Author: Author

قد تكون الاسطح المستوية جيدة للغاية لتركيب الوحدات الكهروضوئية عليها. حيث يسهل أيضًا الوصول إليها للصيانة والإصلاح. وتكون هياكل التثبيت إما “قائمة بحد ذاتها” (تثبت في المكان بواسطة أثقال) أو تثبت بالسطح (إذا كان السطح لا يتحمل الوزن الإضافي للأثقال).

وحدات كهروضوئية على سطح “أخضر” مستوٍ: هيكل التثبيت مثبت في مكانه بواسطة أثقال الطابوق.

أنظمة كبيرة على سطح مستوٍ، هيكل التثبيت مثبت بهيكل المبنى.

من السهل المبالغة في تقدير عدد الوحدات الكهروضوئية التي يمكن وضعها على السطح المستوي. يمكن أن تتسبب الهياكل الموضوعة على السطح في التظليل، لذا؛ يجب توافر مسافة كافية بين صفوف الوحدات لكي لا يظلل بعضها البعض، كما أن اتجاه السطح قد لا يكون مثاليًا.

تعتبر هياكل تثبيت الوحدات الكهروضوئية بالأرض من أسهل انواع هياكل التثبيت في التركيب، ويمكن الحصول على أفضل زاوية الميل والاتجاه. ولا حاجة لرفع الوحدات الكهروضوئية على السطح وكذلك يسهل الوصول إليها لغرض الصيانة، ولكن قد تتطلب الاستعانة بآلات ثقيلة لحفر الخنادق والأساسات.

هيكل تثبيت بالأرض للوحدات الكهروضوئية. يعد التثبيت بالأرض عادةً الأسهل في التركيب والصيانة – وسهولة الوصول لتنظيف الوحدات (عند الحاجة) ولتنفيذ الفحوصات الدورية والإصلاحات. كما يوفر التثبيت بالأرض تهوية جيدة/تدفقًا جيدًا للهواء، حيث تقلل درجات الحرارة العالية للوحدة من إنتاج الكهرباء. كما تتوفر هياكل أصغر للتثبيت بالأرض.

إن تركيب الوحدات الكهروضوئية على مستوى الأرض يسهل تجنب التظليل بفعل المباني، وبعض الهياكل والأشجار. ومع ذلك، يجب توافر مساحة كافية بين صفوف الوحدات الكهروضوئية حتى لا تظلل بعضها البعض.

وتصنع الهياكل عادةً من الحديد المجلفن، والألمنيوم أيضًا. وتشمل الطرق الشائعة لتثبيت الهياكل بالأرض الأساسات الخرسانية، أو الركائز الخرسانية، أو البراغي الأرضية أو الأسس الانضغاطية. ويجب إجراء مسح للأرض عادةً لاختيار الطريقة المناسبة.

ويجب أن يتم التركيب في مكان مسيج لتجنب الوصول غير المصرح به والحماية من السرقة. كما يجب مد الكابلات داخل انابيب أو قنوات توصيل لحمايتها من الأشعة فوق البنفسجية والبيئة.

يجب تثبيت الوحدات الكهروضوئية بشكل آمن على هيكل التثبيت المعرض للشمس ويجب تثبيت هذه الهياكل بشكل آمن بالأرض أو المبنى الذي ستركب به، ويجب أن يكون هيكل التثبيت خاليًا من الظل وأن يتحمل الرياح العالية.

وهناك العديد من الأنواع المختلفة لهياكل التثبيت:

• ⦁ الهياكل المثبتة بالأرض في الحقول/المساحات المفتوحة.
• ⦁ هياكل التثبيت على الأسطح المستوية.
• ⦁ هياكل التثبيت على الأسطح المائلة.
• ⦁ التثبيت بالأعمدة.
• ⦁ هياكل التثبيت على واجهات المباني.
• ⦁ البلاط والألواح الكهروضوئية المدمجة بالسطح.
• ⦁ المصفوفات الكهروضوئية ذات نظام التعقب (آلية، محور فردي أو مزدوج).
• ⦁ المصفوفات الكهروضوئية ذات نظام التعقب (التعديل والدوران اليدوي، محور فردي أو مزدوج).

تتكون هياكل التثبيت عادةً من الحديد المجلفن أو الألمنيوم.

دعامات هيكل التركيب بالأرض للوحدات الكهروضوئية.

تثبت الوحدات الكهروضوئية على هياكل التثبيت مع مشابك الإطار (كما هو أعلاه)، أو مسامير أو أدوات أخرى.

وأفضل زاوية ميل في العراق للوحدات الكهروضوئية هي تقريبًا 30 إلى 35 درجة +/- 10 درجات، ومع ذلك، قد تكون مختلفة وتعتمد بشكل كبير على نوع المنظومة والموقع وبالتالي يجب الأخذ بنصيحة الخبير دائمًا.

ويجب أن يكون الاتجاه في العراق باتجاه الجنوب.

وتصنع الهياكل عادةً من الحديد المجلفن، والألمنيوم أيضًا. كما تستخدم موصلات و”كابلات شمسية” خاصة لربط الوحدات الكهروضوئية ببعضها وبالأجهزة الأخرى، ويجب مد الكابلات داخل أنابيب أو قنوات توصيل لحمايتها من الأشعة فوق البنفسجية والبيئة.

تُستخدم منظمات الشحن الشمسي في المنظومات الكهروضوئية غير المتصلة بالشبكة، لكن تستخدم أيضًا في المنظومات الأخرى التي تحتوي على بطاريات. وتتمثل مهمتها الرئيسية في حماية البطاريات من التفريغ المفرط والشحن الزائد، وضمان الشحن الفعال للبطاريات. تنخفض فولتية البطارية مع تفريغ شحن البطارية، ويحمي منظم الشحن الشمسي البطارية من خلال فصل أحمال التيار المستمر إذا كانت حالة شحن البطارية منخفضة جدًا، وتقوم بتشغيل أحمال التيار المستمر مرةً أخرى عند إعادة شحن البطاريات.

مجموعة أسلاك منظم الشحن الشمسي في منظومة كهروضوئية غير متصلة بالشبكة تقوم بتشغيل مصابيح تعمل بالتيار المستمر.

منظم الشحن الشمسي من Steca، لاحظ شاشة حالة شحن البطارية (SoC) الواضحة للغاية. المصدر: Steca.

إن معظم منظمات الشحن الشمسي المتوفرة في السوق حاليًا مصممة للاستعمال مع بطاريات الرصاص-الحمض. ومع ذلك، تتوفر منظمات الشحن الشمسي أيضًا لبطاريات أيون الليثيوم، ويمكن استخدام بعض منظمات الشحن الشمسي مع كلا النوعين.

يتراوح حجم منظمات الشحن الشمسي من الحجم الصغير للغاية في أنظمة الإنارة البسيطة إلى عدة آلاف من الواط في الأنظمة الكبيرة، وهناك العديد من الأنواع المختلفة.

إذا كان هناك عاكس بطارية في النظام، فلن يقوم منظم الشحن الشمسي بفصل أحمال التيار المتناوب التي يتم تشغيلها بواسطة العاكس، مما قد يؤدي إلى تفريغ البطاريات بشكل زائد حيث يتم توصيلها عادةً مباشرة بعاكس البطارية. وتجب إدارة النظام بعناية من قبل المالك أو تركيب حل آلي (تحتوي بعض المنظومات على نظام مدمج لقطع الفولتية المنخفضة أو الكشف عن التفريغ الزائد) لحماية البطاريات. وقد يعمل وجود مصابيح التيار المستمر الموجودة في المنظومة غير المتصلة بالشبكة التي تحتوي على عاكس كآلية تحذير – حيث يقوم منظم الشحن الشمسي بفصل مصابيح التيار المستمر قبل تفريغ البطارية كحماية للبطارية من التلف.

مخطط الأسلاك لمنظومة تحتوي على عاكس بطارية 24 فولت.

إن وجود أحمال التيار المستمر (المصابيح) في المنظومة يعمل كآلية تحذير – إذا كانت حالة شحن البطارية منخفضة للغاية، وسيقوم منظم الشحن الشمسي بفصل البطاريات.

تاتي بطاريات ايون-الليثيوم الكبيرة على شكل “مجموعة بطاريات” وهي عبارة عن مجموعة من الخلايا متصلة معا. ويجب ان يتم مراقبتهم بشكل الكتروني ( مراقبة الفولتية, التيار, درجة حرارة, الخ) بشكل مستمر حتى يتم ضمان سلامتهم وحماية خلاية ايون-الليثيوم من الضرر. يتم اتمام هذه المهام من قبل نظام ادارة البطاريات المدمج (BMS)

بطارية ‘HOPPECKE sun | powerpack premium lithium-ion’.

المفاتيح: ① الغطاء ; ② حزمة البطاريات السفلية ; ③ حزمة البطاريات العليا; ④ نظام ادارة البطارية (BMS) ; ⑤ وحدة العرض ; ⑥ موصل ; ⑦ واجهة الخدمة.

التكنولوجيا: خلايا موشورية، فوسفات ايون الليثيوم (LiFePo).

السعة الاسمية: منظومة 50 Ah (C3) 5 kWh or 78 Ah (C3) 7.5 kWh.

الفولتية الاسمية: منظومة بطاريات 3.2 V/cell (51.2V.

حجم الوحدة مشابه تقريبا لحجم حقيبة

يوجد العديد من الايجابيات الي تتمتع بها بطاريات ايون الليثيوم مقارنة ببطاريات الرصاص. فهي تتحلى بدورة حياة اطول بشكل عام و كثافة طاقة وقدرة اعلى بشكل كبير من ما يؤدي الى ان تكون البطاريات اصغر (بالنسبة للحجم والوزن). تكون بطاريات ايون-الليثيوم اقل تاثرا بدورات التفريغ العميقة مقارنة ببطاريات الرصاص. وتتحلى ايضا بفعالية دورات اكبر من بطاريات الرصاص لذلك فأن فقدان الكهرباء لهذه البطاريات اثناء عملية الشحن والتفريغ اقل ولكن يكون سعرها اكبر بالإضافة الى عدم توفرها في جميع المناطق.

تكون بطاريات ايون الليثيوم حساسة جدا لدرجات الحرارة المنخفضة حيث ان درجة الحرارة المطلوبة لعمل بطاريات ايون-الليثيوم تتراوح بين 20° C الى 30 °C (يجب مراجعة المواصفات الخاصة لكل بطارية). وقد يكون من الضروري وجود التبريد والتدفئة الخارجية المستمرة لاداء امثل.

بطاريات الرصاص هي من اكثر الأنواع المعروفة والمستخدمة في منظومات الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة الكهربائية, بسبب رخص سعرها. وهنالك انواع اعديدة منها وبخصائص مختلفه، بعضها تكون مغلفة ولا يحتاج صيانة (يسمى (maintenance-free “غير محتاج للصيانة “). والنوع الاخر من البطاريات والتي تسمى ب “المغمورة” وذلك لحاجتها الى عملية ملئ دورية بالماء المقطر. واطولها عمرا وافضل اداءا هي البطاريات المغمورة ذات الدورة العميقة(deep cycle)

الكثير من بطاريات الرصاص المتوفرة محليا ( اما يتم تصنيعها محليا او عن طريق الاستيراد) يتم استخدامها في مجالات اخرى, مثل انظمة الاتصالات, ويمكن ايضا استخدامها في المنظومات الشمسية المنفصلة عن الشبكة الكهربائية. ان استيراد البطاريات غالي الثمن وغير عملي في اغلب الاوقات باستثناء استيرادها للمشاريع الضخمة.

تكون بطاريات الرصاص اضعف نقطة في منظومة الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة الكهربائية حيث غالبا ما تكون هذه البطاريات اول عنصر يفشل في المنظومة, بالإضافة الى انها قد تفشل بصورة اسرع في حال لم يتم حساب وتصميم المنظومة بطريقة صحيحة.

على الجهة اليسرى: بطارية رصاص (12 فولت) مصممة ليتم استخدامها في منظومة صغيرة منفصلة عن الشبكة الكهربائية

على الجهة اليمنى: بطارية الدورة العميقة مغمورة الخلايا (٢فولت) مصممة ليتم استخدامها في منظومة اكبر حجما

عادة يتم ربط البطاريات على التوالي بدلا من الربط على التوازي

على الجهة اليسرى: تم ربط البطاريات على التوالي 2 x 12 V. اما على الجهة اليمنى: تم ربط البطاريات على التوالي 6 x 2 V.

ان الفولتية الكلية هي مجموع فولتية كل البطاريات المربوطة على التوالي. وستكون السعة الكلية للبطاريات (مقاسة بالامبير.ساعة) تعادل امبيرية بطارية واحدة

يجب عدم تفريغ بطاريات الرصاص تمامًا. للمحافظة على جودة بطاريات الرصاص ذات الدورة العميقة فأنه لا يجب تفريغها بشكل كامل، ان المقدار الاقصى للتفريغ هو 80% (DoD) . كلما قلت نسبة الشحن في بطاريات الرصاص باستمرار كلما قلت دورة حياة البطارية. ان بطاريات الرصاص عالية الجودة ترفق مع ارشادات مفصلة توضح عملية التركيب والصيانة.

عواكس البطاريات (تسمى “العواكس أحادية الاتجاه” في بعض الاحيان) هو ابسط انواع العواكس و اكثرها انتشارا في المنظومات الشمسية المنفصلة عن الشبكة الكهربائية. وتكون هذه العواكس مرتبطة مباشرة بالبطارية او بمجموعة من البطاريات و تعمل على توفير تيار اكهربائي متناوب للاجهزة الكهربائية التي تعتمد على هدا النوع من التيار في عملها.

معدل قدرة العاكس يقاس عادة باستخدام وحدة الواط (W). على سبيل المثال, عاكس بقدرة 200 واط سوف يوفر 200 واط من الطاقة الكهربائية. وتتوفر هذه العواكس لتتلائم بالعمل مع فولتيات مختلفة للبطاريات, على سبيل المثال 12 فولت DC و 24 فولت DC.

عواكس البطاريات تحول التيار الكهربائي المستمر القادم من البطارية الى تيار كهربائي متناوب للاجهزة الكهربائية التي تعمل على هذا النوع من التيار

امثلة على عواكس البطاريات في منظومة طاقة شمسية منفصلة عن الشبكة الكهربائية. تنخفض فولتية البطارية مع انخفاض مستوى شحنها وبهذه الحالة فأن العاكس سوف يتوقف عن العمل تلقائيا بمجرد اكتشافه ان فولتية البطارية منخفضة جدا. عادة يكون مقدار فولتير القطع لهذا العاكس منخفضة جدا لحماية البطارية. مما يجعل عملية استخدام هذه العواكس في منظومات الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة الكهربائية معقدة . يجب الاشراف على هذا النوع من المنظومات بصورة مستمره من قبل مالك المنظومة او ان يتم تضمين آلية عمل تلقائية لحماية البطاريات. مثلا ربط اضواء تعمل على التيار المتناوب يمكن ان تعمل كميكانيكية تحذير – حيث سيتم فصل هذه الاضواء قبل ان ينخفض شحن البطارية بصورة كبيره جدا تؤذي البطارية, ويعطي الوقت الكافي للبطارية ليتم شحنها مجددا.

عواكس البطاريات شائعة جدا واغلبها غير مصممة ليتم استخدامها في المنظومات الشمسية. من المفضل ان يتم شراء العواكس المخصصة للمنظومات الشمسية من شركات متخصصة ببيع منتجات الطاقة الشمسية; حيث ان هذه العواكس تكون ذات كفاءة عالية و عمر افتراضي اطول

تحتوي بعض عواكس البطاريات المصممة للاستخدام مع منظومات الطاقة الشمسية على متحكم للشحن الشمسي (Charge-Controller)

العواكس الشمسية المركزية تكون متصلة بالعديد من مصفوفات الواح الطاقة الشمسية، ان معدل قدرة هذا النوع من العواكس يتراوح من 100 كيلوواط الى اكثر من 10 ميغاواط. وتقوم هذه العواكس بتحويل التيار الكهربائي المستمر (DC) الصادر من الواح الطاقة الشمسية الى تيار كهربائي متناوب (AC) ثلاثي الاطوار.

تستخدم هذه العواكس بشكل اساسي في محطات توليد الطاقة الشمسية الضخمة, والتي تسمى ايضا بمزارع الطاقة الشمسية او الحدائق الشمسية. كذلك تستخدم في منظومات الطاقة الشمسية الخدمية (Utility scale) وتكون متصلة بشبكة التوزيع الكهربائية عالية الفولتية او المتوسطة عن طريق المحول.

عاكس مركزي في محطة طاقة شمسية يغذي شبكة الكهرباء الوطنية بالطاقة الشمسية. يقوم المحول بزيادة الفولتية المنخفضة نسبيا التي تم انتاجها من قبل العاكس الى الفولتيات المرتفعة التي تستخدمها الشبكة الكهربائية.

محطة طاقة شمسية تغذي شبكة الكهرباء الوطنية بالطاقة الشمسية.

يتم استخدام مجموعة من العواكس المركزية في محطات الطاقة الشمسية الضخمة.