‏إظهار الرسائل ذات التسميات أنظمة الطاقة الشمسية. إظهار كافة الرسائل
‏إظهار الرسائل ذات التسميات أنظمة الطاقة الشمسية. إظهار كافة الرسائل

الأربعاء، 20 مارس 2019

تصميم انظمة الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة Off Grid

تصميم انظمة الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة ( off grid pv solar system design )

سنحاول في هذا المقال تغطية موضوع مهم يسأل عنه الكثير وهو تصميم انظمة الطاقة الشمسية الكهربية المنفصلة عن الشبكة (off grid pv solarsystem design) وسنراعي التبسيط الشديد وتركيز الموضوع علي قدر الإمكان إن شاء الله.

ما هي النقاط التي سنغطيها في هذا الموضوع :

  1. ما هي انظمة الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة off grid
  2. ما هي عيوب ومميزات الأنظمة المنفصلة عن الشبكة
  3. ما هي الحالات التي يتم استخدام النظام المنفصل عن الشبكة فيها
  4. حساب مجموع الاحمال الكهربية يوميا ( ليلا ونهارا )
  5. تحديد حجم مصفوفة الألواح الشمسية وعدد الألواح وقدرتها الكهربية
  6. تحديد قدرة الأنفرتر (محول التيار)
  7. تحديد حجم البطاريات المطلوبة وعددها وسعتها
  8. تحديد منظم الشحن ومواصفاته



1- ما هي انظمة الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة off grid

انظمة الطاقة الشمسية الفولتوضوئية المنفصلة عن الشبكة أو ما يعرف ب Off grid PV solar systems هي من إسمها يتضح لك أنها أنظمة منفصلة عن الشبكة .. ولكن أي شبكة نقصد؟
.. بالطبع نقصد شبكة الكهرباء العمومية الخاصة بوزارة الكهرباء العادية .. فهذا النظام لا يعتمد إطلاقا علي شبكة الكهرباء العامة بل هو مستقل تماما ويتم تصميمه بحيث انه يلبي إحتيجاتك من الكهرباء ليلا ونهارا بالطاقة الشمسية.
وتتكون وكمت هو واضح من مصفوفة الألواح وتكون متصلة بمنظم الشحن " الذي يمكن أن يكون موجود بداخل الإنفرتر او كوحدة منفصلة " ثم يتصل منظم الشحن بمصفوفة البطاريات وكذلك بمجول التيار " الإنفرتر " والذي نقوم بعد ذلك بتوصيله بلوحة الكهرباء لتلبية إحتياجات المكان من الكهرباء.
يمكنك التعرف أكثر علي آلية العمل ووظيفة كل جزء من هذه المكونات بشكل أكثر تفصيلا من خلال قراءة موضوع " الطاقة الشمسية للمنازل "

2- ما هي عيوب ومميزات الأنظمة المنفصلة عن الشبكة

المميزات .. مجرد أن تكون معتمدة علي الطاقة الشمسية فقط بنسبة 100% فهي في حد ذاتها ميزة , فأنت لا يهمك بعد الآن انقطاع التيار الكهربي ولا عداد كهرباء ولا فواتير كهرباء
العيوب .. تكلفتها مرتفعة عن نظيرتها من الأنظمة المتصلة بالشبكة أو الهجينة وهذا لأنها تحتاج عدد أكبر من البطاريات نظرا لأن مطلوب من البطاريات تلبية كافة إحتياجاتك من الكهرباء طوال فترات غياب الشمس, وأيضا ستحتاج الي تغيير البطاريات كل فترة (من 3 الي 4 سنوات)

3- ما هي الحالات التي يتم استخدام النظام المنفصل عن الشبكة فيها

النظام المنفصل عن الشبكة مكلف قليلا كما ذكرنا وللمصداقية جدواه الإقتصادية حتي الآن اكبر من سعر الكهرباء التي تشتريها من شبكة الكهرباء الحكومية وحتي بعد ان يتم رفع الدعم عن الكهرباء في معظم البلدان ستكون ايضا تكلفة الأنظمة المنفصلة عن الشبكة كبيرة نسبيا وذلك لأنه كما ذكرنا فأنت بحاجة الي تغيير البطاريات كل فترة  مع العلم أن اسعار بطاريات الطاقة الشمسية حتي الآن لا تزال مرتفعة نسبيا ,لذلك يعتبر استخدامها ذو جدوي في الحالات الآتية:
- في المزارع النائية حيث تكون موجودة في مناطق خدمة الكهرباء العمومية فيها ضعيفة ومتكررة الإنقطاع كما أنهم يدفعون الكهرباء بنظام الممارسة او يتم تحصيل الكهرباء بالسعر التجاري وتحصل منهم الحكومة كثيرا علي ذلك.
- الإستراحات والمعسكرات والشاليهات النائية والتي لا يوجد بها خطوط كهرباء بالأساس فالطاقة الشمسية في هذه الحالة ستكون أرخص وأأمن من مولدات الديزل
- أي مكان آخر حالته مشابهة للحالات المزكورة بالأعلي




4- حساب مجموع الاحمال الكهربية يوميا ( ليلا ونهارا )

نأتي هنا الي بداية النقاط المهمة في التصميم والتي يجب أن تكون هي أول ما تفعله لتصميم نظام الطاقة الشمسية المنفصل عن الشبكة ألا وهو حساب مجموع الأحمال الكهربية للأجهزة الموجودة في المكان المراد تشغيله بالطاقة الشمسية.
كنا في موضوع سابق بعنوان حساب الطاقة الشمسية في المنازل تجاهلنا موضوع حساب مجوع الأحمال الكهربية للأجهزة بإعتبار أن مجموع الأحمال الكهربية يكون مذكور أصلا في فاتورة الكهرباء الشهرية فبمجرد قسمتها علي عدد ايام الشهر 30 يوم يمكن ببساطة حساب متوسط الإستهلاك اليومي من الكهرباء بالكيلو وات ساعة.. ولكن الآن فمن المتوقع أصلا عدم وجود كهرباء في المكان وبالتالي لا يوجد عداد كهربي بالمكان لذلك سنقوم بحسابها بأنفسنا.
والجدول التالي يوضح بعض الأحمال الكهربية لأكثر الأجهزة الكهربية استخداما  والتي ستكون موجودة لديك  في الغالب" سينفعك هذا الجدول لبداية حساب الأحمال الكهربية لبعض الأجهزة ولكن أنصح دائما بأخذ حمل كل جهاز بقراءته بنفسك فكل الأجهزة يكون مذكور عليها حملها بالوات Watt"

تصميم انظمة الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة ( off grid pv solar system design )

طبعا هذه هي الأجهزة الأساسية التي تجد معظمها او كلها في المكان المراد تشغيله بنظام الطاقة الشمسية المنفصل عن الشبكة وحاولنا ذكر اشهرها وأهمها بشكل بسيط ونؤكد انه اذا اردت حسابها بدقة فأقرأ علي كل جهاز الحمل الكهربي الخاص بع بالوات وهذا سيكون أفضل.
بالنسبة للمضخات فنؤكد اننا نقصد الطلمبات الصغيرة الخاصة بالإستخدامات العادية ذات القدرات البسيطة وتكون واحد فاز وليس للري فموضوع طلمبات الري موضوع آخر يمكنك قراءته في موضوع " تصميم انظمة مضخات الري بالطاقة الشمسية

دعونا الآن نبدأ معا في أول نقطة وهي حساب الاحمال الكهربية للأجهزة ومعدل الإستهلاك اليومي بالليل والنهار ولذلك ستحتاج الي ملأ الجدول التالي :
  "قم بتسطير الجدول يدويا بنفسك وأملأه" وسنقوم بشرح كل جزء فيه معا

تصميم انظمة الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة ( off grid pv solar system design )

أولا : بالنسبة للمربع ذو الخلفية البيضاء سنقوم فيه بكتابة الأجهزة التي لدينا والحمل الكهربي لكل جهاز بالوات watt وعدد الأجهزة .
" بالنسبة للإضاءة أكتب كل مجموعة لمبات متشابهة في القدرة في سطر منفرد"
ثانيا: في العمود ذو الخلفية الصفراء تقوم بحساب مجموع الأحمال لكل مجموعة أجهزة متشابهة علي حدي عن طريق ضرب الحمل بالوات للجهاز الواحد في عدد الأجهزة ( الحمل بالوات * عدد الاجهزة ) ثم في النهاية قم بجمع جميع القيم في العمود باللون الأسفر وكتابتها في المربع المحدد باللون الأحمر
ثالثا: الجدول ذو الخلفية الزرقاء تقوم بكتابة ساعات العمل المتوقعة اثناء النهار لكل جهاز " حاول ان تتوقع بالتقريب " وقم بكتابتها في عمود ساعات العمل المتوقعة ثم في العمود المسمي الطاقة الكهربية تقوم بضرب القيمة الموجودة في لعمود الأصفر " مجموع الأحمال بالوات " في قيمة عدد ساعات العمل المتوقعة بالنهار لتحصل علي الطاقة الكهربية المطلوبة بالنهار لكل جهاز علي حدي بوحدة wh "وات ساعة"  ثم تقوم بجمعها جميعا ووضعها في خانة الموجموع " المربع المحدد باللون الأحمر
رابعا : في الطاقة المطلوبة بالليل تكرر نفس الذي قمنا به في الخطوة السابقة فقط الإختلاف انك ستتوقع عدد ساعات العمل أثناء الليل بدلا من النهار وايضا تحسب المجموع النهائي وتضعه في المربع الأحمر بالنهاية.

وبذلك يصبح لديك ثلاثة قيم مهمة جدا جدا وهي كل ما تحتاجه لتبدأ في التصميم الصحيح والمناسب لك تماما باذن الله:
القيمة الأولي وهي : مجموع الأحمال بالوات يمكن ان تقوم بقسمتها علي 1000 لتحصل عليها بوحدة كيلو وات KW
القيمة الثانية : وهي الطاقة الكهربية المطلوبة أثناء النهار بوحدة وات ساعة  "Wh" ويمكن ايضا ان تقوم بقسمتها علي 1000 لتحصل عليها بوحدة كيلو وات ساعة Kwh"
القيمة الثالثة: الطاقة الكهربية المطلوبة بالمساء بوحدة وات ساعة Wh ويمكن ايضا ان تقوم بقسمتها علي 1000 لتحصل عليها بوحدة كيلو وات ساعة "Kwh"




5- تحديد حجم مصفوفة الألواح الشمسية وعدد الألواح وقدرتها الكهربية

بكل بساطة أنت الآن لديك قيمة الطاقة الكهربية التي انت بحاجة اليها بالنهار بوحدة كسلو وات ساعة "Kwh" وايضا لديك الطاقة التي تحتاجها بالمساء بوحدة كيلو وات ساعة "Kwh" وهاتان هما القيمتان الثانية والثالثة في الخطوة التي ذكرناها بالأعلي.
فقط فم بجمعهم لتحصل علي قيمة الطاقة الكهربية التي انت بحاجة اليها طوال اليوم بوحدة كيلو وات ساعة "Kwh"
قم بقسمة الناتج / 6 "وهو متوسط عدد ساعات سطوع الشمس في معظم البلاد العربية" .. الأن انت لديك القدرة الكهربية لالواح الطاقة الشمسية المطلوبة لتغطية استهلاكك طوال اليوم بوحدة كيلو وات "Kw"
قم بضرب الناتج * 1.2 " بذلك نكون قد زودناها بنسبة 20% اعتبارا لأيام الغيوم التي قد يقل انتاج الألواح فيها وهذا بمثابة معامل أمان"
ثم قم بتقريب القيمة بعد ذلك لأقرب رقم صحيح .. ولنقل مثلا انك بعد هذه الحسابات وجدت انك بحاجة الي 3.5 كيلو وات من الألواح  " أي 3500 وات " .. اذن كم لوح أنا بحاجة اليه الآن؟
ببساطة شديدة ايضا هناك في الأسواق العربية الواح شمسية بقدرات مختلفة اشهرها الواح 250 وات و 265 وات
فلنقل اننا سنختار الواح بقدرة 265 وات فيكون في مثالنا هذا عدد الألواح = 3500/265 = 13.2 " طبعا لا يوجد كسور ودائما نقرب للأكبر فسنكون في حاجة الي 14 لوح بقدرة 256 وات "
ولكن في هذه الحالة سيكون من الأفضل إختيار الواح بقدرة 250 وات للتوفير نظرا لأن في هذه الحالة سيكون ناتج القسمة 14 لوح بالتحديد بقدرة 250 وات للوح الواحد وطبعا اللوح ذو قدرة 250 وات ارخص من نظيره ذو قدرة 265 وات. وهكذا يسير الأمر " وأرجو أن يكون الموضوع واضح"
ويمكنك القراءة أكثر عن الواح الطاقة الشمسية في موضوع الالواح الشمسية لتوليد الكهرباء وموضوع اسعار الواح الطاقة الشمسية




6- تحديد قدرة الأنفرتر (محول التيار)

ببساطة أيضا وكما تعودنا انت حصلت في الخطوة الرابعة علي قيمة مجموع الأحمال الكهربية وهي القيمة الأولي التي ذكرناها وهي بوحدة كيلو وات " KW"
وهذا هو مجموع الأحمال الكهربية لكل الأجهزة التي لديك لو أنها قامت بالعمل في نفس الوقت وهذا بالتحديد هو المطلوب من الانفرتر "محول التيار"
فلو كان مثلا مجموع الأحمال الذي حصلت عليه في القيمة الأولي في الخطوة الرابعة 3.7 كيلو وات مثلا اذن انت بحاجة الي انفرتر 4 كيلو وات " نقوم دائما بتكبير القيمة نظرا لوجود فقد في الطاقة ولأن كفاءة الانفرتر ليست 100% بالتأكيد كما ان الانفرتر"محول التيار" في حد ذاته يقوم باستهلاك كهرباء ليعمل"
ويمكنك قراءة المزيد عن محول التيار في موضوع انفرتر انظمة الطاقة الشمسية ولاحظ طبعا اننا نتحدث عن انفرتر منفصل عن الشبكة Off Grid

7- تحديد حجم البطاريات المطلوبة وعددها وسعتها

بالنسبة لانظمة الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة يعتبر تحديد حجم مصفوفة البطاريات بالاساس يعتمد علي كمية الطاقة الكهربية المطلوبة طوال فترات غياب الشمس والتي قد تصل الي 16 ساعة في اليوم.
ولحساب حجم مصفوفة البطاريات ببساطة ايضا بالعودة الي الخطوة الرابعة للقيمة الثالثة التي حصلنا عليها والتي تمثل كمية الطاقة الكهربية التي ستحتاجها بالمساء بوحدة كيلو وات ساعة Kwh .
هذه هي الطاقة المطلوب من البطاريات تخزينها لتلبي كافة احتياجاتك من الكهرباء اثناء فترات غياب الشمس بناء علي الحسابات التي حسبناها في الخطوة الرابعة .. ولكن كيف أحدد عدد البطاريات وسعتها؟؟
-أولا : قم بقسمة هذا الرقم " القيمة الثالثة " في الخطوة الرابعة / 12 " 12 هي فولتية البطارية الواحدة فمعظم البطاريات في الأسواق إن لم يكن كلها تعمل بجهد كهربي 12 فولت "
- ثانيا: بعد ان تممت الخطوة الأولي انت الأن لديك السعة التخزينية المطلوبة بوحدة كيلو امبير ساعة KAh قم بضربها في 1000 لتحصل علي السعة بوحدة امبير ساعة Ah
- تالتا: قم بضرب هذه القيمة التي حصلت عليها في الخطوة السابقة في 2 لماذا؟ .. لأننا سنأخذ معدل تفريغ 50% وهو ما نسمية D.OD ويمكنك فهم هذا الأمر بشكل أعمق لو أردت من خلال قراءة موضوع استفسارات حول بطاريات الطاقة الشمسية ولكن لتبسيط الأمر بشكل مبدأي هذا يعني اننا تحاول ان نجعل البطاريات لا تقوم بتفريغ اكثر من نصف شحنتها في نهاية كل يوم وذلك يطيل عمر البطاريات ويحافظ عليها من التلف.
رابعا: انت الآن بعد الخطوة السابقة لديك قيمة بوحدة امبير ساعة AH وهي الوحدة االتحزينية للبطاريات .. ويوجد في السوق عدة سعات تخزينية مختلفة للبطاريات 55 أمبير او 70 امبير او 100 او 150 او 200 وهكذا " لاحظ ان المصطلح السوقي كلمة 100 امبير للبطارية مثلا تعني امبير ساعة AH "
فلحساب عدد البطاريات التي انت بحاجة اليها قم بقسمة الرقم الذي حصلت عليه / سعة البطارية التي أخترتها " وننصح باختيار بطارية ذات سعة كبيرة 200 أمبير مثلا او 150 امبير "




8- تحديد منظم الشحن ومواصفاته

منظم الشحن كما ذكرنا يمكن أن يكون موجود بداخل الإنفرتر ويمكن ان يكون وحدة منفصلة وننصح بجعله وحدة منفصلة واختيار انفرتر بدون منظم شحن لو استطعت ذلك ولكن في السوق الآن في السنة الأخيرة اصبحت اجد ان معظم الانفرترات المتوفرة بالأسواق منظم الشحن موجود بداخلها.
علي أي حال فلو كنت ستحصل علي انفرتر يوجد بداخله منظم الشحن فيجب انن تتاكد من مواصفات منظم الشحن الموجود بداخلها انه مناسب لظروفك.
بالنسبة لمنظم الشحن بدون الدخول في تفاصيل مرهقة إختار منظم شحن MPPT وهذا النوع هو الأفضل والأكثر كفاءة ويقوم بالحصول علي اكبر قدرة ممكنة من خلال تتبع القدرة القصوي بين الفولت والأمبير ولن نتحدث أكثر من ذلك في هذا الأمر.

دلوقتي بقي نيجي للنقطة المهمة جدا جدا في اختيار منظم الشحن او حتي الانفرتر لو كان منظم الشحن موجود بداخل الانفرتر وهي منظم الشحن كام فولت ؟ وكام امبير؟
الموضوع دا بقي بعتمد بالأساس علي مصفوفة البطاريات اللي عندك .. بالنسبة لمصفوفة البطاريات احنا في الخطوة رقم 7 المفروض نكون قدرنا نحصل علي عدد البطاريات اللي احنا محتاجينها وسعة كل منها ومتتخضش م العدد " ممكن تطلع 8 ممكن 10 ممكن 20 حتي " وهي انظمة الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة كدا بتستهلك بطاريات كتير.
طريقة التوصيل بيكون توالي او توازي او الاتنين مع بعض .. ازاي الكلام دا؟
يعني مثلا لو عندي 8 بطاريات البطارية الواحدة 12 فولت و 200 امبير " طبعا نقصد امبير ساعة بس دا اللفظ المتداول في السوق "

تصميم انظمة الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة ( off grid pv solar system design )

زي ما واضح في الصورة فوق لو وصلتهم توالي هيكون الأمبير ثابت والفولت اللي هيتجمع وهيكون الوضع 200 امبير ساعة و 96 فولت
ولو وصلت كل اربعة توالي مع بعض وخدت كل مجموعة منهم توازي مع اختها هيكون الوضع 400 امبير ساعة و 48 فولت
بمعني ان التوالي بجمع الفولت والتوازي بجمع الأمبير. " ولاحظ ان البطاريات لازم يكونو نفس السعة ونفس الفولت ونفس تاريخ الإنتاج ونفس النوع وعندهم نفس الهوايات كمان ^_^ "

طيب فرضا في مثالنا دا اني هختار الحالة التانية اللي هي 48 فولت " كدا انا محتاج منظم شحم 48 فولت " أساسي كدا .. كام امبير بقي ؟
بمنتهي البساطة زي ما اتعودنا شوف انت عندك الواح بقدرة قد ايه زي ما حسبنا في الخطوة رقم 5  .. قلنا مثلا 3.5 كيلو وات يعني 3500 وات
اقسم بقي 3500 / 48 " اللي هي الفولتية اللي اختارناها لمصفوفة البطاريات ومنظم الشحن " يطلع حوالي 73 امبير ( يعني انت محتاج منظم شحن ميقلش عن كدا يزيد ماشي وبشكل عملي هتلاقي في السوق منظم شحن 80 امبير )
يعني مدا مواصفات منظم الشحن بتاعك MPPT 48 فولت و 80 أمبير ... أتمني اني أكون وفقت في الشرح كدا ويسعدني اني أجاوب علي استفساراتكو

أعاننا الله وإياكم علي نشر العلم النافع

الأحد، 10 مارس 2019

مقارنة بين استخدام الديزل والكهرباء العامة وبين استخدام الطاقة الشمسية فى الرى

الري بالطاقة الشمسية

استخدامالطاقة الشمسية لضخ المياه الجوفية من اهم التطبيقات لاستخدام الطاقة الشمسية الدائمة لما تحققه من توفير اقتصادى كبير على المدى الطويل
بسبب الارتفاع المتزايد للاسعار سواء للوقود السائل " السولار " أو الكهرياء المستخدمين فى تشغيل طلمبات الأعماق و بالاضافة الى مشاكل مولدات الديزل و تكلفة صيانتها والعمر الافتراضى لها .

التشغيل بإستخدامالديزل:

بإفتراض ان كل فدان يحتاج يوميا 20 متر مكعب من المياه ، وان عمق المياه عند 50 متر ومتوسط عدد ساعات الرى 7 ساعات فاستخدام طلمبة بقدرة 20 حصان يكون عدد الافدنة 20- 25 فدان ، من ثم يكون الاحتياج اليومى للسولار 14 لتر= 420لتر في الشهر= 5040 لتر في السنة ، من ثم تكون التكلفة السنوية للتشغيل 5040 لتر ( سعر اللتر الواحد 5.5 جنية ) = 27720 جنية / سنة بالاضافة لـ 12000 جنية للزيت و 120000 جنية ثمن مولد الديزل

التشغيل بإستخدام الكهرباء الحكومية :

  1. يتم محاسبة اصحاب المزارع بنظام الممارسة بمتوسط سعر 600 جنيها تقريبا فى الشهر لكل فدان
  2. بإفتراض ان كل فدان يحتاج يوميا 20 متر مكعب من المياة وان عمق المياه عند 50 متر ومتوسط عدد الرى 7 ساعات فباستخدام طلمبة بقدرة 20 حصان يكون عدد الافدنة 20 – 25 فدان ( بمتوسط سعر 12000 جنية فى الشهر = 144000 جنية سنوي ) مع مراعاة انقطاع الكهرباء فى فصل الصيف وهو الوقت الاكثر احتياجا للماء وزيادة سعر الكهرباء تدريجيا حتى رفع الدعم نهائيا

التشغيل بإستخدام الطاقة الشمسية :

متوسط سعر الحصان الواحد 15000جنيها ولا توجد مشاكل سوى صيانة الانفرتر كل 5 سنين . أي أن تكلفة تشغيل طلمبة بقدرة 20 حصان = 300000 جنية و العمر الافتراضي لها 20 سنة

يمكنك قراءة المزيد عن تصميم وتنفيذ انظمة الري بإستخدام الطاقة الشمسية من خلال موضوع مضخات الطاقة الشمسية المكونات والتصميم

الجمعة، 8 مارس 2019

مضخات الطاقة الشمسية . المكونات والتصميم.

مضخات الطاقة الشمسية

في الحقيقة وقبل أن نبدأ في الحديث عن مضخات الطاقة الشمسية والتي يمكن استخدامها في الري أو غيرها أحببت أن أذكركم وأذكر نفسي ان ما نقدمه هنا من معلومات عن الطاقة الشمسية قائمة علي خبرات لمهندسين أكفاء ونحب ان نشكرهم جميعا علي سعة صدورهم.
وأحب أن أوضح أننا نحاول جاهدين تبسيط المعلومة وهدفنا الرئيسي هو جعل الطاقة الشمسية متاحة للجميع ومفهومة للجميع علي الأقل لمن يريد أن يبحث ويعرف وهذه هي رسالتنا في موقع الطاقة الشمسية للعرب, فنحن هنا لنضع قدمك علي الطريق ونوضح لك المعلومة بشكل مبسط ولو حتي علي الأقل لجعلك حينما تتعامل مع أحد تستطيع ان تحكم عليه أن كان محترف في المجال أم لا ولكن طموحنا الأساسي هو تعليم الجميع ان لا شيء يصعب تعلمه وأن تطبيقات الطاقة الشمسية يمكن للجميع أجراء حساباتها واختيار منتجاتها وحتي تركيبها بنفسه لو أراد.




النقاط التي سنتناولها عن مضخات الطاقة الشمسية في هذا المقال

  1. مميزات المضخات التي تعمل بالطاقة الشمسية
    وسنتناول فيها مميزاتها وأين تستخدم وما الفارق بينها وبين غيرها من المضخات الأخري
  2. مكونات أنظمة رفع المياه والري بالطاقة الشمسية
    وسنتحدث فيه بشيء من التفصيل عن مكونات النظام بشكل عام من المضخات نفسها وانواعها وانواع مواتير الكهرباء الموصلة عليها سواء مترددة او مستمرة والخزان وفائدته وهل يمكن تركيب بطاريات في النظام أم لا وسنعبر سريعا ايضا علي دوائر الحماية الكهربية وفائدتها في النظام وايضا الواح الطاقة الشمسية التي هي مصدر الكهرباء المولدة بالطاقة الشمسية.
  3. خطوات تصميم انظمة مضخات الطاقة الشمسية
    وسنذكر فيه خطوة بخطوة اجراء الحسابات اللازمة لتحديد أحتياجاتك كسعة المضخة وقدرتها والضغوط ونوعها وحسابات حجم الخزان وعدد الواح الطاقة الشمسية التي ستحتاجها وغيرها من التفاصيل ان شاء الله.

1- مميزات مضخات الطاقة الشمسية

في العديد من القري والواحات البعيدة عن المدن قد لا تتوفر خدمات الكهرباء الأرضية وايضا ليس هناك مصدر جاري للماء كالأنهار وغيرها ولذلك تلبية أحتياجات سكان هذه المناطق من المياه سواء المستخدمة في الري و الزراعة او الشرب والأستخدام الشخصي تعتمد بشكل أساسي علي آبار المياه الجوفية والتي قد تكون علي أعماق قليلة أو كبيرة وفي هذه الحالة هم في حاجة ضرورية لمضخات ( طرمبات ) لرفع المياه وحيث أن الكهرباء الأرضية أو الحكومية غالبا لا تكون متوفرة في هذه المناطق فمصدر الطاقة المستخدم في أدارة مضحات ( طرمبات ) رفع المياه اما ان يكون بالديزل أو باستخدم مضخات الطاقة الشمسية.ودعونا نعقد مقارنة بسيطة بين مضحات الطاقة الشمسية والمضخات المدارة بالديزل

العيوب المميزات
تحتاج الي عمليات صيانة مكلفة
تحتاج الي متابعة وتزويدها بالوقود باستمرار
عمرها الأفتراضي صغير
يصدر عنها ضوضاء وملوثات للجو
سريعة وسهلة التركيب
يمكن حملها من مكان لمكان
سعرها الأساسي قليل نسبيا
منتشرة الأستخدام
مضخات الديزل
التكلفة المبدأءة كبيرة نسبيا

لا تحتاج الي متابعة تذكر
عمرها الأفتراضي كبير
عمليات صيانتها محدودة جدا وغير مكلفة
لا ضوضاء ولا ملوثات تصدر عنها
مضخات الطاقة الشمسية


وقد اثبتت الدراسات الاقتصادية وكذلك التجربة العملية بان فترة استرداد رأس المال الخاصة بالمضخات الشمسية مقارنة بمضخات الديزل تتراوح بين 3 : 5 سنوات علما بأنه مازال هناك دعم من معضم البلدان العربية للوقود التقليدى وكل المؤشرات تؤكد تحول السياسات لدعم الطاقات النظيفه كبديل للطاقات التقليدية الملوثة للبيئة.
من الممكن تزويد النظام الشمسى لرفع المياه بانظمة تتبع شمسى تزيد من كفاءة المضخات بنسبة 30 % على الاقل

التطبيقات الشائعة

  • رفع المياه من الابار الجوفية باستخدام المضخات الغاطسه لغرض الرى بالتنقيط او الرش.
  • رفع المياه من القنوات باستخدام المضخات الغاطسه او السطحية لأغراض الرى بالغمر ولجميع التطبيقات الاخرى.
  • رفع المياه من الآبار بالمناطق النائية للشرب والاغراض الاخرى.
  • استخدام المضخات السطحية فى تقليب المياه لتنقية حمامات السباحة.

2- مكونات أنظمة رفع المياه والري بالطاقة الشمسية

مضخات الطاقة الشمسية

أولا : الواح الطاقة الشمسية

الواح الطاقة الشمسية او ما يعرف بالألواح الكهروضوئية او الفولتوضوئية هي المصدر الرئيسي لتوليد الكهرباء عن طريق تحويل الأشعاع الشمسي الساقط عليها الي تيار كهربي مستمر وكنا قد تحدثنا عنها بالتفصيل وعن أنواعها في موضوع سابق بعنوان الواح الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء.




ثانيا : منظم الجهد و الانفرتر

في حالة استخدام مضخة تعمل بمحرك تيار مستمر DC فكل ما سنحتاجه هو دائرة تحكم لتنظيم الجهد الداخل علي المضخة MPPT Controller .
أما في حالة استخدام مضخة تعمل بمحرك تيار مستمر ففي هذه الحالة سيحتاج النظام الي وجود انفرتر لتحويل التيار من مستمر DC ( وهو ما تنتجه الألواح ) الي تيار متردد AC ومعظم الأنفرترات المستخدمة في المضخات تكون من النوع 3 فاز ومعظمها يوجد به منظم جهد داخلي.
وستحتاج أيضا الي دائرة كهربية بسيطة بها بعض الحمايات لحماية المحرك والمضخة من التلف في حالة حدوث حمل ذائد قد ينتج عن حدوث سدد في المواسير أو دخول بعض الشوائب داخل المضخة أو حتي جفاف الماء.

ثالثا : مضخات الطاقة الشمسية

ويمكن تقسيمها الي عدة انواع اعتمادا علي بعض المتغيرات المختلفة كما يلي: تقسيم المضخات بناء علي نوع المحرك الكهربي المستخدم :
محرك تيار مستردد AC :
وكما ذكرنا يحتاج لوجود انفرتر وبداخله منظم للجهد لتحويل التيار المستمر الناتج من الواح الطاقة الشمسية الي تيار متردد لأدارة موتور المضخة ويجب ان يوجد في الدائرة منظم جهد لتنظيم الجهد والتيار الخارج من الألواح ولكن معظم الانفرترات الآن أصبحت تحتوي علي منظم داخلي بها mppt ودائما يكون انفرتر 3 فاز (3 phase )
يتم استخدام انظمة طلمبات التيار المتردد في المشاريع الكبيرة كما تستخدم في تنقية وتدوير المياه في حمامات السباحة وتحلية مياه البحر ومشروعات مياه الشرب

محرك تيار مستمر DC :
المضخات التي تعمل بمحرك تيار مستمر تحتاج فقط لوجود منظم جهد لتنظيم الجهد الخارج من الألواح mppt controller ليتماشي مع متطلباتها وفي الحقيقة هذا النوع هو أكثر كفاءة وأقل أحتياجا لعمليات الصيانة والدائرة الكهربية له ليست معقدة ولكنه يظل زو تكلفة أعلي من نظيره الذي يعمل بالتيار المتردد كما انه ليس متوفر بكثرة في الأسواق لذلك هذا النوع ليس منتشر كثيرا.
تستخدم هده الطلمبات في المشاريع الصغيرة والمتوسطة في تطبيقات تصل قدرتها إلى حوالي 3 كيلوواط. وهي مناسبة لتطبيقات مثل نوافير الحدائق، ومياه الشرب للماشية، أو مشاريع الري الصغيرة.

تقسيم المضخات بناء علي نوع المضخة نفسها :
المضخات ذات الازاحة الموجبة (Positive displacement ) :
أو ما يعرفه المعظم بالطرمبات ذاتية التحضير وأشهرها المضخات الترددية او الحلزونية وهي ترفع المياه الي مستويات أعلي أي نها تولد ضغط أعلي ولكن السعة أو معدل السريان (flow rate ) يكون أقل من نظيرتها ذات الضغط الديناميكي (في حالت كانتها لهما نفس القدرة )

المضخات الديناميكية ( Dynamic pumps ) :
وهي طرمبات غير ذاتية التحضير وأشهرها مضخات الطرد المركزي وهذا النوع منتشر كثيرا وللعلم هو النوع المستخدم لرفع المياه في المنازل وهي ترفع المياه بمعدل سريان عالي عن نظيرتها ذات الأزاحة الموجبة ( في حالة كانتا لهما نفس القدرة ) ولكن ترفع المياه الي ارتفاعات اقل أي انها تولد ضغط أقل من نظيرتها ذات الازاحة الموجبة.

تقسيم مضخات الطاقة الشمسية أعتمادا علي مكانها :

مضخات الطاقة الشمسية السطحية :
مضخات الطاقة الشمسية
والمضخات السطحية تكون مناسبة في حالة كانت سترفع المياه من عمق لا يتعدي ال 7 امتار وبكون مكانها علي مستوي الأرض وتمتد منها ماسورة لرفع المياه من المكان المراد نزح الماء منه وهي مناسبة في تطبيقات رفع المياه من الأنهار او الترع او نزح الماء من تانك .

مضخات الطاقة الشمسية المغمورة :
مضخات الطاقة الشمسية
والمضخات المغمورة تستخدم لرفع المياه من أعماق كبيرة كبئر ماء والآبار وغيرها وهي تكون مغمورة في الماء نفسه و معظم الانواع المتوفرة حاليا تكون متعددة المراحل كما انها تأتي بها حمايات خاصة حتي لا تحمي نفسها من العمل في حالة جفاف الماء عنها حتي لا تتعرض للحمل الذائد والتلف.

رابعا: الخزان والبطاريات

في الحقيقة سألني الكثير من الناس سؤال الا وهو . هل يكون توصيل بطاريات علي طرمبات الطاقة الشمسية اذا أحتجت للمياه في فترات الليل ؟
الاجابة العلمية هو بالطبع ممكن فأي دائرة كهربية يمكن توصيل نظام العمل بالبطاريات عليها ولكن في حالة نظام الرفع بمضخات الطاقة الشمسية سأرد انا عليك بسؤال آخر ما هي فائدة البطاريات اصلا ؟ اليست فائدتها هو ادارة المضخات لتوفير المياه اثناء فترات غياب الشمس؟ والخزان أيضا سيؤمن لك أحتياجك من المياه اثناء قترات غياب الشمس لذلك يمكن تكبير سعة المضخة قليلا ونظام الألواح حتي يتثني للمضخة توفير كل كمية المياه المتوقع استخدامها طوال اليوم خلال فترة سطوع الشمس فقط والتي هي قرابة 5 ساعات يوميا وتقوم مضخة الطاقة الشمسية برفع المياه في الخزان ثم تستخدمها انت متي شأت ليلا او نهارا .
وطبعا لا مقارنة بين سعر الخزان وسعر البطاريات والتي تحتاج الي صيانة وتغيير كل فترة لا تزيد عن 5 سنوات في افضل انواع البطاريات المتاحة في الأسواق.




3- خطوات تصميم انظمة مضخات الطاقة الشمسية

اولا : معدل استهلاك المياه لليوم الواحد

وهو معدل استهلاك المياه للأفراد والمواشي والمحاصيل لليوم الواحد حسب احتياجاتك ويمكنك حسابها بالجدول التالي :

عدد واحد من الشيء معدل استهلاكه للماء (لتر/اليوم الواحد)
الأنسان ( كافة استخداماته اليومية ) 350
البقرة الحلوب 80
الثور أو ذكر الجاموس 70
الدواجن 0.4
الحصان 45
الاشجار الصغيرة 50
الاشجار الكبيرة 100
المحاصيل الزراعية حسب نوع المحصول والمساحة المزروعة ويمكن الحصول عليها من الجداول الخاصة بوزارة الزراعة.

ثانيا حساب معدل التدفق المطلوب لمضخات الطاقة الشمسية water flow rate :

بعد أن أجريت حساباتك لتعرف معدل استخدامك اليومي من المياه باللتر . تأتي خطوة حساب معدل التدفق المطلوب من المضخة حتي تلبي أحتياجاتك اليومية.
ونحن نعلم أن متوسط فترة سطوع الشمس يوميا هي خمسة ساعات فقط . ونحن خلال هذه الفترة نريد ان نؤمن كل هذا القدر من المياه المطلوب فمثلا :
لو اننا بعد ان أجرينا الحسابات الخاصة لنحصل علي كمية المياه التي نحتاجها يوميا وجدنا اننا نحتاج الي 10000 لتر من المياه يوميا.
وبما أننا ذكرنا ان متوسط فترة سطوع الشمس يوميا في بلادنا العربية هو 5 ساعات تقريبا نقوم بقسمة هذا الرقم علي 5
10000/5 = 2000 لتر/ساعة ... او ما يعادل 34 لتر/دقيقة .
*ملحوظة: قمنا بتحويلها الي وحدة لتر/دقيقة بقسمة الرقم علي 60 وذلك لأن معظم المضخات توصف معدل التدفق بوحدة لتر/دقيقة (L/min)

ثالثا حساب ارتفاع الضغط الديناميكي TDH (Total Dynamic Head)

هي بأختصار حساب المسافة الرأسية التي نحتاج أن نرفع المياه اليها أي انها المسافة التي ستقوم مضخة الطاقة الشمسية برفع المياه اليها رأسيا أي عكس الجاذبية الأرضية. وهي تعبر لنا عن الضغط المطلوب من المضخة توفيره لترفع المياه من عمق البئر الي أعلي نقطة في الخزان.
ويمكن حسابها عن طريق جمع الثلاث قيم الآتية :
1- المسافة الرأسية بالمتر من سطح الأرض الي منسوب الماء في البئر او النهر او الترعة ( اي عمق المياه عن سطح الأرض )
2- المسافة الرئسية بالمتر من سطج الأرض الي أعلي نقطة في الخزان
3- قيمة الفقد بالأحتكاك داخل المواسير ( وهي قيمة تحسب أيضا بالمتر ويمكن الحصول عليها من خلال جداول معينة معتمدة علي قطر المواسير وطولها وشكل الوصلات الموجودة في الخط ) ولتبسيط الأمر بأعتبار انك تجري حسابات مبدأية للموضوع يمكنك حساب هذه القيمة علي انها تعادل 7% من مجموع القيمتين السابقتين فمثلا :
لو أن عمق المياه 100 متر عن سطح الأرض والمسافة من سطح الأرض لأعلي قمة في الخزان 7 متر فيكون الفقد بالأحتكاك تقريبا = 107*7 /100 = 7.49 متر..... تقريبا 7.5 متر
فيصبح ارتفاع الضغط الديناميكي TDH = مجموع هذه القيم الثلاثة ويكون بالمتر = 100+7+7.5 = 114.5 متر



رابعا: أختيار مضخة الطاقة الشمسية المناسبة pump sellection

يمكننا مبدأيا حساب قدرة المضخة المطلوبة بضرب القيم التالية:
معدل السريان الذي قمنا بحسابه بوحدة (لتر/الدقيقة) * ارتفاع الضغط الديناميكي الذ حسبناه بالمتر * 0.0001635 = قدرة المضحة بالكيلو واتفي الحالة التي افترضناها مثلا ستكون المعادلة كالتالي : قدرة المضخة = 34 * 114.5 * 0.0001635 = 0.6365 كيلو وات ( ما يعادل تقريبا 1 حصان )
* ملحوظة : 1 حصان يكافيء 0.745 كيلو وات
ولكن ما نود التنويه عنه هو أنك لا يجب ان تعتقد انك بمجرد ان علمت قدرة المضخة الكهربية ستذهب لشراء مضخة واحد حصان بهذه البساطة فأنت قد تشتري مضخة قدرتها واحد حصان فعلا ولكنها قد تكون صممت كي تعمل تحت ضغط أقل من المناسب لحالتك أو انها قد توفر كمية تدفق أقل من المناسبة لحالتك لذلك يجب ان تعلم أن اختيار المضخة يتم بمعرفة كل من معدل التدفق وارتفاع الضغط الديناميكي عن طريق الدخول الي خرائط التصميم الخاصة بالشركة المصنعة للمضخة ليتثني لك أختيار المضخة المناسبة لك تماما والتي تلبي أحتياجاتك بناء علي حالتك الخاصة.

خامسا: تحديد حجم المصفوفة الشمسية المناسبة

في الحقيقة فان معرفة قدرة مضخة الطاقة الشمسية المناسبة لك لم يكن بشكل اساسي لأختيار المضخة نفسها فاختيار المضخة يكون بناء علي معدل التدفق وارتفاع الضغط الديناميكي .
ولكن كان تحديد قدرة المضخة لمعرفة حجم مصفوفة الواح الطاقة الشمسية المناسبة لتوفير الكهرباء اللازمة لأدارة مضخة الطاقة الشمسية الخاصة بك.
ففي المثال السابق مثلا توصلنا انك ستحتاج الي مضخة قدرتها الكلية 0.636 كيلو وات
اذن انت ستحتاج الي كمية الواح شمسية توفر لك هذا القدر من الكهرباء ونضيف اليها معامل امان نظرا لوجود فواقد في الأنفرتر وغيره من مكونات الدائرة الكهربية وايضا احتياطا لتقلبات ظروف الجو فنقوم بضرب هذه القيمة في 1.5
هذا يعني اننا مثلا في حالتنا هذه سنحتاج الي مصفوفة الواح طاقة شمسية تؤمن قدرة كهربية = 0.636 *1.5= 0.954 كيلو وات
أي اننا سنحتاج مصفوفة الواح بقدرة واحد كيلو وات ( وهذا عادة سيكون عبارة عن اربع الواح قدرة الواحد منها 250 وات )

نرجو أن يضع هذا الموضوع قدم من يريد ان يبدأ في تركيب نظام مضخات الطاقة الشمسية علي الطريق الصحيح لمعرفة ما يلزمه وما يحتاجه وكيف يبدأ التفكير في الأمر وأعلم ان هناك الكثير من التفاصيل التي لم نذكرها وسنحاول تفصيل هذه الأمور معا في التعليقات وفي مواضيع أخري.
(أعاننا الله واياكم علي نشر العلم النافع)



الثلاثاء، 26 فبراير 2019

تركيب الواح الطاقة الشمسية

تركيب الواح الطاقة الشمسية
يسأل العديد من الناس عن طريقة تركيب الواح الطاقة الشمسية. والحقيقة أن هذا السؤال في منتهي الأهمية وفي منتهي البساطة في نفس الوقت. حيث ان في مخيلة العديد من المهتمين بالطاقة الشمسية ان تركيب الواح الطاقة الشمسية هو أمر معقد ويحتاج الي متخصصين.
ونحن في هذا الموضوع سوف نحاول توضيح كيفية تركيب الواح الطاقة الشمسية من ناحية التوجيه ( التوجيه هو في اي اتجاه وبأي زاوية ميل ستقوم بتوجيه الواح الطاقة الشمسية الخاصة بك أعتمادا علي موقعك الجغرافي. ) وعليك ان تعلم انه يوجد حسابات أخري تعتمد علي وزن الألواح والأطارات المصنوعة من الصلب التي ستحتاجها لكي تحمل الواح الطاقة الشمسية دون حدوث اي اهتزاز او انهيار لها. أما بخصوص التوصيلات الكهربية الخاصة بالواح الطاقة الشمسية سنتناولها في موضوع لاحق ولكن مبدأيا فنحن تحدثنا من قبل عن مكونات انظمة الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء  ويمكنك قرائتها في موضوع  الطاقة الشمسية للمنازل

الأحد، 6 ديسمبر 2015

التبريد والتكييف بالطاقة الشمسية

التبريد والتكييف بالطاقة الشمسية
هل يمكن فعلا ان نقوم بعملية التبريد او التكييف باستخدام الطاقة الشمسية؟
سألت عدد من الناس هذا السؤال ووجدت ان معظم الناس منهم من درس العلوم الهندسية لا يعلمون انه يوجد من التطبيقات  والمتوفرة بالفعل أنظمة تكييف وتبريد باستخدام الطاقة الشمسية أو بمعني أصح حرارة الشمس.
وسنحاول ان نعبر علي عدد من الأنظمة المتوفرة والتي اثبتت نجاح وأصبح لها شركات تنتجها حول العالم في موضوعنا هذا عن التبريد بالطاقة الشمسية.

السبت، 3 أكتوبر 2015

سخانات مياه الطاقة الشمسية

سخانات الطاقة الشمسية

ما هي سخانات الطاقة الشمسية؟

سخانات الطاقة الشمسية هي أحد أهم تطبيقات استخدام الطاقة الشمسية, والسخان الشمسي يقوم باستغلال الطاقة الشمسية الساقطة عليه لتسخين المياه بشكل مباشر وليس لتوليد الكهرباء كما في حالة الألواح الشمسية.
وهذه المياه الساخنة يمكن استغلالها لأغراض الأستحمام أو لتدفئة حمامات السباحة أو التدفئة بالطاقة الشمسية او حتي التبريد بالطاقة الشمسية, كما ان محطات الطاقة الشمسية الحرارية أيضا تستخدم تسخين المياه لتوليد الكهرباء.
سخانات الطاقة الشمسية موجودة منذ أكثر من مائة عام ولكن في العقدين الأخيرين تطورت تكنولوجيا السخانات الشمسية بشكل كبير وملحوظ ومعظم التطور الحاصل كان في المجمعات الشمسية فالمجمعات الشمسية الآن يمكنها استغلال ما يزيد عن 50% من الطاقة الشمسية الساقطة عليها. ولو قارنتها بالواح الطاقة الشمسية الفولتوضوئية فهي لا تستطيع تحويل أكثر من 21% من الطاقة الشمسية الساقطة عليها الي كهرباء وذلك في أجود انواع الواح الطاقة الشمسية.

السبت، 19 سبتمبر 2015

تحلية المياه بالطاقة الشمسية.. الفكرة !!

تحلية المياه بالطاقة الشمسية
عملية تحلية المياه بالطاقة الشمسية - Solar water distillation - من الممكن تعريفها بأنها هي عملية تنظيف الماء من الاملاح والرواسب عن طريق التبخير والتكثيف باستخدام الطاقة الشمسية الحرارية للحصول علي ماء نقي صالح للشرب او الزراعة.