ما الذي يمكنك تشغيله باستخدام لوحة شمسية واحدة بقوة 120 واط؟

هل تساءلت يومًا ما الذي يمكنك تشغيله باستخدام لوحة شمسية صغيرة؟ يوضح هذا الدليل كيف يمكن للوحة شمسية بقوة ١٢٠ واط تشغيل حاسوبك المحمول، والإضاءة، وشحن عدة أجهزة في سيارتك. سنشرح لك العملية الحسابية بشكل مبسط، ونوضح لك كيفية إعدادها بدقة.

في دليل اليوم، نتبع نهجًا مختلفًا فيما يتعلق بالألواح الشمسية. فبدلًا من البدء بمتطلبات الطاقة وحساب حجم اللوح، سنعمل بطريقة عكسية. سنتناول ما يمكنك تشغيله فعليًا باستخدام لوح شمسي صغير بقدرة 120 واط.

لنحسبها بطريقة أخرى. السبب في ذلك هو أن مساحة سطح منزلك قد لا تكفي إلا لنظام طاقة شمسية صغير الحجم، أو أن ميزانيتك لا تسمح إلا بنظام طاقة شمسية صغير الحجم. لذا، قد يكون هذا هو العامل الحاسم.

مواصفات الألواح الشمسية

في هذا المثال، اخترنا لوحة كولي الشمسية بقدرة 120 واط و12 فولت. تُعطى تصنيفات الألواح الشمسية وفقًا لشروط الاختبار القياسية. يُعاير مصدر الضوء ليُصدر 1000 واط لكل متر مربع على سطح اللوحة، وتُحافظ درجة حرارة المحيط على 25 درجة مئوية. هذه هي الشروط القياسية التي تُصنف بها جميع الألواح الشمسية. نعلم أن حاصل ضرب الفولت في الأمبير يساوي الواط. لذا، إذا استخدمنا أقصى جهد تشغيلي وهو 18.4 فولت وضربناه في أقصى تيار تشغيلي وهو 6.52 أمبير، نحصل على 120 واط.

خريطة الطاقة الشمسية، تركيب الطاقة الشمسية

توليد الطاقة اليومي

يعتمد تقييم الألواح الشمسية على ساعة واحدة في ظروف الاختبار القياسية. من الواضح أننا سنحصل على كمية متفاوتة من أشعة الشمس خلال النهار. عادةً في الصباح الباكر بين الساعة 8:00 و9:00، تكون إشعاعات الشمس حوالي نصف ما تكون عليه في منتصف النهار. لذلك، نحتاج إلى مراجعة بعض البيانات التاريخية للمناطق التي نعيش فيها لمعرفة متوسط ساعات سطوع الشمس اليومية (ساعات ذروة الشمس) التي يمكننا توقعها. سنسافر بشكل رئيسي في فانكوفر، كندا. لذا، إذا نظرنا إلى بيانات الطاقة هذه، فيمكننا عادةً توقع الحصول على حوالي 3.1 ساعة ذروة الشمسببساطة، نضرب طاقة اللوح الشمسي بقدرة ١٢٠ واط في ٣.١ لنحصل على ٣٧٢ واط/ساعة. هذا هو إجمالي الطاقة التي نتوقع توليدها خلال يوم واحد.

مع ذلك، لن نتمكن من استخدام كل هذه الطاقة نظرًا لوجود بعض الخسائر التي يجب أخذها في الاعتبار. قد يكون هناك بعض الأوساخ على سطح هذه اللوحة الشمسية الصغيرة بجهد ١٢ فولت. سيحدث انخفاض في الجهد على الكابلات بين اللوحة الشمسية ووحدة التحكم في الشحن. كما أن هناك بعض أوجه القصور في طريقة عمل وحدة التحكم عند تنظيم الطاقة من اللوحة الشمسية لشحن البطاريات. لذا، إذا أخذنا كل هذه العوامل في الاعتبار، يمكننا توقع... بعض خسائر النظام تبلغ حوالي 30%في هذا المثال، إذا طرحنا إجمالي الطاقة، وهو 372 واط/ساعة، من فاقد النظام 30%، نحصل على قيمة صافية قدرها 260 واط/ساعة. وهذه هي القيمة التي يمكننا استخدامها لتحديد الطاقة التي يمكننا تشغيلها داخل شاحنتنا.

ما يمكننا توفيره

الآن نعرف مقدار ما يمكننا توليده في يوم واحد، وما يمكننا استخدامه بشكل واقعي. لقد أخذت بعض أجهزتي الخاصة، وقمت بتوصيلها بمقياس الواط، وسجلت القراءات هنا. لذلك يمكننا أن نرى أنه يمكنني استخدام جهاز الكمبيوتر المحمول الخاص بي الذي يستهلك 40 واط لمدة ثلاث ساعات، مما يمنحني إجمالي 120 واط في الساعة. يمكنني تشغيل بعض مصابيح LED لبضع ساعات، وقد أشحن هاتفي iPhone، وشحن جهاز Kindle وجهاز iPad وبعض الأجهزة الأخرى. لذا إذا جمعنا كل هذا، فسيكون الرقم 263 واط في الساعة. لذلك يمكننا استخدام الكثير من الأجهزة لبضع ساعات خلال اليوم باستخدام لوحة شمسية واحدة من Coulee بقدرة 120 واط و12 فولت. من الواضح أنك لن تستخدم جميع هذه الأجهزة بالضرورة في نفس اليوم. لذا يوجد قدر كبير من التنوع هناك. وأعتقد أنك تستطيع أن ترى أن هذا يوضح أنك لست بحاجة في الواقع إلى وضع الكثير من الطاقة الشمسية على شاحنتك لجعلها قابلة للاستخدام.

تحديد حجم البطارية

لكن عمومًا، لا يُمكن استخدام الطاقة المُولّدة من اللوح الشمسي مباشرةً. بل يجب أن تمر عبر بطاريات ترفيهيّة مُزوّدة بوحدة تحكّم في الشحن. لذا، لنُجرِ عملية حسابية لتحديد حجم بطارية ترفيهيّة مُناسبة لهذه اللوحة الشمسية الصغيرة من نوع كولي بقدرة 120 واط. تعمل بطارية الترفيه على نظام 12 فولت. لذا، نأخذ إجمالي الطاقة المُولّدة، وهي 263 واط/ساعة، مقسومًا على 12 فولت. وهذا يُعطينا 21.92 أمبير/ساعة، وهذا ما سنستخدمه لتحديد حجم بطارياتنا. لا تُحبّ بطاريات الرصاص الحمضية أن تُفرّغ بالكامل. في أفضل الأحوال، لن ترغب في الذهاب إلى أبعد من تفريغ 50%. يُقال إن بطارية AGM يمكنها التفريغ حتى 80%. ولكن كلما زاد عمق التفريغ، قل متوسط عدد دورات الشحن. من الأفضل بكثير الحفاظ على عمق التفريغ عند الحد الأدنى، مما يضمن عمرًا أطول للبطارية. في هذا المثال، سنستخدم عمق تفريغ 50%. بقسمة 21.92 أمبير/ساعة على 50%، نحصل على ضعف سعة البطارية، أي 43.84 أمبير/ساعة. ولأننا لا نستطيع استخدام سوى نصف طاقة البطارية، يجب أن يكون حجم البطارية ضعف حجمها.

هناك شيء آخر يجب أخذه في الاعتبار وهو درجة الحرارة المحيطة التي سيتم تخزين البطارية. تؤثر درجة حرارة البيئة المحيطة على إنتاجها. نرى في هذا الجدول أن ١٠ درجات مئوية تُعادل ١٫١١. لذا، نضرب ٤٣٫٨٤ أمبير/ساعة في ١٫١١، فنحصل على ٤٨٫٧ أمبير/ساعة، وهي طاقة البطارية اللازمة ليوم واحد.

لنفترض الآن أننا لم نشهد أي شمس لبضعة أيام. كان الجو غائمًا جدًا، والطقس سيئًا، ولم نتمكن من شحن البطارية. نريد على الأرجح بضعة أيام من استقلالية البطارية، مما يسمح لنا بالبقاء لعطلة نهاية أسبوع تقريبًا دون الحاجة إلى الطاقة الشمسية. ببساطة، قمنا بتكبير حجم البطارية مرة أخرى لتوفير طاقة احتياطية تكفي لبضعة أيام. إذن، سنضرب 48.7 أمبير/ساعة في ثلاثة أيام، لنحصل على طاقة إجمالية للبطارية قدرها 146.1 أمبير/ساعة. لذا، ستكون بطارية (أو مجموعة بطاريات) بسعة 150 أمبير/ساعة كافية لهذه اللوحة الشمسية الواحدة بقدرة 120 واط. الآن، يمكننا الحصول على لوحة شمسية صغيرة من نوع كولي بقدرة 120 واط، وبطارية واحدة 12 فولت بقدرة 150 أمبير/ساعة (أو بطاريتين 12 فولت بقدرة 75 أمبير/ساعة)، ووحدة تحكم في الشحن، وهذا سيكون نظامنا الشمسي في النهاية.

زاوية إمالة اللوحة

الشيء الأخير الذي أريد مناقشته هو زاوية إمالة اللوحة الشمسية. ستنتج اللوحة الشمسية أقصى طاقتها عندما تكون مواجهة مباشرة للشمس بحيث يكون السطح بزاوية 90 درجة بالنسبة لزاوية أشعة الشمس. الآن إذا وضعت الألواح بشكل مسطح على سطح سيارتك، فستكون هناك زاوية مختلفة بالنسبة للشمس. لن تكون بزاوية 90 درجة بالنسبة للشمس. وهذه الزاوية مرتبطة مباشرة بخطوط العرض على الأرض. هنا في فانكوفر، نحن عادةً عند درجة 49 شمالًا. لذا يجب إمالة الألواح الشمسية لدينا بزاوية 49 درجة. سيضمن هذا أن تكون أشعة الشمس في منتصف النهار بزاوية 90 درجة مباشرة على سطح اللوحة. وهذا يحدث فرقًا كبيرًا في الناتج. أيضًا، نحتاج إلى مراعاة وقت السنة، لأنه في الشتاء تكون الشمس أقل بكثير في الأفق، وفي الصيف تكون الشمس مرتفعة جدًا في السماء. لذلك نحتاج إلى إجراء تعديل بسيط على زاوية الإمالة، اعتمادًا على الفصول. وبشكل تقريبي، خلال فصل الشتاء، يمكننا زيادة الزاوية بمقدار 15 درجة نظرًا لأن الشمس منخفضة جدًا في الأفق، فنحن بحاجة إلى إمالة اللوحة لأعلى بشكل أكبر حتى تصبح بزاوية 90 درجة بالنسبة للشمس. وفي الصيف عندما تكون الشمس مباشرة فوق الرأس، يمكننا أن نسمح بتقليل تلك الزاوية, ثم ضع اللوحة بشكل أكثر استواءً للحصول على زاوية 90 درجة. بإمالة الألواح، يمكنك الحصول على طاقة إضافية تصل إلى 30% من الألواح الشمسية مقارنةً بوضعها بشكل مسطح على سطح شاحنتك.

بما أننا مسافرون في فانكوفر، كندا، سأصمم طريقةً لاستخدام الألواح الشمسية على سقف شاحنتي. سأثبتها بزاوية من الألومنيوم ودعامتين من الألومنيوم. ثم سأحفر سلسلة من الثقوب في تلك الزاوية التي تتوافق مع زوايا الصيف والشتاء والخريف والربيع. ستكون الزاوية في العادة 49 درجة، وفي الصيف سأخفضها إلى 34 درجة، وفي الشتاء سأرفعها إلى 64 درجة. لأنني، في الوضع المثالي، أريد فقط تحقيق أقصى استفادة من الألواح الشمسية. مع هذا الترتيب، لن أرفع هذه الألواح إذا كانت الظروف الجوية سيئة. أما إذا كان الجو لطيفًا ومشمسًا وهادئًا، فسأرفع الألواح، وسأزيد كمية الطاقة التي يمكنني توليدها.

حسنًا، هذا كل شيء. نأمل أن يكون هذا الفيديو مفيدًا. إذا كانت لديك أي أسئلة، فلا تتردد في التواصل معنا.

ألواح شمسية صغيرة، ألواح شمسية صغيرة 12 فولت، أسعار ألواح الطاقة الشمسية الكهروضوئية، شركات تركيب الألواح الشمسية، الطاقة الشمسية للسيارات الترفيهية