك الكهرباء في النهار وفي المساء، وظروف المناخ في مكان التركيب. يعتمد إمداد الطاقة لنظام الطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة على الطقس، والذي ليس موثوقًا بنسبة 100%.

 

يجب أن يكون نظام الطاقة الشمسية المستقل مزودًا بالبطارية، التي تشغل من 30% إلى 50% من تكاليف نظام توليد الطاقة. في الوقت نفسه، تتراوح العمر الافتراضي العام للبطارية الرصاصية الحمضية من 3 سنوات إلى 5 سنوات. بعد انتهاء عمرها الافتراضي، يكون من الضروري استبدالها. من الناحية الاقتصادية، يصعب على البطارية أن تجد تطبيقات واسعة النطاق، وهي قابلة للاستخدام فقط في الأماكن التي تعاني من نقص في إمدادات الطاقة.

نظام الطاقة المستقل يختلف عن نظام الطاقة المتصل بالشبكة. المكونات والمحولات ليست مُهيأة بنسب معينة، بل تم تصميمها وفقًا لحمل المستخدم، واستهلاك الكهرباء، وظروف الطقس المحلية:

1. تأكيد قدرة العاكس غير المتصل بالشبكة وفقًا لنوع الحمل و القدرة الخاصة بالمستخدم

بشكل عام، يمكن تقسيم الحمل للاستخدام المنزلي إلى حمل تحريضي وحمل مقاوم. الحمل الذي يحتوي على محرك، مثل غسالة الملابس، ومكيف الهواء، والثلاجة، ومضخة المياه، ومروحة العادم هو الحمل التحريضي. قوة بدء تشغيل المحرك تكون من ثلاث إلى خمس مرات بقدر القوة المقدرة. عند حساب قوة العاكس، من الضروري أخذ قوة بدء تشغيل الحمل بعين الاعتبار. تكون قوة الخرج للعاكس الشبكة المنفصلة أعلى من قوة الحمل. ومع ذلك، بالنسبة للعائلات الفقيرة، من المستحيل بدء تشغيل جميع الأحمال. لذلك، من أجل توفير التكاليف، يمكن ضرب مجموع قوة الحمل بمعامل يتراوح بين 0.7 إلى 0.9. أدناه قائمة بقوة الأجهزة الكهربائية للاستخدام المنزلي، والتي هي للرجوع إليها عند التصميم.

2. تحديد قدرة الوحدة وفقًا لاستهلاك الكهرباء اليومي للمستخدم

الكهرباء المتاحة لنظام خارج الشبكة = إجمالي طاقة الوحدات * متوسط ساعات استهلاك الطاقة الشمسية * كفاءة المتحكم * كفاءة المجمع. من حيث المبدأ، يجب تصميم الوحدة لتلبية استهلاك الكهرباء اليومي للحمل تحت الظروف الجوية العامة. بعبارة أخرى، يجب أن تكون الطاقة اليومية الناتجة عن وحدة الخلايا الشمسية أكبر من استهلاك الكهرباء اليومي للحمل. نظرًا لأن الظروف الجوية تكون إما أقل أو أعلى من المتوسط، يجب أن يلبي تصميم وحدة الخلايا الشمسية أساسًا احتياجات الموسم الذي يتمتع بأضعف إضاءة. بعبارة أخرى، يجب ضمان شحن المجمع بالكامل في الموسم الذي يتمتع بأضعف إضاءة. ومع ذلك، فإن أضعف إضاءة موسمية في بعض الأماكن تكون أقل بكثير من المتوسط السنوي. إذا تم تصميم طاقة وحدة الخلايا الشمسية وفقًا لأضعف الظروف، فقد تتجاوز الطاقة السنوية الناتجة بكثير الطلب الفعلي، مما يتسبب في هدر كبير. في هذه الحالة، يجب زيادة السعة المصممة للمجمع بشكل مناسب لتوسيع تخزين الطاقة الكهربائية وضمان بقاء المجمع في حالة تفريغ ضئيلة، مما يمكن أن يعوض نقص توليد الطاقة في الموسم الذي يتمتع بأضعف إضاءة، ويمنع تلف خلية المجمع. لا يمكن تحويل الطاقة الناتجة عن الوحدة بالكامل إلى طاقة للاستخدام، لأن كفاءة المتحكم، وفقدان الآلات، وفقدان المجمع يجب أن تؤخذ أيضًا في الاعتبار.

يجب أن يأخذ زاوية تركيب الوحدة في الاعتبار الموقع الجغرافي للمستخدم لتلبية متطلبات المستخدم في الصيف والشتاء. عادةً ما تواجه زاوية الخلية الشمسية الجنوب بحيث يمكن تحقيق أقصى قدر من الطاقة الناتجة عن وحدة الخلية الشمسية. الزاوية المثالية للانحدار هي تلك التي تعظم إنتاج الطاقة السنوي للخلية الشمسية، مع تقليل الفرق في إنتاج الطاقة بين الشتاء والصيف.

استهلاك الكهرباء للأحمال مثل المصباح، ومروحة الكهرباء، ومجفف الشعر الكهربائي يساوي القدرة مضروبة في الوقت. أما بالنسبة للأحمال مثل مكيف الهواء والثلاجة، فإن استهلاك الطاقة لمكيف الهواء له علاقة وثيقة بفارق درجة الحرارة بين الداخل والخارج، ومساحة السكن، وكفاءة الطاقة لمكيف الهواء. مكيف هواء بقدرة 1 حصان، إذا تم استخدامه لمدة ثماني ساعات في الليل، يستهلك من 1 إلى 5 كيلووات من الكهرباء.

3. تأكيد سعة المكثف وفقًا لاستخدام الطاقة الليلية للمستخدم أو الوقت المتوقع للانتظار

تتمثل مهمة المجمع في ضمان الاستخدام الطبيعي للطاقة في نظام الحمل عندما تكون الإشعاعات الشمسية غير كافية. يجب أن يضمن الحمل المهم عمل النظام بشكل طبيعي لعدة أيام، ويجب أخذ عدد الأيام المتتالية الملبدة بالغيوم والممطرة في الاعتبار. فيما يتعلق بالأحمال العامة، مثل مصباح الشارع الشمسي، يجب اختيار سعة المجمع في غضون يومين إلى ثلاثة أيام وفقًا للتجربة أو الحاجة. بالنسبة للعائلات الفقيرة، يعتبر السعر اعتبارًا رئيسيًا. لا حاجة للمجمع في الأيام الممطرة والملبدة بالغيوم، ويستخدم عندما يكون هناك ضوء شمس وفير. عندما تكون الإضاءة الشمسية غير كافية أو لا يوجد شمس، فلن يتم استخدام المجمع. عند اختيار الحمل، يجب اختيار المعدات الموفرة للطاقة، مثل مصباح LED ومكيف الهواء بتردد متغير. يتضمن مصمم المجمع تصميم سعة المجمع وترتيب توصيل خلايا المجمع على التوالي والتوازي. في نظام توليد الطاقة الكهروضوئية، غالبًا ما يتم استخدام المجمع الرصاصي الحمضي. بالنظر إلى عمر البطارية، يتم عادةً ضبط عمق التفريغ ليكون بين 0.5 إلى 0.7. سعة المجمع المصممة = (متوسط الاستخدام اليومي للكهرباء للحمل * عدد الأيام المتتالية الملبدة بالغيوم والممطرة) / عمق تفريغ المجمع.

4. خطة تصميم لنظام 4000 واط للاستخدام المنزلي

طلب استهلاك الكهرباء للعميل: الإضاءة (200 واط، 6 ساعات في اليوم)، الثلاجة (50 واط، 24 ساعة في اليوم)، مكيف الهواء المتغير التردد (1 حصان، 12 ساعة في اليوم)، التلفاز (50 واط، 10 ساعات في اليوم). الأجهزة المنزلية الأخرى المستخدمة لفترات غير محددة، بما في ذلك الغسالة، الكمبيوتر المكتبي، الطباخ الكهربائي، المروحة الكهربائية، إلخ.

(1) إحصائيات إجمالي قدرة الحمل

الإضاءة 200 واط، الثلاجة 50 واط، مكيف الهواء 750 واط، التلفاز 50 واط، غسالة الملابس 300 واط، الكمبيوتر المكتبي 200 واط، الطباخ الكهربائي 1200 واط ومروحة الكهرباء 100 واط. في المجموع، هم 2850 واط. لذلك، تم اختيار العاكس الشمسي خارج الشبكة بقدرة 4000 واط.

(2) إحصائيات استخدام الكهرباء اليومية

تستهلك الإضاءة 1.2 كيلو واط ساعة، ويستهلك الثلاجة 1 كيلو واط ساعة، ويستهلك مكيف الهواء 2 كيلو واط ساعة، ويستهلك التلفاز 0.5 كيلو واط، وتستهلك الغسالة 1 كيلو واط ساعة، ويستهلك الكمبيوتر المكتبي 0.5 كيلو واط ساعة، ويستهلك الطباخ الكهربائي 1 كيلو واط ساعة، ويستهلك المروحة الكهربائية 0.5 كيلو واط ساعة. المجموع هو 7.7 كيلو واط ساعة. في الواقع، متوسط استهلاك الكهرباء اليومي يتراوح حوالي 6 إلى 10 كيلو واط ساعة. في بعض المناطق، تكون ظروف الإضاءة ملائمة، والتي يمكن أن تستمر لمدة 4.5 ساعات كل يوم. تم اعتماد 9 قطع من وحدات 280 واط للتصميم، والتي يبلغ إجمالي استهلاكها الكهربائي 2.52 كيلو واط، ويمكن أن تولد 11.34 كيلو واط ساعة. كفاءة النظام غير المتصل بالشبكة منخفضة، حيث تبلغ حوالي 0.8، ومتوسط إمداد الطاقة اليومي المتاح للاستخدام هو 9 كيلو واط ساعة. يمكن أن يلبي بشكل عام أكثر من 99% من متطلبات استخدام الكهرباء.

(3) حساب المجمع

تُستخدم الأجهزة الكهربائية المنزلية في الغالب في المساء، مما يترك فقط 20% خلال النهار. من أجل زيادة عمر البطارية، يمكن زيادة سعة البطارية بشكل مناسب، حيث أن عمق التفريغ اليومي منخفض. يعتمد هذا المشروع على أربعة أقسام من بطارية الرصاص الحمضية الجل 12 فولت 250AH، والتي تبلغ سعتها الإجمالية 12,000 VAH. كمية الكهرباء القابلة للاستخدام حوالي 8.4 kWH، ومتوسط استهلاك الكهرباء في الليل هو 6 kWH. عمق التفريغ حوالي 50%.