"شرح برمجة انفرتر الطاقة الشمسية فولترونيك وحل المشاكل الشائعة | احترف البرمجة "

1️⃣ مقدمة حول أنظمة الطاقة الشمسية المستقلة عن الشبكة

مع تزايد الحاجة إلى مصادر طاقة نظيفة ومستدامة، أصبح الاتجاه نحو استخدام أنظمة الطاقة الشمسية المستقلة عن الشبكة خيارًا شائعًا، خاصة في المناطق النائية أو للمنازل التي ترغب في تحقيق استقلالية تامة عن مزودي الكهرباء التقليديين.

لكن، ماذا يعني أن يكون لديك نظام طاقة شمسية مستقل عن الشبكة؟ 🤔 ببساطة، هو نظام لا يعتمد على شبكة الكهرباء العامة، بل يعتمد على الألواح الشمسية لتوليد الكهرباء، ثم يخزنها في البطاريات لاستخدامها لاحقًا، مما يوفر حرية تامة من فواتير الكهرباء ويحمي من انقطاع التيار الكهربائي.

الطريقة الاحترافية لتصميم نظام طاقة شمسية Off-Grid خطوة بخطوة! : كل ما تحتاج معرفته

✅ فوائد ومزايا النظام المستقل عن الشبكة

🔹 توفير التكاليف: رغم أن التكلفة الأولية قد تكون مرتفعة، إلا أن النظام يوفر المال على المدى الطويل.
🔹 صديق للبيئة: لا ينتج أي انبعاثات ضارة ويعتمد على مصدر متجدد.
🔹 مثالي للمناطق النائية: حيث لا توجد بنية تحتية للكهرباء.
🔹 مرونة التوسعة: يمكنك زيادة عدد الألواح والبطاريات مع زيادة احتياجاتك.

🔹 الاستقلالية عن الشبكة: لن تقلق بعد الآن بشأن انقطاع الكهرباء.

---

2️⃣ كيف يعمل نظام الطاقة الشمسية المستقل عن الشبكة؟

🔧 المكونات الأساسية لنظام الطاقة الشمسية المستقل

• الألواح الشمسية (Solar Panels): تقوم بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.

•  البطاريات (Batteries): تخزن الطاقة لاستخدامها خلال الليل أو في الأيام الغائمة. 

•  الإنفرتر (Inverter): يحول التيار المستمر (DC) القادم من الألواح إلى تيار متردد (AC) لتشغيل الأجهزة المنزلية. 

•  منظم الشحن (Charge Controller): يتحكم في شحن وتفريغ البطاريات لضمان عمر أطول لها. التوصيلات والأسلاك: لنقل الكهرباء بين المكونات المختلفة.

⚖ الفرق بين النظام المتصل بالشبكة والمستقل عنها

الميزة	النظام المتصل بالشبكة	النظام المستقل عن الشبكة
مصدر الطاقة الاحتياطي	يعتمد على شبكة الكهرباء	يعتمد على البطاريات
التكلفة الأولية	منخفضة نسبيًا	مرتفعة بسبب البطاريات
الفواتير الكهربائية	لا تزال تدفع فواتير	لا توجد فواتير
الاستخدام في المناطق النائية	غير مناسب	مثالي للمناطق البعيدة
إمكانية بيع الكهرباء	يمكنك بيع الكهرباء الفائضة	لا يمكن بيع الكهرباء

الخطوة الأولى: تحديد الاستهلاك اليومي (بالواط-ساعة/اليوم)

لماذا يجب تحديد الاستهلاك اليومي؟

عند تصميم نظام طاقة شمسية منفصل عن الشبكة (Off-Grid Solar System)، فإن أول خطوة أساسية هي معرفة مقدار الطاقة التي تحتاجها يوميًا، حيث يتيح ذلك تحديد عدد الألواح الشمسية والبطاريات المطلوبة لتغطية هذا الاستهلاك.

عناصر يجب مراعاتها عند حساب الاستهلاك اليومي:

1. جرد الأجهزة الكهربائية التي سيتم تشغيلها بالنظام الشمسي.

2. تحديد قدرة كل جهاز بالواط (W)، والتي تجدها على الملصق الكهربائي خلف الجهاز.

3. تحديد عدد ساعات تشغيل كل جهاز يوميًا.

4. مراعاة تيارات وفترة الإقلاع بالنسبة للأجهزة ذات المحركات مثل:

• الثلاجات
• الغسالات
• المكيفات
• المضخات

---

مثال عملي على حساب الاستهلاك اليومي للطاقة

لنفترض أن الأحمال الكهربائية التي نريد تشغيلها عبر النظام الشمسي تشمل:

الجهاز	القدرة (W)	عدد الساعات يوميًا	الاستهلاك اليومي (Wh)
شاشة تلفاز	75W	5 ساعات	75 × 5 = 375Wh
جهاز إنارة	18W	6 ساعات	18 × 6 = 108Wh
مروحة كهربائية	60W	8 ساعات	60 × 8 = 480Wh

حساب الاستهلاك اليومي الكلي:

$$375+108+480=963Wh\approx 1kWh\text{ (كيلوواط-ساعة يوميًا)}$$

ماذا تعني هذه القيمة؟

• هذه القيمة (1kWh/اليوم) تعني أن النظام الشمسي يجب أن يكون قادرًا على توليد 1000 واط-ساعة يوميًا على الأقل، مع مراعاة فقد الطاقة في عملية التخزين والاستهلاك.
• بناءً على هذه القيمة، يمكننا الآن الانتقال إلى الخطوة الثانية (حساب عدد البطاريات المطلوبة لتخزين الطاقة).

لخطوة الثانية: تحديد عدد ساعات تشغيل كل جهاز

لماذا يجب حساب عدد ساعات تشغيل كل جهاز؟

يعد تحديد عدد ساعات التشغيل لكل جهاز أمرًا ضروريًا لحساب إجمالي استهلاك الطاقة اليومي بدقة، مما يساعد على اختيار العدد المناسب من الألواح الشمسية والبطاريات.

حساب عدد ساعات التشغيل لكل جهاز

الجهاز	القدرة (W)	عدد الساعات يوميًا	الاستهلاك اليومي (Wh)
شاشة تلفاز	75W	12 ساعة	75 × 12 = 900Wh
جهاز إنارة	18W	4 ساعات	18 × 4 = 72Wh
مروحة كهربائية	60W	2 ساعات	60 × 2 = 120Wh

حساب الاستهلاك اليومي الكلي بعد تحديث عدد الساعات

$$900+72+120=1092Wh\approx 1.1kWh\text{ (كيلوواط-ساعة يوميًا)}$$

ماذا تعني هذه القيمة؟

• تعني أن النظام الشمسي يجب أن يكون قادرًا على توليد 1.1kWh يوميًا على الأقل.
• هذه الخطوة تضمن عدم وجود عجز في الطاقة المخزنة عند الحاجة إليها.

الخطوة الثالثة: حساب الاستهلاك اليومي مع الضياعات

بعد تحديد عدد ساعات تشغيل كل جهاز، ننتقل الآن إلى حساب الاستهلاك اليومي للطاقة.

حساب الاستهلاك اليومي لكل جهاز

يتم حساب الاستهلاك اليومي وفق المعادلة التالية:

$$\text{الاستهلاك اليومي} = \text{قدرة الجهاز (W)} \times \text{عدد ساعات التشغيل (ساعة/يوم)}$$

الجهاز	القدرة (W)	عدد الساعات يوميًا	الاستهلاك اليومي (Wh)
شاشة تلفاز	75W	12 ساعة	75 × 12 = 900Wh
جهاز إنارة	18W	4 ساعات	18 × 4 = 72Wh
مروحة كهربائية	60W	2 ساعات	60 × 2 = 120Wh

إجمالي الاستهلاك اليومي

$$900+72+120=1092Wh\mathrm{/}day$$

أي ما يعادل 1.1kWh في اليوم.

---

إضافة هامش الضياعات لتعويض التغيرات المناخية

بسبب التغيرات في شدة الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة، فإن الأداء الفعلي للألواح الشمسية يكون أقل من القيم المثالية التي يحددها المصنع (STC - Standard Test Conditions).
لهذا السبب، نحتاج إلى إضافة هامش ضياعات بنسبة 20%-30% لضمان أن النظام يولد طاقة كافية.

حساب إجمالي الطاقة الشمسية المطلوبة مع الضياعات

على فرض اختيار نسبة ضياعات 30%، نقوم بضرب الاستهلاك اليومي بـ 1.3:

$$\text{إجمالي الطاقة الشمسية اللازمة يوميًا}=1092\times \mathrm{1.3<span\; style="font-family:\; inherit;"><br></span>}$$$$= 1419Wh/day$$

---

لماذا نضيف هامش الضياعات؟

✔️ تعويض تأثيرات الطقس غير المثالي.
✔️ تعويض فقدان الطاقة في البطاريات، الأسلاك، والانفرتر.
✔️ ضمان تشغيل الأجهزة بكفاءة حتى في الأيام الغائمة.

لخطوة الرابعة: تحديد جهد النظام وحساب عدد البطاريات اللازمة

1️⃣ تحديد جهد النظام

تحديد جهد النظام أمر أساسي، حيث يعتمد على إجمالي استطاعة الأحمال الكهربائية، وفقًا للقاعدة التالية:

مجموع الاستطاعات (W)	جهد النظام المناسب (V)
أقل من 1200W	12V
بين 1200W - 2400W	24V
أكثر من 2400W	48V

بما أن إجمالي الاستهلاك اليومي الذي حسبناه سابقًا هو 1092W، وهو أقل من 1200W، فإن جهد النظام المناسب هو 12V.

---

2️⃣ حساب عدد البطاريات اللازمة

لحساب عدد البطاريات، نحتاج إلى العوامل التالية:
✅ الاستهلاك اليومي بالأمبير الساعي (Ah/day)
✅ عدد أيام التخزين
✅ عمق تفريغ البطاريات (DOD)
✅ تصحيح درجة الحرارة

✅ حساب الاستهلاك اليومي بالأمبير الساعي

يتم حسابه باستخدام المعادلة:

$$\text{الاستهلاك اليومي (Ah/day)}=\frac{\text{الاستهلاك اليومي (Wh/day)}}{\text{جهد النظام (V)}}$$

$$= \frac{1419Wh}{12V} = 118Ah/day$$

---

✅ تحديد عدد أيام التخزين

عدد أيام التخزين هو عدد الأيام التي يكون فيها الإشعاع الشمسي ضعيفًا، مما يستوجب الاعتماد على البطاريات بالكامل.
في المنطقة العربية، يوصى عادةً باعتبار يومين من التخزين.

$$\text{الطاقة المخزنة المطلوبة}=188Ah\mathrm{/}day\times 2=236Ah$$

---

✅ تطبيق معامل عمق التفريغ (DOD)

DOD هو الحد الأقصى لتفريغ البطارية دون التأثير على عمرها الافتراضي.
في مثالنا، سنعتبر تفريغ البطاريات بنسبة 80%:

$$\text{سعة التخزين المطلوبة}=\frac{\text{236Ah}}{0.8}=295Ah$$

---

✅ تصحيح تأثير درجة الحرارة

🔹 عند انخفاض درجة الحرارة، تقل كفاءة البطاريات.
🔹 من ورقة بيانات البطارية (Data Sheet)، عند 0°C يكون معدل التفريغ 70%، مما يستلزم تعديل السعة التخزينية:

$$\text{سعة التخزين المطلوبة}=\frac{295Ah}{0.7}=421.4Ah$$

---

✅ حساب عدد البطاريات المطلوبة

بفرض أننا سنستخدم بطاريات بسعة 240Ah لكل بطارية:

$$\frac{421.4Ah}{240Ah}=1.7$$

وبما أن عدد البطاريات يجب أن يكون عددًا صحيحًا، فإننا نحتاج إلى تقريب العدد إلى 2 بطاريات.

🔋 إذن، الحل النهائي:
🔹 عدد البطاريات المطلوبة = 2 بطاريات بسعة 240Ah لكل واحدة.
🔹 هذه البطاريات تكفي لتشغيل الحمل لمدة يومين في الشتاء، حتى مع درجة حرارة منخفضة (0°C) وعمق تفريغ 80%.

---

📌 الخلاصة

✅ جهد النظام المختار: 12V
✅ عدد البطاريات المطلوبة: 2 بطاريات بسعة 240Ah لكل واحدة
✅ مدة التشغيل في الشتاء بدون شمس: يومين
✅ مراعاة تأثير عمق التفريغ ودرجة الحرارة للحصول على حسابات دقيقة

⚡ الخطوة القادمة:
👉 حساب عدد الألواح الشمسية اللازمة لشحن هذه البطاريات بكفاءة.

هل لديك أي استفسار قبل الانتقال للخطوة التالية؟ 😊

حساب عدد الألواح الشمسية اللازمة

1️⃣ تحديد عدد ساعات الذروة الشمسية (PSH)

🔹 PSH (Peak Sun Hours) تعني عدد ساعات الإشعاع الشمسي الفعّالة خلال اليوم.
🔹 في سوريا، متوسط عدد ساعات الذروة الشمسية يتراوح بين 5 - 6 ساعات، وسنأخذ PSH = 5 ساعات للحسابات.

---

2️⃣ حساب الاستطاعة الشمسية المطلوبة

باستخدام المعادلة:

$$\text{الاستطاعة الشمسية المطلوبة}=\frac{\text{الاستهلاك اليومي (Wh/day)}}{\text{عدد ساعات الذروة (PSH)}}$$

الاستطاعة الشمسية المطلوبة=عدد ساعات الذروة (PSH)الاستهلاك اليومي (Wh/day)​ $$=\frac{1419Wh}{5h}=283.8W$$

✳️ هذا يعني أننا نحتاج إلى ألواح شمسية باستطاعة إجمالية 283.8W على الأقل.

---

3️⃣ اختيار الألواح الشمسية

🔹 سنختار لوح شمسي بقدرة 150W لكل لوح.
🔹 حساب عدد الألواح المطلوبة:

$$N=\frac{283.8W}{150W}=1.89$$

✳️ وبما أن عدد الألواح يجب أن يكون عددًا صحيحًا، فإننا نقربه إلى 2 ألواح بقدرة 150W لكل لوح.

---

📌 الخلاصة

✅ عدد الألواح المطلوبة: 2 ألواح شمسية بقدرة 150W لكل لوح
✅ عدد ساعات الذروة الشمسية المستخدمة: 5 ساعات
✅ النظام قادر على توليد الطاقة اللازمة لتشغيل الأحمال وحفظها في البطاريات

⚡ الخطوة القادمة:
👉 حساب تيار وجهد منظم الشحن اللازم لضمان استقرار شحن البطاريات.

🔢 حساب مواصفات منظم الشحن اللازم

🟢 اختيار منظم الشحن المناسب

🔹 يتم اختيار منظم الشحن بحيث يتناسب مع جهد مصفوفة الألواح الشمسية والبطاريات، أي أن يكون متوافقًا مع جهد النظام الشمسي بالكامل.

✅ يعتمد الاختيار على عاملين رئيسيين:
1️⃣ إجمالي تيار القصر للألواح الشمسية المتصلة (Isc)
2️⃣ طريقة التوصيل (توالي أم توازي)

---

🟢 تحديد طريقة التوصيل المناسبة

🔹 في مثالنا، جهد النظام هو 12 فولت، لذا سيتم توصيل الألواح على التوازي للحفاظ على الجهد ثابتًا بينما يتجمع التيار.
🔹 عند التوصيل على التوازي، يكون الجهد ثابتًا، أما التيار فيكون مجموع تيارات الألواح المتصلة.

---

🟢 حساب تيار منظم الشحن

🔹 بافتراض أن مواصفات كل لوح شمسي كالتالي:
✅ Isc (تيار القصر لكل لوح) = 8.63 أمبير
✅ عدد الألواح = 2

🔹 إجمالي تيار القصر للألواح الموصولة على التوازي:

$$I_{\text{total}}=\text{عدد الألواح}\times I_{\text{sc لكل لوح<span style="font-family: inherit; font-weight: bold;">I</span>}}$$$${\text{total}}_{}=2\times 8.63=17.26A$$

🔹 إضافة عامل الأمان (1.3) لتجنب أي زيادة مفاجئة في التيار:

$$I_{\text{controller}} = 17.26 \times 1.3 = 22.4A$$

---

🟢 اختيار منظم الشحن المناسب من السوق

🔹 منظم الشحن يجب أن يكون 12 فولت و 22 أمبير على الأقل.
🔹 قد لا يتوفر بالسوق منظم شحن بهذه القيمة، لذا نختار القيمة المتاحة الأعلى، وهي منظم شحن 12V - 30A.

---

📌 الخلاصة

✅ منظم الشحن المطلوب: 12V - 30A
✅ طريقة التوصيل: توازي
✅ عامل الأمان: 1.3 لتجنب تلف المنظم بسبب تيارات الذروة

⚡ الخطوة التالية:
👉 حساب استطاعة العاكس (الانفرتر) اللازم لتشغيل الأجهزة الكهربائية بكفاءة.

🔢 حساب مواصفات الإنفرتر (العَاكس) اللازم

🟢 اختيار العاكس المناسب

✅ عند اختيار الإنفرتر، يجب أن يكون قادرًا على تشغيل جميع الأجهزة الكهربائية المطلوبة بأمان.
✅ نحتاج إلى زيادة هامش أمان بنسبة 25% - 30% من أجل استيعاب الأحمال الإضافية أو الارتفاع المفاجئ في الاستهلاك.

---

🟢 حساب استطاعة العاكس المطلوبة

🔹 نقوم أولًا بجمع استطاعات الأجهزة الكهربائية بالواط:

$$P_{\text{total}}=P_{\text{TV}}+P_{\text{Fan}}+P_{\text{Light<span style="font-family: inherit; font-weight: bold;">P</span>}}$$$$P_{\text{total}} = 75W + 60W + 18W = 153W$$

🔹 بعد ذلك، نضيف هامش أمان 30%:

$$P_{\text{inverter}}=153W\times 1.3=198.9W$$

🔹 بالتقريب، نحتاج إلى إنفرتر بقدرة 200 واط على الأقل.

دليل تركيب أنظمة الطاقة الشمسية: أهم 12 نقطة لضمان الكفاءة والأمان

إذا كنت تخطط لتركيب نظام طاقة شمسية، فمن الضروري اتباع الإرشادات الصحيحة لضمان الأداء العالي، الأمان، وطول عمر النظام. إليك أهم الأمور التي يجب أخذها بالحسبان عند التركيب:

1. اختيار مكان جيد التهوية

يجب تركيب الإنفرتر والبطاريات في مكان جيد التهوية لمنع ارتفاع درجة الحرارة، مما يساهم في تحسين الأداء وإطالة عمر المعدات.

2. استخدام وصلات MC4

عند توصيل الألواح الشمسية، استخدم وصلات MC4 لأنها توفر توصيلًا محكمًا وآمنًا، مما يقلل من فقدان الطاقة ويمنع حدوث أخطاء كهربائية.

3. التأكد من فولتية البطاريات

قبل التوصيل، تحقق من مطابقة فولتية البطاريات لمواصفات النظام لتجنب الأعطال وضمان عمل النظام بكفاءة.

4. توافق فولتية الألواح الشمسية مع منظم الشحن

يجب أن تكون فولتية الألواح متوافقة مع منظم الشحن وضمن النطاق المسموح به لتجنب المشاكل التشغيلية.

5. عدم خلط أنواع البطاريات

تجنب توصيل بطاريات مختلفة في النوع أو المواصفات، كما لا يجب دمج البطاريات القديمة مع الجديدة، لأن ذلك يقلل من كفاءة وأداء النظام.

6. تقليل المسافة بين البطاريات والإنفرتر

كلما كان الكابل أقصر، كان أفضل! يُفضل أن تكون المسافة بين البطاريات والإنفرتر أقل من 1 متر لتقليل فقدان الجهد وتحسين كفاءة التشغيل.

7. تركيب نظام حماية كهربائي

استخدم قواطع التيار المستمر والمتناوب والفيوزات لحماية النظام من الأحمال الزائدة أو الأعطال الكهربائية.

8. اختيار مقطع الأسلاك المناسب

حدد كابلات ذات قطر مناسب لطريقة التوصيل، مما يضمن توصيلًا آمنًا وتجنب فقدان الطاقة.

9. التأكد من إحكام التوصيلات

افحص جميع التوصيلات وتأكد من عدم وجود وصلات مفكوكة، لأن ذلك قد يؤدي إلى فقدان الطاقة أو ارتفاع درجة الحرارة.

10. تنظيف الألواح الشمسية بانتظام

لتحقيق أعلى كفاءة، قم بتنظيف الألواح الشمسية دوريًا، ويفضل أن يكون ذلك صباحًا أو مساءً عند غياب الشمس.

11. اختيار زاوية الميل المناسبة

اضبط زاوية الألواح الشمسية وفقًا لموقعك الجغرافي بحيث تحقق أقصى إنتاج سنوي للطاقة مع مراعاة الفصول المختلفة.

12. برمجة الإنفرتر بالقيم الصحيحة

يجب ضبط إعدادات الإنفرتر وفقًا للمواصفات الفنية في دليل الاستخدام (Data Sheet) للحصول على أداء مستقر وفعال.

الأسئلة الشائعة حول تصميم أنظمة الطاقة الشمسية

1. ما العوامل التي تؤثر على أداء النظام الشمسي؟

• شدة الإشعاع الشمسي.
• درجة الحرارة.
• زاوية تركيب الألواح.
• جودة مكونات النظام.

2. هل يمكن تشغيل أجهزة ثقيلة مثل المكيفات بالطاقة الشمسية؟ 

نعم، لكن يتطلب ذلك نظامًا أكبر من حيث عدد الألواح والبطاريات.

3. كيف يمكن تقليل استهلاك الطاقة في النظام الشمسي؟

• استخدام أجهزة موفرة للطاقة.
• فصل الأجهزة غير المستخدمة.
• ضبط الإنفرتر على وضع الكفاءة العالية.

4. كم تدوم بطاريات الطاقة الشمسية؟ تعتمد على نوعها:

• بطاريات الرصاص الحمضية: 3-5 سنوات.
• بطاريات الليثيوم: 10+ سنوات.

✅ باتباع هذه الحسابات، يمكنك تصميم نظام طاقة شمسية مثالي وفعال! ⚡🌞

✅ خلاصة

اتباع هذه الإرشادات يضمن لك نظام طاقة شمسية آمنًا، عالي الكفاءة، وطويل العمر. تأكد من الالتزام بالمعايير الصحيحة لتحصل على أقصى استفادة من استثمارك في الطاقة الشمسية! 🌞🔋

لا تنسى مشاركة المقال لتعم الفائدة 

تعديل المقال