كيفية تحديد حجم بنك البطاريات

بنك البطاريات لنظام الطاقة الشمسية المستقل عن الشبكة

بعد معرفة استهلاكك اليومي من الكهرباء، عليك تحويل ذلك إلى كمية الطاقة المخزنة في بطارية السيارة، والمعروفة أيضًا بسعة البطارية. جميع ما يلي يحدد سعة البطارية المطلوبة:

• كفاءة العاكس
• عدد الأيام التي تتوقع أن تستمر فيها بطارية البنك دون الحاجة إلى إعادة الشحن
• درجة حرارة تشغيل البطاريات والجهد
• ما مقدار بنك البطارية الذي ترغب في استخدامه
• الجهد الذي تريد أن تعمل البطارية به

الآن دعنا نتعمق في تفاصيل هذه المتغيرات ونشرح كيفية جمعها جميعًا معًا حتى تتمكن من تحديد سعة البطارية المطلوبة بدقة وإنشاء بنك البطاريات لنظامك الشمسي.

عند شراء بطاريات شمسية لتكملة مجموعة البطاريات، لديك عدة خيارات. أكثر أنواع البطاريات شيوعًا لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المستقلة عن الشبكة هو بطارية شمسية اسمية بجهد ١٢ فولت. بعد ذلك، يمكنك توصيل هذه البطاريات على التوالي والتوازي لتحقيق خصائص الجهد والسعة المطلوبة.

كفاءة العاكس

ستكون هناك دائمًا بعض الخسائر المرتبطة بتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد، ولهذا السبب لا يستطيع أي عاكس توصيل 100% من الطاقة من مجموعة البطاريات إلى الأحمال. ومع ذلك، إذا كان العاكس أكثر كفاءة في عملية العاكس، فيمكن أن تكون مجموعة البطاريات أصغر. لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة، يجب مراعاة أحمال التيار المتردد المتصلة بالعاكس المقترح وحجم العاكس (من حيث خرج الطاقة). ما أقصده بهذا هو عدم تركيب عاكس بقدرة 5 كيلوواط إذا كان كل ما سيستهلكه العميل هو 1 كيلوواط. بدلًا من ذلك، حاول مطابقة الأحمال والعاكس.

يُدرج مُصنِّعو العاكسات كفاءة وحداتهم في جميع أوراق مواصفاتهم. ما يجب تذكره هو أن الرقم الذي يُدرجه المُصنِّعون هو قيمة الكفاءة القصوى. وبالتالي، ستكون دائمًا قيمةً مُلفتةً تُقارب 97%. على الرغم من إمكانية تحقيق كفاءة 97%، إلا أنها غير مُتاحة دائمًا. معظم الأنظمة التي تعمل بالبطاريات تكون كفاءتها عادةً أقرب إلى 90%. وكما هو الحال مع جميع المتغيرات، تختلف هذه النسبة، ولكن 90% قيمة عادلة تُمثل كفاءة التشغيل النموذجية للعاكس.

أيام الحكم الذاتي

يُطلق على عدد الأيام التي تحتاجها بطارية البطاريات لتحافظ على نمط حياتك الكهربائي اسم "أيام الاستقلالية". بمعنى آخر، هو عدد الأيام التي تتوقع أن توفر لك فيها بطارية البطاريات احتياجاتك اليومية من الطاقة دون الحاجة إلى إعادة شحنها بواسطة مصفوفة الألواح الشمسية الكهروضوئية ووحدة التحكم في الشحن أو المولد أو شركة المرافق.

عادةً ما يلعب المناخ المحلي دورًا رئيسيًا في هذا القرار، وكذلك الميزانية المتاحة للمشروع. وكما هو متوقع، كلما زادت أيام التشغيل الذاتي، زادت الحاجة إلى بطاريات أكثر، وبالتالي ارتفعت تكلفة النظام.

تعتمد العديد من التطبيقات السكنية المستقلة عن الشبكة على يومين أو ثلاثة أيام من التشغيل الذاتي كنقطة انطلاق، بينما تعتمد معظم الأنظمة التفاعلية مع المرافق على يوم واحد فقط. أما بالنسبة للتطبيقات التجارية، فعادةً ما تكون الشبكة موجودة، لذا يكفي يوم واحد من التشغيل الذاتي. يمكنك التفكير في إضافة أيام أخرى من التشغيل الذاتي، ولكن عليك بعد ذلك الموازنة بين حجم مجموعة البطاريات وحجم مصفوفة الألواح الكهروضوئية.

درجة الحرارة المستخدمة لتشغيل البطارية

تؤثر درجة حرارة تشغيل البطاريات على سعتها. كلما كانت البطارية أبرد، قلت قدرتها على توفير الطاقة. لماذا؟ لأن كفاءة التفاعل الكيميائي داخل البطارية تزداد وتنخفض باختلاف درجات الحرارة. ينشر مصنعو البطاريات التأثيرات الدقيقة لدرجة الحرارة على بطارياتهم، لذا يجب أن تتمكن من العثور على هذه البيانات للبطارية التي تفكر فيها لتطبيق عامل تخفيض السعة المناسب (نسبة السعة المتوقعة من البطارية بناءً على درجة الحرارة).

لأن معظم الأنظمة تستخدم بطاريات الرصاص الحمضية، ولأن التقنية المستخدمة متطابقة تقريبًا بين مختلف الشركات المصنعة، ننصح باستخدام عامل تخفيض حرارة واحد: 90%. تتوافق هذه النسبة مع درجة حرارة بطارية تبلغ حوالي 60 درجة فهرنهايت (15.5 درجة مئوية)، مما يعني أنه عند هذه الدرجة، ستتمكن البطارية من توفير 90% فقط من قيمتها المقدرة (سعة البطارية عند 77 درجة فهرنهايت أو 25 درجة مئوية).

عمق تفريغ مجموعة البطاريات (DoD)

عمق التفريغ (DOD) هو كمية الطاقة المسحوبة من بنك البطارية؛ وعادة ما يتم إعطاؤها كنسبة مئوية. كلما زادت قيمة DOD، زادت الطاقة التي غادرت بنك البطارية. وكما هو الحال مع أيام الاستقلالية، يمكن (ويجب) تحديد عمق التفريغ في عملية تصميم النظام لأنه يؤثر على الحجم الإجمالي لبنك البطارية. عندما تنظر إلى مخطط نموذجي تقدمه شركات تصنيع البطاريات والذي يوضح عدد الدورات مقابل عمق التفريغ، يتضح أنه كلما كان عمق التفريغ أصغر، زاد عدد الدورات (الدورة هي فترة من وقت سحب سعة البطاريات إلى وقت إعادة شحنها). على الرغم من أن هذه الحقيقة ربما لا تكون مفاجئة، إلا أنها لا تعني أنه يجب عليك محاولة تدليل البطاريات وتصميم نظام حول عمق تفريغ صغير.

ما عليك فعله حقًا هو تقييم موضع أقصى كمية طاقة على المنحنى خلال عمر مجموعة البطاريات. لتحديد أقصى استهلاك طاقة (DOD) الأمثل لمجموعة البطاريات، انظر إلى الصورة الكاملة على شكل رسم بياني؛ حيث يُظهر الرسم البياني عدد دورات مجموعة البطاريات مُقابل نسبة تفريغها. يوضح الشكل أدناه مثالًا.

إذا كانت سعة مجموعة البطاريات في الجدول أعلاه 400 أمبير/ساعة (Ah)، فيمكنك استخدام هذه المعلومات لتقدير الطاقة المُولّدة على مدار عمر مجموعة البطاريات. من الجدول، يمكنك أن ترى أن هذه المجموعة ستدوم لحوالي 2000 دورة إذا كان معدل الشحن المتبقي 30% فقط. وينخفض عدد الدورات إلى حوالي 600 دورة عندما يكون معدل الشحن المتبقي 70%. إذًا، أيٌّ من معدل الشحن المتبقي يُولّد طاقة أكبر على مدار عمر مجموعة البطاريات؟ احسب ذلك باستخدام الأرقام:

• 400 أمبير ساعة × 30% DOD لكل دورة × 2000 دورة = 240,000 أمبير ساعة
• 400 أمبير ساعة × 50% DOD لكل دورة × 1000 دورة = 200000 أمبير ساعة
• 400 أمبير ساعة × 70% DOD لكل دورة × 600 دورة = 168000 أمبير ساعة

على الرغم من أن فكرة تقليل استهلاك الطاقة (DOD) تبدو جيدة للوهلة الأولى لأنها تزيد من العمر الإجمالي لمجموعة البطاريات، إلا أنها تؤدي إلى تقليل ساعات الأمبير المُسلّمة. ولأن وظيفة مجموعة البطاريات هي تخزين الطاقة وتوصيلها، يُنصح بتفريغ البطاريات بشكل متكرر لزيادة استثمارك (وتقليل التكلفة الأولية للنظام). عند تقييم استهلاك الطاقة (DOD)، تستخدم معظم تصميمات مجموعات البطاريات قيمة تتراوح بين 50% و80%، ولكن لا توجد في الواقع إجابة "صحيحة" تمامًا. عليك تقييم الخيارات المتاحة وتقديم اقتراح بناءً على المعلومات الواردة في الجداول من الشركة المصنعة للبطاريات التي تستخدمها في المجموعة.

احرص على عدم تجاوز 80% من سعة البطارية (DOD) في تصميمك (نحن نتحدث عن بطاريات الرصاص الحمضية). يؤدي تقليل سعة مجموعة البطاريات بشكل متكرر إلى أكثر من 80% إلى إتلافها وتلفها المبكر.

الجهد الاسمي

لأي نظام يعمل بالبطاريات تُثبّته، عليك مراعاة الفولتية الاسمية لمجموعة البطاريات، وهي ١٢ أو ٢٤ أو ٤٨ فولت تيار مستمر. تتوافق هذه الفولتية مع متطلبات دخل العاكس لمعظم العاكسات المتوفرة تجاريًا.

قد يكون من المناسب استخدام مجموعة بطاريات 24 فولت في الأنظمة التي تستخدم عاكسات تُنتج مستويات طاقة تيار متردد صغيرة نسبيًا (أقل من 2000 واط)، ولكن مع التطورات في تقنيات العاكسات ووحدات التحكم بالشحن، أصبحت مجموعات بطاريات 48 فولت شائعة جدًا. (ملاحظة: مستويات القدرة الكهربائية المذكورة هنا ليست قيمًا مطلقة، بل هي إرشادات عامة يمكنك اتباعها. وهي تُمثل هدف الحفاظ على أحجام الموصلات (الأسلاك) صغيرة عن طريق زيادة الجهد وتقليل قيم التيار).

معرفة سعة البطارية التي تحتاجها

الخطوة 1. تحديد متوسط مستوى استهلاك التيار المتردد بالواط/الساعة (أو الكيلوواط/الساعة) يوميًا.

ولأغراض تقديم مثال، دعنا نستخدم 5 كيلووات في الساعة كمتوسط استهلاك الطاقة اليومي.

الخطوة 2. قم بقسمة قيمة واط الساعة من الخطوة 1 على كفاءة العاكس المقدرة.

تزيد هذه الخطوة من السعة المطلوبة نظرًا لأن العاكس يفقد جزءًا من سعته المخزنة أثناء عملية تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد (نسبة الفقد الشائعة هي 10%). بالعودة إلى المثال السابق، نجد أن 5 كيلوواط/ساعة ÷ 0.9 = 5.56 كيلوواط/ساعة (90% كفاءة عاكس مناسبة للتقدير).

الخطوة 3. أضف أي استهلاك للطاقة من أحمال التيار المستمر إلى قيمة واط الساعة في الخطوة 2.

تمثل هذه القيمة إجمالي استهلاك الطاقة اليومي لجميع الأحمال المتصلة بمجموعة البطاريات. إذا كان لديك ثلاثة مصابيح LED تعمل بالتيار المستمر بقدرة 20 واط، وتعمل لمدة 5 ساعات يوميًا، فإن إجمالي استهلاك الطاقة بالتيار المستمر هو: 3 مصابيح × 20 واط × 5 ساعات = 300 واط/ساعة، أو 0.3 كيلوواط/ساعة. وبالتالي، يكون إجمالي استهلاك الطاقة 5.56 كيلوواط/ساعة + 0.3 كيلوواط/ساعة = 5.86 كيلوواط/ساعة.

الخطوة 4. اضرب قيمة الطاقة من الخطوة 3 في أيام الاستقلالية المطلوبة.

يُظهر لك هذا مقدار الطاقة التي يحتاجها بنك البطاريات لتخزينها (يومان أو ثلاثة أيام هي قيمة نموذجية). يتطلب مثالي هنا ثلاثة أيام من الاستقلالية، ما يجعل قيمة الطاقة الجديدة 5.86 كيلوواط/ساعة × 3 أيام = 17.58 كيلوواط/ساعة.

الخطوة 5. قم بتقسيم القيمة المحسوبة في الخطوة 4 على قيمة تعويض درجة الحرارة المقدمة من قبل الشركة المصنعة للبطارية.

يُقدّر تسعون بالمائة من المصنّعين السعة المُعدّلة عند 60 درجة فهرنهايت. طبّق قيمة المصنّعين هنا على درجة الحرارة المُقدّرة لمجموعة البطاريات التي تُفكّر في شرائها. لذا، إذا كان سيتم تخزين مجموعة البطاريات النموذجية عند 60 درجة فهرنهايت، فأجرِ الحساب التالي: 17.58 كيلوواط/ساعة ÷ 0.9 = 19.54 كيلوواط/ساعة.

الخطوة 6. قسّم القيمة من الخطوة 5 على عمق التفريغ المسموح به.

كلما زاد مقدار DOD، قلّت سعة البطارية نظرًا لاستهلاكك لقدر أكبر من السعة (حوالي ٥٠ إلى ٨٠٪). في هذا المثال، سنستخدم DOD بنسبة ٥٠٪، لذا فالمعادلة كالتالي: ١٩٫٥٤ كيلوواط/ساعة ÷ ٠٫٥ = ٣٩٫٠٨ كيلوواط/ساعة.

الخطوة 7. قم بقسمة القيمة من الخطوة 6 على الجهد الاسمي المطلوب لمجموعة البطاريات.

تُقاس البطاريات بالأمبير/ساعة، وليس بالواط/ساعة. باستخدام جهد مجموعة البطاريات الاسمي، يمكنك تحديد الأمبير/ساعة المطلوبة لمجموعة البطاريات (استخدم قيمة 12 فولت، أو 24 فولت، أو 48 فولت هنا). سيتم تركيب النظام في هذا المثال عند 48 فولت للحفاظ على أدنى قيم للتيار وتقليل أحجام الموصلات. إليك العملية الحسابية: 39.08 كيلوواط/ساعة ÷ 48 فولت = 0.815 كيلوواط/ساعة، أو 815 أمبير/ساعة.

توصيل مجموعة البطاريات

بمجرد أن تعرف ما يجب أن تكون عليه سعة مجموعة البطاريات والجهد الاسمي، فأنت جاهز لتقييم خيارات البطاريات المختلفة وتحديد الخيار الأفضل لمجموعة البطاريات التي تقوم ببنائها.

لتحديد عدد البطاريات المطلوبة في السلسلة، قم بتقسيم جهد مجموعة البطاريات الاسمي على الجهد الاسمي للبطاريات الفردية.

من هذا المثال، حسبنا أن سعة مجموعة البطاريات يجب أن تكون 815 أمبير/ساعة عند جهد 48 فولت. ولنفترض أننا نريد مجموعتين من البطاريات في مجموعتنا، علينا البحث عن بطارية بسعة 408 أمبير/ساعة (وهو أمر يصعب إيجاده، لذا قد نضطر لاختيار بطارية بسعة 400 أمبير/ساعة). عادةً ما تتوفر البطاريات بهذا المستوى من السعة في خيارات 6 فولت. لذا، إذا كنت ستوصل مجموعة بطاريات بجهد 48 فولت، وكل بطارية بجهد 6 فولت، فيجب أن يكون طول كل مجموعة ثماني بطاريات. إليك العملية الحسابية: 48 فولت ÷ 6 فولت = 8 بطاريات لكل مجموعة.

أفضل البطاريات لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية

بطاريات AGM مقابل بطاريات GEL - ما الفرق؟

بطاريات AGM مقابل بطاريات الجلإنها معركة صعبة! يخلط الكثيرون بسهولة بين بطاريات AGM وبطاريات الجل، ولكن لا يمكننا لومهم. تشترك بطاريات AGM وبطاريات الجل في العديد من الخصائص. على سبيل المثال، كلاهما يستخدم تقنية حمض الرصاص المُنظَّم بالصمامات، وكلاهما لا يحتاج إلى صيانة ولا يتسرب. ومع ذلك، هناك عدد من الاختلافات بين نوعي البطاريات. اقرأ هذه المدونة كاملةً وستتمكن من تسليط الضوء على بعض الاختلافات الرئيسية.

أفضل الألواح الشمسية الأحادية لأنظمة الطاقة الكهروضوئية

ألواح كولي فول سكوير مونو بيرك الشمسية هي سلسلة جديدة من الألواح الشمسية أحادية البلورة عالية الكفاءة ذات خلايا أكبر، متوفرة بـ 60 خلية (320-330 واط) و72 خلية (390-400 واط)، وهي مناسبة بشكل خاص لأنظمة الطاقة الشمسية المنزلية. بفضل كفاءتها العالية، يمكن تحقيق طاقة ذروة إجمالية أعلى من مساحة سطح محدودة.

• ضمان المنتج لمدة 12 عامًا؛
• خلايا PERC أكبر حجمًا وعالية الكفاءة ومُحسّنة للإشعاع المنخفض وتقليل الخسائر الأومية وزيادة العائد؛
• زيادة الطاقة حتى 10% على الأبعاد القياسية؛
• إنتاجية أعلى عند إشعاع منخفض؛
• أقصى مقاومة ضد البرد (83 كم/ساعة)؛
• مراقبة الجودة من خلال اختبار الإضاءة الكهربائية (EL) مرتين على كل وحدة؛
• جديد: سلسلة All Black الأنيقة للخيار.