العربية

تعلم كيفية تصميم نظام طاقة موثوق به خارج الشبكة، يغطي الطاقة الشمسية والرياح والمائية والبطاريات والعواكس وإدارة الأحمال لمواقع عالمية متنوعة.

تصميم نظام الطاقة الخاص بك خارج الشبكة: دليل عالمي شامل

يمكن أن تكون الشروع في رحلة الاعتماد على الذات في مجال الطاقة من خلال نظام طاقة خارج الشبكة أمرًا تمكينيًا ومعقدًا في آنٍ واحد. يوفر هذا الدليل الشامل خريطة طريق مفصلة لتصميم نظام طاقة قوي وموثوق به خارج الشبكة، ومناسب لمواقع وتطبيقات عالمية متنوعة. سواء كنت تقوم بتشغيل كابينة بعيدة في برية كندا، أو مزرعة مستدامة في كوستاريكا، أو مركز أبحاث في المناطق النائية الأسترالية، فإن فهم أساسيات التصميم خارج الشبكة أمر بالغ الأهمية.

فهم احتياجاتك من الطاقة

الخطوة الأولى والأكثر أهمية هي التقييم الدقيق لمتطلباتك من الطاقة. يتضمن ذلك تحليلًا تفصيليًا لجميع الأحمال الكهربائية التي تنوي تشغيلها. يمكن أن يؤدي الإفراط في تقدير أو التقليل من احتياجاتك إلى أوجه قصور وتكاليف أعلى وتعطل النظام.

1. تدقيق الحمل: تحديد الأجهزة والأجهزة الخاصة بك

قم بإنشاء قائمة شاملة بجميع الأجهزة والأجهزة الكهربائية التي تخطط لاستخدامها. قم بتضمين كل شيء بدءًا من الإضاءة والتبريد وصولاً إلى أجهزة الكمبيوتر والأدوات الكهربائية وأنظمة الترفيه. لكل عنصر، لاحظ ما يلي:

مثال:

الجهاز الواط (W) الجهد (V) الاستخدام اليومي (بالساعات)
ثلاجة 150 230 24 (دورات تشغيل وإيقاف)
إضاءة LED (5 مصابيح) 10 230 6
كمبيوتر محمول 60 230 4
مضخة مياه 500 230 1

2. حساب استهلاك الطاقة اليومي

بمجرد جمع المعلومات الضرورية لكل جهاز، احسب استهلاك الطاقة اليومي بالواط ساعة (Wh) باستخدام الصيغة التالية:

استهلاك الطاقة اليومي (Wh) = الواط (W) × الاستخدام اليومي (بالساعات)

مثال:

3. تحديد إجمالي استهلاك الطاقة اليومي

اجمع استهلاك الطاقة اليومي لجميع الأجهزة لتحديد إجمالي استهلاك الطاقة اليومي. في مثالنا:

إجمالي استهلاك الطاقة اليومي = 3600 واط ساعة + 300 واط ساعة + 240 واط ساعة + 500 واط ساعة = 4640 واط ساعة

4. الأخذ في الاعتبار كفاءة العاكس

العواكس، التي تحول طاقة التيار المستمر من البطاريات إلى طاقة التيار المتردد لأجهزتك، ليست فعالة بنسبة 100٪. عادةً ما تتمتع العواكس بكفاءة تبلغ حوالي 85-95٪. لمراعاة هذه الخسارة، اقسم إجمالي استهلاك الطاقة اليومي على كفاءة العاكس:

استهلاك الطاقة اليومي المعدل (Wh) = إجمالي استهلاك الطاقة اليومي (Wh) / كفاءة العاكس

بافتراض كفاءة عاكس تبلغ 90٪:

استهلاك الطاقة اليومي المعدل = 4640 واط ساعة / 0.90 = 5155.56 واط ساعة

5. المحاسبة عن الاختلافات الموسمية

يمكن أن يختلف استهلاك الطاقة اعتمادًا على الموسم. على سبيل المثال، قد تستخدم المزيد من الإضاءة في الشتاء أو المزيد من تكييف الهواء في الصيف. ضع في اعتبارك هذه الاختلافات عند حساب احتياجاتك من الطاقة. قد تحتاج إلى تصميم نظامك للتعامل مع موسم ذروة الطلب على الطاقة.

اختيار مصدر الطاقة الخاص بك

بمجرد أن يكون لديك فهم واضح لاحتياجاتك من الطاقة، فإن الخطوة التالية هي اختيار مصدر الطاقة الأساسي لنظامك خارج الشبكة. تشمل الخيارات الأكثر شيوعًا الطاقة الشمسية والرياح والمائية والمولدات.

1. الطاقة الشمسية

غالبًا ما تكون الطاقة الشمسية هي الخيار الأكثر عملية وفعالية من حيث التكلفة للعديد من التطبيقات خارج الشبكة. إنها نظيفة وموثوقة وسهلة نسبيًا في التركيب والصيانة. إليك ما تحتاج إلى مراعاته:

مثال: حساب متطلبات الألواح الشمسية

لنفترض أنك بحاجة إلى 5155.56 واط ساعة من الطاقة يوميًا ويحصل موقعك على متوسط 5 كيلووات ساعة/م²/يوم من الإشعاع الشمسي. أنت تستخدم ألواحًا شمسية بقدرة 300 واط.

1. حدد ساعات ضوء الشمس الفعالة: ساعات ضوء الشمس الفعالة = الإشعاع الشمسي (كيلووات ساعة/م²/يوم) = 5 ساعات

2. احسب الطاقة التي تنتجها لوحة واحدة في اليوم: الطاقة لكل لوحة = قدرة اللوحة بالواط (W) × ساعات ضوء الشمس الفعالة (بالساعات) = 300 واط × 5 ساعات = 1500 واط ساعة

3. حدد عدد الألواح المطلوبة: عدد الألواح = استهلاك الطاقة اليومي المعدل (واط ساعة) / الطاقة لكل لوحة (واط ساعة) = 5155.56 واط ساعة / 1500 واط ساعة = 3.44 لوحة

نظرًا لأنه لا يمكنك تثبيت جزء من اللوحة، فستحتاج إلى ما لا يقل عن 4 ألواح شمسية.

2. طاقة الرياح

يمكن أن تكون طاقة الرياح خيارًا قابلاً للتطبيق في المناطق التي بها موارد رياح ثابتة. فيما يلي بعض الاعتبارات الأساسية:

3. الطاقة المائية

إذا كان لديك إمكانية الوصول إلى تيار أو نهر موثوق به، فيمكن أن تكون الطاقة المائية مصدرًا فعالًا جدًا ومتسقًا للطاقة. ومع ذلك، تتطلب الطاقة المائية تخطيطًا دقيقًا وتصاريح بسبب اللوائح البيئية.

4. المولدات

يمكن أن تعمل المولدات كمصدر طاقة احتياطي للأوقات التي تكون فيها موارد الطاقة المتجددة محدودة، مثل فترات طويلة من الطقس الغائم أو الرياح المنخفضة. يمكن استخدامها أيضًا لتكملة مصادر الطاقة المتجددة خلال فترات ذروة الطلب.

تخزين البطارية

يعد تخزين البطارية مكونًا أساسيًا لمعظم أنظمة الطاقة خارج الشبكة. تقوم البطاريات بتخزين الطاقة الزائدة الناتجة عن المصادر المتجددة، مما يسمح لك باستخدامها عندما لا تشرق الشمس أو عندما لا تهب الرياح. يعد اختيار النوع والحجم المناسبين للبطارية أمرًا بالغ الأهمية لأداء النظام وطول العمر.

1. نوع البطارية

2. سعة البطارية

تحدد سعة البطارية مقدار الطاقة التي يمكنك تخزينها. يتم قياس سعة البطارية بالأمبير ساعة (Ah) بجهد معين (على سبيل المثال، 12 فولت أو 24 فولت أو 48 فولت). لتحديد سعة البطارية المطلوبة، ضع في اعتبارك ما يلي:

مثال: حساب سعة البطارية

تحتاج إلى تخزين 5155.56 واط ساعة من الطاقة يوميًا وتريد يومين من الاستقلالية. أنت تستخدم نظام 48 فولت مع بطاريات ليثيوم أيون بعمق تفريغ 80٪.

1. احسب إجمالي تخزين الطاقة المطلوب: إجمالي تخزين الطاقة (واط ساعة) = استهلاك الطاقة اليومي المعدل (واط ساعة) × أيام الاستقلالية = 5155.56 واط ساعة × 2 يوم = 10311.12 واط ساعة

2. احسب تخزين الطاقة القابلة للاستخدام: تخزين الطاقة القابلة للاستخدام (واط ساعة) = إجمالي تخزين الطاقة (واط ساعة) × عمق التفريغ = 10311.12 واط ساعة × 0.80 = 8248.9 واط ساعة

3. احسب سعة البطارية المطلوبة بالأمبير ساعة: سعة البطارية (Ah) = تخزين الطاقة القابلة للاستخدام (واط ساعة) / جهد النظام (V) = 8248.9 واط ساعة / 48 فولت = 171.85 أمبير ساعة

ستحتاج إلى بنك بطارية بسعة 172 أمبير ساعة على الأقل عند 48 فولت.

اختيار العاكس

يحول العاكس طاقة التيار المستمر من البطاريات إلى طاقة التيار المتردد للأجهزة الخاصة بك. يعد اختيار العاكس المناسب أمرًا بالغ الأهمية لضمان التوافق والتشغيل الفعال لنظامك خارج الشبكة.

1. حجم العاكس

يجب أن يكون العاكس قادرًا على التعامل مع الحمل الأقصى لنظامك. اجمع واط جميع الأجهزة التي قد تعمل في وقت واحد واختر عاكسًا بتصنيف طاقة مستمر يتجاوز هذه القيمة. من المهم أيضًا مراعاة قدرة زيادة العاكس، وهي القدرة على التعامل مع زيادات الطاقة قصيرة الأجل من الأجهزة مثل المحركات والضواغط.

2. نوع العاكس

3. كفاءة العاكس

كفاءة العاكس هي النسبة المئوية لطاقة التيار المستمر التي يتم تحويلها إلى طاقة التيار المتردد. تهدر العواكس ذات الكفاءة الأعلى طاقة أقل ويمكن أن تساعد في تقليل استهلاك الطاقة الإجمالي. ابحث عن العواكس التي تتمتع بتصنيف كفاءة يبلغ 90٪ أو أعلى.

وحدات التحكم بالشحن

تنظم وحدات التحكم بالشحن تدفق الطاقة من مصدر الطاقة المتجددة إلى البطاريات، مما يمنع الشحن الزائد ويطيل عمر البطارية. هناك نوعان رئيسيان من وحدات التحكم بالشحن:

1. وحدات التحكم بالشحن PWM (تعديل عرض النبضة)

تعتبر وحدات التحكم بالشحن PWM أقل تكلفة ولكنها أقل كفاءة من وحدات التحكم بالشحن MPPT. إنها مناسبة للأنظمة الأصغر حجمًا حيث يكون جهد الألواح الشمسية قريبًا من جهد البطاريات.

2. وحدات التحكم بالشحن MPPT (تتبع نقطة الطاقة القصوى)

تعتبر وحدات التحكم بالشحن MPPT أكثر كفاءة ويمكنها استخلاص المزيد من الطاقة من الألواح الشمسية، خاصة في ظروف الإضاءة المنخفضة. إنها أكثر تكلفة ولكن يوصى بها عمومًا للأنظمة الأكبر حجمًا والأنظمة التي يكون فيها جهد الألواح الشمسية أعلى بكثير من جهد البطاريات.

الأسلاك والسلامة

تعتبر ممارسات الأسلاك والسلامة المناسبة ضرورية لنظام طاقة آمن وموثوق به خارج الشبكة. استشر كهربائيًا مؤهلاً للتأكد من أن نظامك مثبت بشكل صحيح ويتوافق مع جميع رموز الكهرباء المعمول بها.

إدارة الأحمال والحفاظ على الطاقة

حتى مع نظام طاقة مصمم جيدًا خارج الشبكة، من المهم ممارسة إدارة الأحمال والحفاظ على الطاقة لتقليل استهلاك الطاقة وإطالة عمر البطارية.

المراقبة والصيانة

تعتبر المراقبة والصيانة المنتظمة ضرورية لضمان الأداء والموثوقية على المدى الطويل لنظام الطاقة الخاص بك خارج الشبكة.

اعتبارات عالمية

يتطلب تصميم نظام خارج الشبكة للنشر العالمي فهمًا للعوامل المختلفة التي تؤثر على أداء وإطالة عمر الإعداد. فيما يلي بعض الجوانب الرئيسية التي يجب مراعاتها:

العوامل البيئية

تلعب العوامل البيئية دورًا كبيرًا في أي أنظمة لتوليد الطاقة خارج الشبكة. ضع في اعتبارك ما يلي:

المتطلبات التنظيمية والتصاريح

يمكن أن تختلف اللوائح المحلية ومتطلبات التصاريح اختلافًا كبيرًا من بلد إلى آخر وحتى داخل مناطق مختلفة من نفس البلد. ابحث وامتثل لجميع اللوائح المعمول بها قبل تثبيت نظام الطاقة الخاص بك خارج الشبكة.

العوامل الاجتماعية والاقتصادية

يمكن للعوامل الاجتماعية والاقتصادية أن تؤثر أيضًا على تصميم وتنفيذ أنظمة الطاقة خارج الشبكة، خاصة في البلدان النامية.

الخلاصة

يعد تصميم نظام طاقة خارج الشبكة مهمة معقدة تتطلب تخطيطًا دقيقًا وحسابات دقيقة وفهمًا شاملاً للموارد والتقنيات المتاحة. باتباع الخطوات الموضحة في هذا الدليل، يمكنك إنشاء نظام طاقة موثوق به ومستدام خارج الشبكة يلبي احتياجاتك من الطاقة ويوفر لك استقلالية الطاقة. تذكر إعطاء الأولوية للسلامة والالتزام باللوائح المحلية والنظر في الصيانة والتشغيل على المدى الطويل لنظامك. مع التخطيط والتنفيذ السليمين، يمكن لنظام الطاقة الخاص بك خارج الشبكة أن يوفر لك طاقة نظيفة وموثوقة لسنوات قادمة.