في أنظمة الطاقة الشمسية الصغيرة المستقلة عن الشبكة، يُعد إدارة الألواح الشمسية على الأسطح ذات التوجهات المختلفة، والتظليل الجزئي، وتوسيع النظام المستقبلي من أهم تحديات التصميم في التركيبات الشمسية الحديثة على الأسطح.
قام مستخدم PowMr من الولايات المتحدة، أليكسيس لويس، بتنفيذ حل مرن للغاية من خلال نشر عدة وحدات تحكم شحن PowMr MPPT مستقلة ضمن نظام بطاريات 24 فولت. بدلاً من إجبار جميع الألواح الشمسية على العمل كمصفوفة كبيرة واحدة، يتم إدارة كل قسم من نظام الطاقة الشمسية المواجه للسقف بشكل منفصل.
تسمح هذه الطريقة المعيارية لإدارة MPPT لكل مصفوفة شمسية بالعمل عند نقطة القدرة القصوى المثلى الخاصة بها (MPP)، مما يقلل بشكل كبير من خسائر الطاقة الناتجة عن التظليل أو اختلاف توجهات الألواح. وفي الوقت نفسه، توفر مرونة أكبر لتوسيع النظام وترقياته المستقبلية في أنظمة الطاقة الشمسية المستقلة عن الشبكة.
تصميم نظام أليكسيس لويس المبكر 60A
في المرحلة المبكرة من تكوين النظام، استخدم أليكسيس لويس بشكل أساسي جيلًا سابقًا من وحدات تحكم شحن PowMr MPPT الفضية بقدرة 60A. في هذه المرحلة، اعتمد النظام أيضًا على نهج متعدد الوحدات، حيث يدير كل MPPT بشكل مستقل أقسامًا مختلفة من مصفوفة الألواح الشمسية.
لم تدعم وحدات تحكم الشحن MPPT القديمة بقدرة 60A وظائف الاتصال أو الشبكات، حيث كانت كل وحدة تعمل بشكل مستقل تمامًا دون مزامنة بيانات أو تنسيق على مستوى النظام بين الوحدات.
مع زيادة متطلبات النظام من حيث الحجم والتعقيد، تم استبدال وحدة التحكم السابقة بوحدة تحكم شحن PowMr MPPT بقدرة 80A الأحدث (رمز المنتج: POW-M80-PRO)، مما أتاح تحسين الاتصال والتنسيق بين وحدات التحكم المتعددة.
مقارنة بين وحدات تحكم MPPT بقدرة 60A و80A
بعد الترقية إلى وحدات تحكم PowMr MPPT الجديدة بقدرة 80A، تحسنت أداء النظام وإمكانيات إدارته بشكل كبير. مقارنةً بنماذج 60A السابقة، تدعم وحدات التحكم الجديدة 80A الاتصال بين الوحدات والتشغيل المتوازي، مما يسمح لعدة MPPT بالعمل بشكل أكثر تنسيقًا بدلاً من العمل كوحدات مستقلة تمامًا.
بالإضافة إلى ذلك، توفر نسخة 80A قدرة شحن أعلى ونطاق جهد إدخال أوسع للألواح الشمسية، مما يجعلها أكثر مرونة عند العمل مع تكوينات مختلفة للألواح الشمسية. في التطبيقات العملية، لا تحسن هذه الترقية كفاءة الشحن فحسب، بل تعزز أيضًا التوافق مع هياكل الأسطح المعقدة، ومدخلات المصفوفات المتعددة، وتوسيع النظام المستقبلي في أنظمة الطاقة الشمسية المستقلة عن الشبكة.
إعداد نظام أليكسيس لويس الحالي
يعتمد نظام أليكسيس لويس الحالي على بنية بطارية مستقلة عن الشبكة بجهد 24 فولت، باستخدام وحدتي تحكم شحن PowMr MPPT بقدرة 80A تعملان بالتوازي. يدير كل جهاز تحكم لوحين شمسيين بقدرة 360 واط، مع تخصيص أقسام مختلفة من مصفوفة الألواح الشمسية على السقف لقنوات MPPT منفصلة.
تدعم وحدات التحكم الكشف التلقائي لجهد النظام 12V / 24V / 36V / 48V، مما يسمح بالتكيف السلس مع تكوينات البطاريات المختلفة ويعزز مرونة التركيب.
يوفر هذا التصميم المعياري قابلية تكيف أكبر مع توجهات الأسطح المختلطة، والتظليل الجزئي، وتوسيع النظام المستقبلي، حيث تعمل كل مصفوفة شمسية بشكل مستقل عند نقطة القدرة المثلى لتقليل خسائر عدم التطابق.
مبدأ توصيل نظام PowMr MPPT 80A المتوازي
في نظام أليكسيس لويس الحالي، تعمل وحدتا تحكم شحن PowMr MPPT بقدرة 80A في تكوين متوازي مع الحفاظ على مدخلات مستقلة ومخرج موحد إلى بنك البطاريات.
يمكن تلخيص مخطط توصيل وحدة تحكم الشحن الشمسية 80A في ثلاث نقاط:
- كل وحدة تحكم MPPT متصلة بشكل مستقل بمصفوفة الطاقة الشمسية الخاصة بها وتقوم بتتبع نقطة القدرة القصوى بشكل مستقل (إدخال PV مستقل وتحكم MPPT مستقل).
- الأطراف المخرجة لكلتا وحدتي التحكم متصلة بنفس بنك البطاريات 24 فولت عبر قضيب توصيل البطارية المشترك، مما يتيح جمع التيار بالتوازي (توصيل قضيب البطارية بالتوازي).
- تتواصل وحدات التحكم عبر كابل اتصال متوازي لمزامنة حالة التشغيل وتمكين تنسيق النظام (رابط اتصال متوازي).
يضمن هذا التصميم المتوازي أن تعمل كل مصفوفة طاقة شمسية بشكل مستقل دون التأثير على الأخرى، حتى في ظل ظروف التوجهات المختلفة أو التظليل الجزئي، بينما يجمع بنك البطاريات بشكل فعال تيار الشحن من وحدات MPPT المتعددة، مما يحسن قابلية توسعة النظام والأداء العام.
