الاستقلالية الشمسية ("خارج الشبكة")، الدليل العملي!

قبل الحصول على أي معدات مطلوبة لنظام الطاقة الشمسية (الهجين) أو خارج الشبكة، من الضروري إتقان أساسيات تصميم أنظمة تخزين الطاقة وتحديد حجمها. كما هو موضح أدناه، فإن الخطوة الأولى هي تطوير ملف الشحن عبر حاسبة لدينا، لتقدير كمية الطاقة التي سوف تستهلكها في الموقع على أساس يومي. 

Exemple (انقر على هذا الرابط للوصول إلى حاسبة Excel عبر الإنترنت) :

الخطوة 1 – تقييم الاستهلاك بالكيلوواط ساعة:

 العنصر الأكثر أهمية في تصميم النظام الشمسي خارج الشبكة هو تقدير الطاقة المطلوبة على أساس يومي بالكيلوواط ساعة. بالنسبة للمواقع المتصلة بالشبكة، يمكن الحصول على بيانات دقيقة لملف تعريف الحمل باستخدام أجهزة القياس لقياس الأحمال مباشرة. بالنسبة للأنظمة خارج الشبكة أو المستقلة، ابدأ دائمًا باستخدام حاسبة الأحمال خارج الشبكة لتلبية احتياجات الصيف والشتاء. سيساعد جدول التحميل أيضًا في حساب الأحمال القصوى وعوامل الطاقة والحد الأقصى للطلب المطلوب لتحديد حجم النظام المناسب. يجب الحرص على التمييز بين مفاهيم كيلوواط (الطاقة) و كيلوواط ساعة (الطاقة)!

الخطوة 2 - حجم البطارية:

يتم قياس سعة البطارية بـ Ah أو Wh. ال بطاريات النيكل والحديد يتم حجمها بـ Ah (للحصول على السعة بـ KwH، يجب عليك مضاعفة السعة بـ Ah x الجهد، على سبيل المثال 200Ahx48V = 9.6 كيلووات ساعة من الطاقة الاسمية)، بينما سعة البطاريات يتم قياس الليثيوم بالكيلوواط ساعة. يجب مراعاة جميع عوامل الفقد للتأكد من أن حجم البطارية كافٍ لتلبية الأحمال، بما في ذلك الحد الأقصى لعمق التفريغ المسموح به (DoD)والتي سيكون لها أيضًا تأثير على العمر. ضع في اعتبارك أيضًا نوع البطارية وكيميائها، ونطاق جهد البطارية، والحد الأدنى لأيام التشغيل (أيام متواصلة بدون ضوء الشمس)، والحد الأقصى لمعدل شحن البطارية (تصنيف C)، كما هو موضح بمزيد من التفصيل لاحقًا.

الخطوة 3 – تحديد حجم تركيب الطاقة الشمسية

 من الضروري أن يكون لديك تركيب شمسي بحجم صحيح لشحن البطارية أثناء تشغيل الأحمال. للتأكد من أن تركيب الطاقة الشمسية كبير بما فيه الكفاية، ضع في الاعتبار الظروف المحلية، بما في ذلك متوسط ​​الإشعاع الشمسي على مدار العام (ذروة ساعات ضوء الشمس)، ومشكلات التظليل، والتوجيه وزاوية ميل اللوحة، وفقدان الكابلات، والتدهور الحراري (عوامل الخسارة). أداة تصميم الطاقة الشمسية PVGIS يمكن أن يساعد في تقدير توليد الطاقة الشمسية على مدار العام، بناءً على اتجاه الألواح وموقعها.

الخطوة 4 - اختيار الشاحن العاكس

Une fois les étapes 1 à 3 faites, vous devez ensuite choisir un onduleur-chargeur approprié, ainsi qu'un régulateur de charge solaire MPPT pour correspondre à l'installation solaire en fonction de la longueur des panneaux et des chaînes, qui déterminera la tension قنوات. استخدم حاسبة شد السلسلة لتقديرها الحد الأقصى والحد الأدنى من توترات السلسلة، مما سيساعدك على تحديد اختيار شاحن MPPT الأنسب (استخدمت مثال آلة حاسبة Victron MPPT في هذه الحالة). بعد ذلك، يمكن اختيار شاحن البطارية العاكس لتلبية احتياجاتك من الحمل المستمر وذروة الحمل.

كيفية اختيار العاكس البطارية المناسب؟

Lتتمتع محولات البطارية للتطبيقات خارج الشبكة بمواصفات عديدة يجب أخذها في الاعتبار قبل اختيار عاكس البطارية المناسب وحجمه. تتوفر عدة أنواع من الأنظمة، بما في ذلك أجهزة الشحن العاكسة التفاعلية للشبكة، والعاكسات الهجينة، والأنظمة الكاملة مع تخزين البطارية المتكامل (المعروف باسم BESS)، وأنظمة بطاريات اقتران التيار المتردد. فيما يلي الخطوط العريضة لبعض المفاهيم الأساسية التي يجب مراعاتها عند اختيار العاكس المناسب، من خلال تحليل ورقة البيانات الخاصة بعاكس البطارية الذي نستخدمه بشكل متكرر، له فيكترون Multiplus-II. فيما يلي المعايير التي يجب مراعاتها:

 

- قوة الخرج المستمرة للعاكس، وقدرة الذروة (كيلو فولت أمبير وكيلو وات)

- قدرة شحن الشاحن العاكس للبطاريات (في أ)

- القدرة على النقل 

- توافق البطارية (حسب التكنولوجيا)

- نوع البنية (وصلة التيار المستمر أو التيار المتردد؟)

- القياس عن بعد ومراقبة النظام المحلي و/أو عن بعد

 

  

1. طاقة خرج العاكس – الحد الأقصى لقيم الذروة والمستمرة (كيلوواط)

 

تأتي محولات البطارية (الهجينة أو خارج الشبكة) في مجموعة واسعة من الأحجام، والتي يتم تحديدها من خلال خرج الطاقة المستمر المقاس بالكيلوواط أو كيلو فولت أمبير. تعتمد قوة العاكس على طوبولوجيته أو تصميمه، ونوع دائرة تحويل الطاقة، ووجود محول أم لا، ونظام التبريد، ودرجة حرارة التشغيل. يوجد أدناه نوعان رئيسيان من المحولات الهجينة وغير المتصلة بالشبكة المتوفرة.

 

 

Lمحولات البطارية خارج الشبكة توظيف المحولات الحلقية للخدمة الشاقة، وهي أكثر تكلفة، ولكنها توفر طاقة ذروة وتدفق عالية ويمكنها التعامل مع الأحمال الحثية العالية. تحتوي هذه العاكسات عادةً على أنظمة تبريد مروحية بشكل نشط للحفاظ على الأداء في درجات الحرارة المرتفعة. كما هو موضح أدناه، تحتوي معظم هذه العاكسات على شواحن مدمجة وهي أيضًا تفاعلية مع الشبكة (وهذا هو الحال مع Victron Multiplus-II)

 

Lالعاكسون الهجين وأنظمة البطاريات المقترنة بالتيار المتردد استخدم محولات بدون محولات مع "ترانزستورات التبديل" (على سبيل المثال: محولات Fronius GEN24 أو GROWATT أو DEYE الهجينة، وما إلى ذلك...) تتمتع هذه المحولات المدمجة وخفيفة الوزن بقدرة ذروة منخفضة ومعدلات زيادة مفاجئة، ولكنها أكثر اقتصادا، كونها أرخص وأسهل في التصنيع. وعادة ما تكون أيضًا مقاومة للطقس بالكامل، مما يعني أنه يمكن تركيبها بأمان في الأماكن الأكثر تعرضًا، على الرغم من أنه يجب دائمًا تجنب التعرض المباشر لأشعة الشمس. ومع ذلك، فهي ليست مصممة للعمل خارج الشبكة على مدار العام، ولكن يمكن أن تقوم بوظائف احتياطية من حين لآخر.

 

   

 

من المهم فهم الحد الأقصى من الطاقة التي يمكن أن يوفرها العاكس بشكل مستمر، بالإضافة إلى الطاقة القصوى التي يمكنه التعامل معها لفترات قصيرة من الوقت، والتي غالبًا ما تكون ضرورية عند بدء الأحمال الحثية مثل المحركات. لا تضطر إلى الاختيار بين تشغيل مجفف الشعر أو محمصة الخبز! 

 

 

Pالطاقة في كيلو فولت أمبير أو كيلوواط؟ ماذا نختار؟

 

من المهم ملاحظة ما إذا كان خرج الطاقة للعاكس مذكورًا بالكيلوواط أو كيلو فولت أمبير. الكيلووات هي القياس الأكثر دقة بشكل عام. قد يكون هذا مربكًا عند تحديد حجم العاكس الذي يناسب احتياجاتك. تظهر أدناه نسبة التحويل العامة المستخدمة للتحويل من kVA إلى kW:

 

كيلو فولت أمبير × 0.8 = كيلوواط

 

على سبيل المثال، عاكس Victron بقدرة 5 كيلو فولت أمبير يعادل تقريبًا عاكس بقدرة 4 كيلو واط. مثال آخر هو العاكس ذو خرج طاقة مستمر يبلغ 3000 فولت أمبير (3 كيلو فولت أمبير) والذي يولد عادةً 2400 واط فقط بشكل مستمر، أو حوالي 80% من الطاقة "الظاهرة" المعلنة.

 

 

 

2. قدرة الشحن العاكس (يتم التعبير عنها عمومًا بـ A):

 

هذه هي قدرة العاكس على شحن البطارية من ما يسمى بمصدر "الشاطئ" (مولد). ويعني معدل الشحن الأعلى أنه يمكن إعادة شحن البطارية بسرعة أكبر، وهو ما يمكن أن يكون مفيدًا في المناطق ذات فترات محدودة من ضوء الشمس أو عندما تضطر إلى تشغيل المولد. مثال مع عاكس البطارية Multiplus-II:

 

 

3. حجم التركيب الكهروضوئي (كيلوواط)
 

يجب أن يكون حجم (فهم الطاقة) للتركيبات الكهروضوئية متوافقًا مع قدرة العاكس. يمكن أن يؤدي العاكس الكبير أو الأصغر حجمًا مقارنة بالتركيب الكهروضوئي إلى فقدان الكفاءة والأداء. سعلى سبيل المثال، إذا أخذت Multiplus-3000VA وأضفت شاحني Victron RS 450/100 بقدرة 5 كيلو واط لكل منهما، فستتمكن فقط من استخدام قوة Multiplus، أي 3 كيلو فولت أمبير من إجمالي الطاقة المحتملة البالغة 10 كيلو فولت أمبير. (إذا كانت الألواح الخاصة بك تنتج في ظروف مثالية!).

 

 

4. تمرير/نقل الطاقة (أ):

 

يشير تمرير الطاقة إلى قدرة العاكس على نقل الطاقة من الشبكة أو مصدر توليد إلى الأحمال دون المرور عبر البطاريات. يعد هذا أمرًا مهمًا للحفاظ على الطاقة أثناء انقطاع التيار أو عند تفريغ البطارية. هذه الفكرة مهمة بشكل خاص في التكوينات الهجينة، وتكون أقل أهمية في موقع معزول (في الواقع، مع 32 أمبير * 230 فولت = 6000 واط، وهو ما يتوافق بالفعل مع مولد مريح إلى حد ما).

 

 

 

5.توافق البطارية – جهد النظام ونوع البطارية
 
ومن المهم التأكد من أن عاكس البطارية متوافق مع جهد النظام ونوع البطارية المستخدمة، سواء كانت ليثيوم أو نيكل حديد أو بطاريات أخرى. على سبيل المثال، يجب أن يكون جهاز Multiplus-II 48V مزودًا ببطارية 48 فولت، بالطبع، وما إلى ذلك.

 

6. نوع بنية النظام: اقتران DC أو AC؟

 

يمكن أن تقترن العاكسات بالتيار المتردد (AC) أو التيار المباشر (DC)، ولكل تكوين مزاياه وعيوبه. يعتمد الاختيار على نظامك المحدد واحتياجاتك.

 

En بنية اقتران العاصمة، الأكثر انتشارًا خارج الشبكة، شاحن بطارية "MPPT". يتحكم في الألواح الشمسية خلال النهار من أجل تعظيم إنتاج الطاقة الشمسية، والتي سيتم إعادة حقنها في البطاريات. الكفاءة ممتازة (92-96%)، ومع ذلك، إذا حدث الاستهلاك الذاتي للطاقة أثناء الإنتاج، فإن تحويل DC/DC/AC (نظرًا لأن MPPT يوفر تيارًا مباشرًا، وهو نفسه مموج بواسطة عاكس البطارية لتشغيل 230 فولت الأحمال)، سوف يسبب خسائر إضافية:

 

 

 

Eن مخطط اقتران التيار المتردد، أقل شيوعًا وغالبًا ما يوجد في أنظمة الطاقة العالية، يتم توصيل العاكس الشمسي (Fronius) بمخرج عاكس بطارية Multiplus. والأخير هو المسؤول عن التحكم فيه وفق متطلبات الطاقة اللحظية، بحيث يتم توجيه الطاقة التي ينتجها الفرونيوس كأولوية للمستهلكين، دون المرور عبر البطاريات:

 

 

 

 

هذا النوع من الهندسة المعمارية له ميزتان ملحوظتان:

 

- أداء أفضل إذا كان معظم استهلاكك يتم خلال النهار (سوف تستهلك حرفيًا "مع مرور الشمس").

- الطاقة التراكمية لمخرج فرونيوس وعاكس البطارية. بمعنى آخر، إذا كان جهاز Fronius الخاص بك ينتج 3KWP من الطاقة اللحظية، وكان لديك 3KVA Multiplus، فيمكنك نظريًا الوصول إلى 6KVA!

 

ومع ذلك، فإن هذا النوع من النظام له عيبان:

 

- يجب التحكم في Fronius باستخدام تعديل الترددe بواسطة Multiplus، والذي يمكن أن يغير الساعات الرقمية، ويشكل مشكلة بالنسبة لبعض المعدات الحساسة (الأجهزة المنزلية، وما إلى ذلك). نحن نتحدث عن ظاهرة "الخفقان".

- أداء شحن البطارية متوسط لأن هناك تحويل DC/AC/DC والخسائر أكبر.

 

إذًا ما هي أفضل بنية لنظام قوي خارج الشبكة؟ 

أخيرًا، يمكن أن يكون لدينا بنية مختلطة، تجمع بين اقتران التيار المتردد والتيار المستمر. وهذا له ميزة كونه قويًا وزائدًا عن الحاجة (إذا كان الفرونيوس في خدمة ما بعد البيع، فلديك إنتاج الطاقة الشمسية من شاحن فيكترون MPPT، والعكس)! 

مثال لنظام مختلط خارج الشبكة، يجمع بين اقتران التيار المستمر والتيار المتردد (عبر فرونيوس): 

 

 

7. القياس عن بعد والإدارة المحلية (الإشراف):  

 

تعد القدرة على مراقبة نظامك والتحكم فيه محليًا وعن بعد ميزة كبيرة، مما يسمح بالإدارة المثلى لاستهلاك الطاقة وإنتاج الطاقة الشمسية وتخزين الطاقة. وهذا يجعل من الممكن أيضًا إجراء مراقبة دقيقة يومًا بعد يوم لمتغيرات النظام المختلفة (إنتاج الطاقة الشمسية، والاستهلاك بالكيلووات في الساعة، وذروات الطاقة، وحالة شحن البطارية)، وربما تحديد الحالات الشاذة. ولذلك فهي أداة أساسية للاندماج في نظام خارج الشبكة.