Author: Author

تستخدم أنظمة الضخ الشمسية التي تقوم بضخ الماء من الآبار العميقة أو الحفر المضخات الغاطسة التي يتم تركيبها في البئر أو الحفرة. وتعتبر عالية الكفاءة وقوية ومتينة، وتتطلب صيانة قليلة جدًا.

وتُستخدم أنواع الأنظمة هذه لتوفير المياه للاستهلاك البشري أو إمدادات المياه للماشية. ويمكن أيضًا استخدام المياه التي يتم ضخها في الري، اعتمادًا على متطلبات المياه وقيمة المحاصيل.

نظام مضخات المياه الشمسية مع مضخة غاطسة تحت الماء في حفرة أو بئر.

يتمثل الجزء الأكبر من التكلفة في الحفر وتحضير البئر أو الحفرة (إذا لم يكن البئر موجودًا بالفعل). يتطلب الأمر المعرفة بعلم المياه عند تصميم وحساب حجم أنظمة الضخ الشمسية لمضخات الحفر الكبيرة، لذا يوصى بشراء الأنظمة من الشركات المتخصصة في هذا المجال.

يعتمد اختيار وتحديد حجم نظام الضخ الشمسي على المتطلبات اليومية للمياه، وارتفاع ضخ المياه (“السمت”) ومستوى الإشعاع الشمسي في الموقع.

وتشمل بعض متطلبات المياه اليومية:

• الأشخاص: ………………………………………………………….. 280 لترًا للشخص
• أبقار الحليب: …………………………… 133 لترًا لكل بقرة حليب
• الأبقار والعجول: ………………………….. 38-144 لتراً
• الحصان، رأس الماشية: … 38-76 لترًا لكل حيوان
• الخراف: …………………………. 8 لترات لكل خروف
• ⦁ الدجاج: ……………………….. 0.15 لتر لكل دجاجة
• ⦁ الري: ……………………… متغير كثيرًا اعتمادًا على المحصول، ونظام الري

وظروف الطقس.

الخطوات الأساسية المطلوبة عند اختيار / تحديد حجم نظام الضخ الشمسي لا حاجة للقول إن التفاصيل أكثر تعقيدًا وتستخدم معظم الشركات برامج حاسوبية لاختيار الحجم، والتي غالبًا ما يتم توفيرها من قبل الشركات المصنعة للنظام.

يعتبر الماء حاجة كونية ويعتبر ضخ المياه مشكلة طاقة كبيرة، وخاصةً في المناطق التي لا تتوفر بها شبكة الكهرباء أو عندما تكون الكهرباء مكلفة أو غير موثوقة. ويوفر نظام الضخ الشمسي المياه بطريقة نظيفة وهادئة، في المناطق النائية وصعبة الوصول، ويكمن أن يكون بديلًا لمضخات الديزل. إن الطلب على المياه غالبًا ما يكون في أعلى مستوياته عندما تكون مستويات الإشعاع الشمسي عالية، ما يجعل النظام الكهروضوئي مصدرًا مثاليًا للطاقة.

حيث يتم ضخ المياه عن طريق النظام الشمسي عندما تشرق الشمس، ويتم تخزينها عادة في خزان وتستخدم في وقت الحاجة. لا تحتوي أنظمة الضخ على بطاريات.

والأجزاء الأساسية هي:

• الوحدات الكهروضوئية
• وحدة التحكم بالمضخة (إما للمضخة التي تعمل بالتيار المستمر أو التيار المتناوب)
• خزان لتخزين المياه

التطبيقات الأساسية هي:

• مياه الشرب للمنازل والمجتمعات
• المياه للمواشي
• المياه لري المحاصيل الزراعية

يتم شراء الأنظمة المتكاملة (الوحدات الكهروضوئية، ووحدة التحكم، والمضخة) عادةً من مورد واحد.

نظام الضخ الشمسي النموذجي.

تنتج الوحدات الكهروضوئية الكهرباء لتشغيل المضخة. وتضمن وحدة التحكم القيام بذلك بكفاءة. ويتم ضخ المياه إلى الخزان للاستخدام فيما بعد، ولكن يمكن استخدامها أيضًا مباشرةً، على سبيل المثال لأنظمة الري.

تصمم أنظمة الضخ الكهربائية المتصلة بالشبكة لضخ كمية كبيرة من المياه خلال مدة زمنية قصيرة. وتقوم المضخات الشمسية بضخ المياه ببطء أكثر ولكن لفترات زمنية أطول. يجب مراعاة ذلك عند تصميم/اختيار نظام إمداد المياه باستخدام الضخ الشمسي.

يمكن أيضًا استخدام نظام ضخ المياه الشمسي في محطات معالجة المياه، وحمامات السباحة، وفي الكثير من الحالات.

يتكون هذا النوع من الأنظمة الكهربائية الشمسية غير المتصلة بالشبكة من الوحدات الكهروضوئية، ووحدة تحكم بالشحن الشمسي، وشاحن-عاكس، وبطاريات ومولد. ويستخدم المولد ربما مرة واحدة في الأسبوع أو مرةً في الشهر، مما يوفر تكلفة الوقود ويحمي من الاهتراء والبلى بالمولد. وعادةً، يعمل المولد فقط عند الحاجة إلى تشغيل أحمال استهلاك ثقيلة أو الأحمال ثلاثية الأطوار، مثل معدات الأشعة السينية في العيادات أو معدات اللحام. يتم شحن البطاريات بشكل رئيسي بواسطة الوحدات الكهروضوئية. يستطيع الشاحن-العاكس أيضًا شحن البطاريات بالكهرباء من المولد عندما يكون المولد قيد التشغيل.

ويتكون تركيب هذا النوع من الأنظمة من مرحلتين:

• المرحلة الأولى، تركيب الشاحن-العاكس والبطاريات – يتم شحن البطاريات بواسطة المولد عند تشغيله، ومع ذلك، هذا يعني أن المولد قد يعمل لفترات زمنية طويلة لشحن البطاريات بشكل كامل.
• ⦁ وبعد ذلك، يتم تركيب الوحدات الكهروضوئية مع وحدة تحكم الشحن الشمسي – هذا يعني أنه سيتم شحن البطاريات بواسطة الوحدات الكهروضوئية بشكل رئيسي، مما يقلل بشكل كبير من وقت تشغيل المولد.

وحدات شمسية، وشاحن-عاكس وبطاريات تتم إضافتها إلى نظام المولد الكهربائي. ويتم شحن البطاريات بشكل رئيسي بواسطة الوحدات الكهروضوئية. وهذا يعني تشغيل المولد لفترات أقل بكثير، على سبيل المثال، فقط عند تشغيل الأجهزة التي تستهلك كهرباء عالية. وتضمن الوحدات الكهروضوئية أن البطاريات مشحونة بالكامل مرات أكثر وتضمن لها عمرًا افتراضيًا أطول.

يمكن استخدام قواطع رئيسية خاصة بحيث يتم تشغيل “الأحمال ذات الأولوية” فقط عندما يكون المولد مطفأ. والأحمال ذات الأولوية قد تكون الإنارة، والنظام الأمني والخدمات الأساسية الأخرى. إن تشغيل الأحمال ذات الأولوية فقط من البطارية يعني أن حجم العاكس-الشاحن والبطاريات قد يكون أصغر (أقل تكلفة) وسيكون عمر البطاريات أطول. إذا تم تفريغ البطاريات أكثر من اللازم، بسبب الاستهلاك العالي للطاقة أو خلال فترة الإشعاع الشمسي المنخفض، يمكن لنظام التشغيل الذاتي تشغيل المولد لشحن البطاريات.

يمكن أن توفر الأنظمة المنزلية الشمسية غير المتصلة بالشبكة الصغيرة الكهرباء حيثما لا تتوافر شبكة الكهرباء.

وتوفر الأنظمة الصغيرة جدًا كهرباء بتيار مستمر فقط، عادة 12 فولت تيار مستمر. وتوفر الأنظمة التي تحتوي على عواكس التيار المتناوب أيضًا، لكن يمكنها كذلك توفير التيار المستمر (للإنارة بشكل رئيسي).

يتم توليد الكهرباء خلال النهار ويتم تخزينها في البطاريات للاستخدام في أثناء الليل لأغراض الإنارة والأجهزة الكهربائية، لكن يمكن أيضًا استخدام الكهرباء في أثناء النهار.

التطبيقات النموذجية:

• الإنارة (LED، الفلورسنت منخفض الطاقة).
• المذياع والتلفاز.
• المراوح ذات الطاقة المنخفضة.
• شحن الهواتف المحمولة.
• الحواسيب المحمولة.
• الثلاجات منخفضة الطاقة / ذات كفاءة الطاقة العالية.

منظومة طاقة شمسية غير متصل بالشبكة توفر التيار المستمر للإنارة والتيار المتناوب للأجهزة الأخرى. وخلال النهار، تقوم الوحدات الكهروضوئية بشحن البطاريات، وتوفر التيار المتناوب للأجهزة. وأثناء الليل، توفر البطاريات كل الطاقة، للإنارة وللأجهزة التي تعمل بالتيار المتناوب.

وتحتاج الأجهزة التي تعمل بالتيار المستمر إلى استخدام التيار المستمر فقط ويتوافر حاليًا مجموعة هائلة من الأجهزة التي تعمل بالتيار المستمر (خاصة للإنارة). إن الأجهزة العاملة بالتيار المستمر بشكل عام تكون أكثر كفاءة للطاقة من الأجهزة العاملة بالتيار المتناوب – يجب أن تكون هكذا فهي مصممة لتعمل على البطاريات. إن الأجهزة العاملة بالتيار المتناوب متوفرة بشكل واسع وعادة ما تكون أقل تكلفة من الأجهزة العاملة بالتيار المستمر. ويجب اتخاذ القرارات لكل حالة على حدة.

ومن المهم تقدير كل من الطاقة والحدود لما يمكن تشغيله باستخدام أنظمة الطاقة الكهروضوئية غير المتصلة بالشبكة. ويعد بنك (مخزن) البطارية، وليس المصفوفة الكهروضوئية، العامل المحدد فيما يتعلق بحجم المنظومة الكهروضوئية غير المتصلة بالشبكة. وتحتاج عادةً إلى الاستبدال عدة مرات خلال العمر الافتراضي للنظام.

إن الأجهزة التالية عمومًا غير مناسبة للأنظمة الصغيرة غير المتصلة بالشبكة لأنها تستهلك طاقة عالية جدًا: مواقد الطبخ، وسخانات المياه، والسخانات الكهربائية، والغلايات الكهربائية (أي جهاز ينتج حرارة)، ووحدات تكييف الهواء، ومصابيح الأمان الهالوجينية الكبيرة.

إن شبكات الاتصالات والهاتف المحمول هي سوق قوي وواسع للأنظمة الكهروضوئية غير المتصلة بالشبكة. ويتراوح الحجم من بضع مئات الواط إلى عدة كيلو واط.

ويكون الحمل ثابتًا/يمكن التنبؤ به، حيث يكون مثاليًا لنظام الطاقة الشمسية غير المتصل بالشبكة. ويكون مولد الديزل لحالات الطوارئ بشكل أساسي، إذا كانت هناك مشكلة في النظام الكهروضوئي.

ويكون التيار المستمر مطلوبًا لمعدات إعادة النقل، وقد يكون التيار المتناوب مطلوبًا أيضًا للأنظمة المساعدة مثل مراوح التبريد أو الإنارة.

نظام اتصالات يعمل بالطاقة الشمسية غير متصل بالشبكة.

التشغيل في أثناء النهار: يتم توفير الكهرباء بواسطة المصفوفة الكهروضوئية، ويتم شحن البطاريات.

التشغيل في أثناء الليل: يتم توفير الكهرباء من البطاريات.

التشغيل الاحتياطي: يتم تشغيل المولد تلقائيًا عند الحاجة.

عادةً ما يمنح مشغلو أنظمة الاتصالات الأولوية لتأمين إمداد الطاقة على التكاليف الأولية. فالأنظمة الكهروضوئية الخاصة بالاتصالات موثوقة للغاية، وتتطلب صيانة منخفضة جدًا.

محطات الطاقة الكهروضوئية على مستوى المرافق الخدمية (تعرف أيضا بالمزارع الشمسية، أو الحدائق الشمسية أو محطات الطاقة الشمسية) هي منظومات طاقة شمسية تقوم بتوليد الكهرباء وتقوم بتغذيتها في شبكة الكهرباء الوطنية. وقد تشغل هذه الأنظمة مساحات واسعة من الأرض. وعلى غرار محطات الطاقة التقليدية، تكون موصلة مع شبكات نقل الفولتية المتوسطة أو العالية.

يتراوح حجم محطات الطاقة الشمسية من عدة ميغا واط إلى عدة مئات من الميغا واط. وبعضها يكون أعلى من 1،000 ميغا واط.

تكوين محطات طاقة شمسية باستخدام عواكس “متسلسلة” أصغر لتحويل التيار المستمر من الوحدات الكهروضوئية إلى التيار المتناوب لشبكة الكهرباء. وتُستخدم هذه الأنواع من العواكس أيضًا في الأنظمة السكنية، والتجارية، والصناعية حيث تكون متصلة بشبكة الفولتية المنخفضة. ويقوم المحول برفع الفولتية المنخفضة نسبيًا المنتجة بواسطة العاكس ويحولها إلى فولتية أعلى كما هو مطلوب بواسطة الشبكة.

تكوين محطة طاقة شمسية باستخدام عاكس مركزي كبير. يكون هذا العاكس مصممًا خصيصًا للاستخدام في محطات الطاقة الشمسية. وفي محطات الطاقة الشمسية الكبيرة جدًا، يمكن استخدام عدة عواكس مركزية.

تباع الكهرباء المنتجة عادةً مباشرة إلى شركة الكهرباء عبر اتفاقية شراء الطاقة (PPA)، وهي عقد قانوني يحدد السعر وشروط البيع.

تعمل محطات الطاقة الشمسية أيضًا بشكل مشترك مع مصادر الطاقة الأخرى، مثل محطات التوربينات الغازية. وعند عدم توافر الطاقة الشمسية، في الليل مثلًا، يمكن تشغيل التوربين الغازي لتعويض العجز. وهنالك بعض محطات الطاقة الشمسية التي تحتوي أيضًا على منشآت تخزين الكهرباء.

عادةً ما تكون أنظمة الطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة الخاصة بالشركات والمؤسسات أكبر من الأنظمة السكنية، وتكون عادةً في نطاق حجم يبلغ 10 – 300 kWp (كيلوواط ذروة)، وتمتلك عدة عواكس كهروضوئية. يتم استهلاك الكهرباء المولدة بواسطة الشركات أو المؤسسات، وتتم تغذية الفائض في شبكة الكهرباء. وتستطيع الشركة أو المؤسسة التي تستخدم الكهرباء بشكل أساسي خلال النهار، عند سطوع الشمس، تغطية كافة احتياجاتها تقريبًا من الكهرباء.

Typical solar electric system for businesses and institutions.منظومة الطاقة الشمسية النموذجية للشركات والمؤسسات.

يتم توصيل الوحدات الكهروضوئية بعاكس واحد أو أكثر والذي يقوم بتحويل التيار المستمر من الوحدات الكهروضوئية إلى تيار متناوب. وخلال النهار، تُستخدم هذه الكهرباء في مبنى رئيسي أو عدة مبانٍ لتشغيل الأجهزة الكهربائية، ويتم تصدير أي فائض إلى شبكة الكهرباء الوطنية. وخلال الليل، يتم استيراد الكهرباء من الشبكة. كما يمكن استيراد الكهرباء من الشبكة خلال النهار اذا لم تولد الوحدات الكهروضوئية كمية كافية من الكهرباء. ويسجل مقياس الاستيراد والتصدير كمية الكهرباء التي يتم استيرادها من الشبكة والكمية التي تم تصديرها إلى الشبكة.

وعلى غرار الأنظمة السكنية، لا تعمل هذه الأنواع من الأنظمة إلا إذا كانت الشبكة متوفرة (مشغلة). وعند عدم توافر الشبكة (مطفأة)، يتوقف النظام عن إنتاج الكهرباء. وذلك لأسباب تتعلق بالسلامة. وعندما تعود الشبكة للعمل ثانية (إعادة التشغيل)، يبدأ النظام تلقائيًا في إنتاج الكهرباء مرةً أخرى (خلال النهار). ومع ذلك، تحتوي بعض الأنظمة على بطاريات تمكنها من توفير الكهرباء عند عدم توافر الشبكة.

منظومات الطاقة الشمسية المنزلية المتصلة بالشبكة هي منظومات، تركب على الأسطح عادةً، حيث تقوم بتوليد الكهرباء للاستهلاك الخاص بواسطة أصحاب المنازل و/أو للبيع لشركة الكهرباء. فالكهرباء التي تتم تغذيتها في الشبكة إما يتم خصمها من فواتير الكهرباء أو يتم استلام مبلغ مقابلها.

نظام طاقة شمسية سكني نموذجي.

يتم توصيل الوحدات الكهروضوئية بالعاكس الذي يقوم بتحويل التيار المستمر من الوحدات الكهروضوئية إلى تيار متناوب. وخلال النهار، تُستخدم هذه الكهرباء في المبنى لتشغيل الإنارة والأجهزة المنزلية، ويتم تصدير أي فائض إلى شبكة الكهرباء الوطنية. وخلال الليل، يتم استيراد الكهرباء للاستهلاك من الشبكة. كما يمكن استيراد الكهرباء من الشبكة خلال النهار إذا لم تولد الوحدات الكهروضوئية كمية كافية من الكهرباء. ويسجل مقياس الاستيراد والتصدير كمية الكهرباء التي يتم استيرادها من الشبكة والكمية التي تم تصديرها إلى الشبكة.

ولا تعمل هذه الأنظمة إلا إذا كانت الشبكة متوفرة (مشغلة). وعند عدم توافر الشبكة (مطفأة)، يتوقف النظام عن إنتاج الكهرباء. وذلك لأسباب تتعلق بالسلامة. وعندما تعود الشبكة للعمل ثانية (إعادة التشغيل)، يبدأ النظام تلقائيًا في إنتاج الكهرباء مرةً أخرى (خلال النهار). ومع ذلك، تحتوي بعض الأنظمة على بطاريات تمكنها من توفير الكهرباء عند عدم توافر الشبكة.