كيف تحدد حجم نظام شمسي كهروضوئي من حملك الكهربائي

تبدأ مشاريع شمسية كثيرة من رقم تقريبي: «أحتاج نظامًا بقدرة 5 كيلوواط». المشكلة أن رقم الكيلوواط وحده لا يوضح ما إذا كانت المصفوفة والبطارية والعاكس ستحمل أحمالك فعلًا في ظهيرة حارة أو في مساء مظلم. الطريق الأكثر موثوقية يبدأ من الحمل نفسه. يشرح هذا الدليل ذلك خطوة بخطوة: إعداد قائمة الأحمال، وتحويلها إلى طاقة يومية، والتمييز بين الحمل النموذجي وحمل الذروة، ثم تحديد حجم المصفوفة الكهروضوئية والبطارية الاختيارية والعاكس أو منظم MPPT.

المعادلات أدناه علاقات هندسية عامة. أما المثال المحسوب فيستخدم مدخلات تقريبية بسيطة وهو للتوضيح فقط؛ فموقعك ومناخك ومعداتك ستعطي أرقامًا مختلفة. وللحصول على مخطط محسوب وفق طقس بلدك، يمكنك تشغيل التصميم الكهروضوئي المجاني عبر الإنترنت بحملك الخاص.

الخطوة 1: اختر البنية أولًا

قبل أي حساب، حدّد نوع النظام الذي تصممه، لأنه يغيّر ما يجب تحديد حجمه. يصمم load2pv بنيتين منفصلتين ولا يخلطهما أبدًا في مخطط واحد:

يحتاج مخطط السطح المنزلي إلى عاكس بحجم يناسب طلب التيار المتردد. ويحتاج مخطط طاقة الموقع إلى منظمات MPPT بحجم يناسب حمل التيار المستمر، دون أي عاكس. والخلط بين النوعين في تصميم واحد يسبب غالبًا أخطاء في التحجيم يصعب ملاحظتها على الورق.

الخطوة 2: أعدّ قائمة الأحمال

اكتب كل حمل يجب أن يغذيه النظام، مع قدرته وعدد ساعات تشغيله في يوم عادي. استخدم قيمًا مقاسة أو قيم لوحة البيانات، ودوّن الأحمال التي قد تبدأ في الوقت نفسه. المحركات والمضخات والضواغط تستحق ملاحظة خاصة، لأن تيار بدء تشغيلها قد يبلغ عدة أضعاف تيار تشغيلها.

تتضمن قائمة الأحمال المفيدة هذه الأعمدة على الأقل:

• اسم الحمل والعدد
• القدرة بالكيلوواط (قدرة التشغيل، لا قدرة البدء)
• ساعات التشغيل اليومية
• وقت التشغيل: نهارًا أو ليلًا أو كليهما
• سلوك البدء: مقاومي أو إلكتروني أو محرك

الخطوة 3: حوّل القائمة إلى طاقة يومية

الطاقة اليومية هي مجموع حاصل ضرب القدرة في الساعات لكل حمل:

الطاقة اليومية (كيلوواط ساعة/يوم) = Σ (القدرة بالكيلوواط × ساعات التشغيل اليومية)

فيما يلي قائمة أحمال توضيحية بأرقام تقريبية:

الطاقة اليومية هي ما يجب أن تحصده المصفوفة في المتوسط لمجاراة الاستهلاك. وهي تحدد أيضًا مقدار الطاقة التي يجب أن تخزنها البطارية لعدد معين من ساعات الاحتياط.

الخطوة 4: افصل الحمل النموذجي عن حمل الذروة

هناك رقمان للقدرة مهمان، ويجب ألا يتبادلا:

• الحمل النموذجي هو متوسط الطلب أثناء تشغيل النظام؛ ويعرّفه نموذج load2pv بأنه متوسط النهار. وهو يحدد الطاقة اليومية وساعات البطارية.
• حمل الذروة هو أعلى طلب يجب أن يغطيه العاكس أو MPPT في لحظة واحدة، بما في ذلك الأحمال التي تبدأ معًا. ويجب أن يكون حمل الذروة دائمًا مساويًا للحمل النموذجي على الأقل.

في القائمة التوضيحية، تبلغ الذروة 3.75 كيلوواط إذا عملت الأحمال كلها معًا، قبل أي سماحية لبدء المحركات. وقد يكون الحمل النموذجي نهارًا أقرب إلى 2 كيلوواط، بحسب تداخل الأحمال. هذان هما الرقمان اللذان تطلبهما أداة load2pv عبر الإنترنت، إلى جانب بلدك ونوع النظام.

الخطوة 5: حدّد حجم المصفوفة الكهروضوئية

تقدير أولي شائع لحجم المصفوفة هو:

حجم المصفوفة (كيلوواط ذروة) ≈ الطاقة اليومية (كيلوواط ساعة/يوم) ÷ (ساعات ذروة الشمس × نسبة الأداء)

تصف ساعات ذروة الشمس المورد الشمسي المحلي. أما نسبة الأداء فتجمع الخسائر الفعلية مثل ارتفاع حرارة الخلايا والغبار وهبوط الجهد في الكابلات وخسائر التحويل. وكلاهما يعتمد على الموقع، لذا تعامل مع أي قيمة منفردة على أنها افتراض يجب التحقق منه.

بمدخلات توضيحية قدرها 24 كيلوواط ساعة/يوم، و5 ساعات ذروة شمس، ونسبة أداء 0.75، يكون التقدير الأولي 24 ÷ (5 × 0.75) = 6.4 كيلوواط ذروة. ثم يُستنتج عدد الألواح من قدرة اللوح: كيلوواط ذروة المصفوفة مقسومًا على القدرة الاسمية للوح.

يذهب التصميم المراعي للمناخ أبعد من هذه النسبة. فطقس المدينة يحدد الإشعاع وحرارة الخلايا، ويجب أن تبقى السلاسل داخل نافذة جهد MPPT: جهد الدائرة المفتوحة (Voc) عند البدء البارد أقل من الحد الأقصى للمعدات، وجهد نقطة القدرة القصوى (Vmp) عند ظهيرة حارة أعلى من الحد الأدنى لـ MPPT بعد خصم الغبار وهبوط الجهد في الكابلات. وفي مواقع الشرق الأوسط وشمال أفريقيا الحارة والمغبرة، كثيرًا ما تحدد هذه النافذة طول السلسلة أكثر مما يحدده رقم الكيلوواط ذروة. وتشرح صفحة من نحن كيف يتحقق load2pv من ذلك.

الخطوة 6: حدّد حجم البطارية إن احتجت إليها

التخزين اختياري. إذا كنت تحتاج إلى التغذية نهارًا فقط، أو كانت الشبكة تغطي الليل، فقد لا تحتاج إلى بطارية أصلًا. أما إذا احتجت إلى احتياط، فالعلاقة المعتادة هي:

سعة البطارية (كيلوواط ساعة) = الحمل النموذجي (كيلوواط) × ساعات الاحتياط ÷ (عمق التفريغ × الكفاءة)

بمدخلات توضيحية قدرها حمل نموذجي 2 كيلوواط، و4 ساعات احتياط، وعمق تفريغ 0.8، وكفاءة 0.95، تكون النتيجة 2 × 4 ÷ (0.8 × 0.95) ≈ 10.5 كيلوواط ساعة. ويجب أيضًا أن تكون قدرة تفريغ البطارية مساوية لحمل الذروة على الأقل، وإلا فلن تستطيع حمل الأحمال التي تبدأ معًا حتى لو خزّنت طاقة كافية.

إذا لم يُختر التخزين، فلا ينبغي إضافة بطارية بصمت. وتبقى المصفوفة وMPPT أو العاكس مبنية على حمل الذروة.

الخطوة 7: حدّد حجم العاكس أو MPPT

تُحجَّم مرحلة القدرة من حمل الذروة مع هامش، لا من الحمل النموذجي:

في المثال التوضيحي، تشير ذروة 3.75 كيلوواط مع هامش إلى فئة عاكس أعلى من هذا الرقم. ويعتمد الهامش المناسب على الأحمال التي تبدأ معًا وعلى قدرة التحمل اللحظي للمعدات، لذا يستحسن التحقق منه في ورقة بيانات الجهاز.

الخطوة 8: قارن النتيجة بالواقع

قبل شراء المعدات، قارن النظام المحسوب بما تعرفه عن الموقع:

1. هل تطابق الطاقة اليومية فواتير الكهرباء السابقة أو استهلاك وقود المولد أو البيانات المقاسة؟
2. هل حمل الذروة واقعي، بما في ذلك المحركات التي تبدأ معًا؟
3. هل تتوفر مساحة كافية على السطح أو الأرض للمصفوفة بعد مراعاة الظل وممرات الوصول؟
4. هل تبقى السلاسل داخل نافذة MPPT في أشد الأيام حرًا وبرودة؟
5. إذا وُجدت بطارية، هل تطابق ساعات الاحتياط ما يحتاجه الموقع فعلًا؟

مثل هذا الحساب الأولي مفيد للتحجيم ووضع الميزانية، لكنه ليس مجموعة مخططات معتمدة لتصريح البناء، وينبغي أن يراجع التصميم النهائي مهندس مؤهل وفق ظروف الموقع.

الخطوة التالية

إذا كانت لديك قائمة أحمال، يمكنك تحويلها إلى مخطط خلال دقائق. ابدأ التصميم المجاني عبر الإنترنت ببلدك ونوع النظام والحمل النموذجي وحمل الذروة، ثم استخدم رقم التصميم (Design ID) لطلب الملفات الرسمية إذا بدت المعاينة مناسبة.

تستخدم الأمثلة المحسوبة أرقامًا تقريبية للتوضيح. والنتيجة عبر الإنترنت مخطط استرشادي، وليست مجموعة مخططات لتصريح البناء.