نظام الطاقة الشمسية الضوئية المستقل هو نظام يستخدم الوحدات الضوئية الشمسية لتوليد الكهرباء من ضوء الشمس ولا يعتمد على الشبكة الكهربائية أو أي مصدر آخر للطاقة. يمكن لنظام الطاقة الشمسية الضوئية المستقل توفير الطاقة لتطبيقات مختلفة، مثل الإضاءة وضخ المياه والتكييف والاتصالات والترفيه، في الأماكن النائية أو خارج الشبكة حيث تكون الكهرباء غير متوفرة أو غير موثوقة.

عادة ما يتكون نظام الطاقة الشمسية الضوئية المستقل من أربعة مكونات رئيسية:

• وحدات أو مصفوفات الطاقة الشمسية الضوئية التي تحول ضوء الشمس إلى كهرباء تيار مستمر (DC).

• وحدة التحكم في الشحن أو جهاز تتبع نقطة القوة القصوى (MPPT) الذي ينظم الجهد والتيار من الوحدات الضوئية الشمسية إلى البطارية والحمل.

• بطارية أو مجموعة بطاريات تخزن الكهرباء الزائدة التي يتم توليدها بواسطة الوحدات الضوئية الشمسية خلال النهار وتزود الحمل بها عند الحاجة، خاصة ليلاً أو أثناء الطقس الغائم.

• مُحَوِّل يحول الكهرباء ذات التيار المستمر (DC) من البطارية أو الوحدات الضوئية الشمسية إلى كهرباء ذات تيار متردد (AC) للحمولات ذات التيار المتردد.

بناءً على نوع وحجم الحمل، يمكن تكوين نظام الطاقة الشمسية الضوئية المستقل بطرق مختلفة. في هذا المقال، سنناقش أربعة أنواع شائعة من أنظمة الطاقة الشمسية الضوئية المستقل ومزاياها وعيوبها.

نظام الطاقة الشمسية الضوئية المستقل مع حمل DC فقط

هذا هو النوع الأبسط من أنظمة الطاقة الشمسية الضوئية المستقل، حيث يحتاج فقط إلى مكونين رئيسيين: وحدة أو مصفوفة طاقة شمسية ضوئية وحمل DC. يتم توصيل الوحدة الضوئية الشمسية أو المصفوفة مباشرة بالحمل DC، مثل المروحة أو مضخة المياه أو الإضاءة، دون أي جهاز وسيط. يمكن لهذا النظام العمل فقط خلال ساعات النهار عندما يكون هناك ضوء شمس كافٍ لتزويد الحمل بالطاقة.

الميزة الرئيسية لهذا النظام هي تكلفته المنخفضة وبساطته، حيث لا يحتاج إلى بطارية أو جهاز تحكم في الشحن أو مُحَوِّل. ومع ذلك، فإن العيب الرئيسي هو تطبيقه المحدود وأدائه، حيث لا يمكنه توفير الطاقة ليلاً أو أثناء ظروف ضوء الشمس المنخفض. بالإضافة إلى ذلك، يختلف الجهد والتيار الخارج من الوحدة الضوئية الشمسية أو المصفوفة اعتمادًا على شدة وزاوية ضوء الشمس، مما قد يؤثر على عمل الحمل.

نظام الطاقة الشمسية الضوئية المستقل مع حمل DC ودائرة التحكم الإلكترونية

هذا النوع من أنظمة الطاقة الشمسية الضوئية المستقل يحسن على النوع السابق بإضافة دائرة التحكم الإلكترونية بين الوحدة الضوئية الشمسية أو المصفوفة والحمل DC. يمكن أن تكون دائرة التحكم الإلكترونية إما جهاز تحكم في الشحن أو جهاز تتبع نقطة القوة القصوى (MPPT). يقوم جهاز تحكم في الشحن بتنظيم الجهد والتيار من الوحدة الضوئية الشمسية أو المصفوفة لمنع الشحن الزائد أو الاستنزاف الزائد للبطارية (إذا كانت موجودة) ولحماية الحمل من التقلبات في الجهد. يقوم MPPT بأقصى استفادة من الطاقة الخارجة من الوحدة الضوئية الشمسية أو المصفوفة عن طريق تتبع نقطة القوة القصوى تحت ظروف ضوء الشمس المختلفة.

الميزة الرئيسية لهذا النظام هي أنه يعزز استخدام وكفاءة الوحدة الضوئية الشمسية أو المصفوفة ويمد عمرها الافتراضي. كما يحسن أداء وموثوقية الحمل بتوفير جهد وتيار مستقر. ومع ذلك، فإن العيب الرئيسي هو أنه يزيد من تكلفة وتعقيد النظام، حيث يتطلب جهازًا إضافيًا وتوصيلات. بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن لهذا النظام توفير الطاقة ليلاً أو أثناء ظروف ضوء الشمس المنخفض بدون بطارية.

نظام الطاقة الشمسية الضوئية المستقل مع حمل DC ودائرة التحكم الإلكترونية والبطارية

هذا النوع من أنظمة الطاقة الشمسية الضوئية المستقل يضيف بطارية أو مجموعة بطاريات إلى النوع السابق لتوفير الطاقة ليلاً أو أثناء ظروف ضوء الشمس المنخفض. تقوم البطارية بتخزين الكهرباء الزائدة التي يتم توليدها بواسطة الوحدة الضوئية الشمسية أو المصفوفة خلال النهار وتزود الحمل بها عند الحاجة. تقوم دائرة التحكم الإلكترونية بتنظيم الشحن والإفراغ للبطارية وحمايتها من الشحن الزائد أو الاستنزاف الزائد.

الميزة الرئيسية لهذا النظام هي أنه يمكنه توفير طاقة مستمرة وموثوقة للتطبيقات النهارية والليلية. يمكنه أيضًا التعامل مع الأحمال المتغيرة والطلب ذروة باستخدام أحجام وأنواع مختلفة من البطاريات. ومع ذلك، فإن العيب الرئيسي هو أنه يزيد بشكل أكبر من تكلفة وتعقيد النظام، حيث يتطلب المزيد من المكونات والصيانة. تضيف البطارية أيضًا وزنًا وحجمًا للنظام ولديها عمر افتراضي وكفاءة محدودة.

نظام الطاقة الشمسية الضوئية المستقل مع حمل AC/DC ودائرة التحكم الإلكترونية والمُحَوِّل

هذا النوع من أنظمة الطاقة الشمسية الضوئية المستقل يضيف مُحَوِّلًا إلى النوع السابق لتمكين استخدام الأحمال ذات التيار المتردد، مثل الأجهزة والأجهزة الحاسوبية والتلفزيونات والإضاءة، وكذلك الأحمال ذات التيار المستمر. يقوم المُحَوِّل بتحويل الكهرباء ذات التيار المستمر من البطارية أو الوحدة الضوئية الشمسية أو المصفوفة إلى كهرباء ذات تيار متردد بالجهد والتردد المطلوب. يمكن أن يكون المُحَوِّل جهازًا مستقلًا أو مدمجًا مع جهاز التحكم في الشحن أو جهاز تتبع نقطة القوة القصوى (MPPT).

الميزة الرئيسية لهذا النظام هي أنه يمكنه توفير طاقة ذات تيار متردد ومستمر لمجموعة واسعة من التطبيقات والأجهزة. يمكنه أيضًا أن يكون أكثر كفاءة ومرونة من استخدام أنظمة منفصلة للأحمال ذات التيار المتردد والمستمر. ومع ذلك، فإن العيب الرئيسي هو أنه يزيد بشكل أكبر من تكلفة وتعقيد النظام، حيث يتطلب جهازًا إضافيًا وتوصيلات. يضيف المُحَوِّل أيضًا خسائر وضوضاء للنظام وقد يحتاج إلى حماية من الموجات الصاعدة والأعطال.

الخاتمة

أنظمة الطاقة الشمسية الضوئية المستقلة هي خيارات مفيدة وقابلة للتطبيق لتوفير الكهرباء في الأماكن النائية أو خارج الشبكة حيث تكون الكهرباء غير متوفرة أو غير موثوقة. يمكن أيضًا استخدامها لدعم الكهرباء من الشبكة أو لتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري. بناءً على نوع وحجم الحمل، يمكن تكوين أنواع مختلفة من أنظمة الطاقة الشمسية الضوئية المستقلة بمكونات مختلفة، مثل الوحدات الضوئية الشمسية أو المصفوفات وأجهزة التحكم في الشحن أو جهاز تتبع نقطة القوة القصوى (MPPT) والبطاريات والمُحَوِّلات والأحمال ذات التيار المتردد والمستمر. لكل نوع من هذه الأنظمة مزاياه وعيوبه من حيث التكلفة والتعقيد والأداء والموثوقية والصيانة.

لتصميم نظام طاقة شمسية ضوئية مستقل مناسب لتطبيق معين، يجب مراعاة عدة عوامل، مثل:

• خصائص الحمل (القوة، الجهد، التيار، التردد، التيار المتردد/المستمر)

• توفر الموارد الشمسية (ساعات ضوء الشمس، الشدة، الزاوية)

• حجم النظام (حجم الوحدة الضوئية الشمسية أو المصفوفة، سعة البطارية، تصنيف المُحَوِّل)

• تكوين النظام (اتصال السلاسل أو الموازية للوحدات أو البطاريات)

• حماية النظام (المقاطع الكهربائية، المفاتيح، أجهزة حماية الفيضانات)

• مراقبة النظام (الأجهزة القياسية، المؤشرات، الأجهزة الاستشعارية)

بيان: احترام الأصل، المقالات الجيدة تستحق المشاركة، إذا كان هناك انتهاك للحقوق يرجى التواصل لإزالة المحتوى.