نظام الطاقة الشمسية المستقل يستخدم وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية لتوليد الكهرباء من ضوء الشمس، و لكنها غير متصل بشبكة المرافق أو مصادر كهرباء أخرى. يوفر نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية الطاقة لاستخدامات مختلفة، مثل الإضاءة، وضخ المياه، والتهوية، والاتصالات، والترفيه، في المناطق النائية التي لا تتوفر فيها الكهرباء أو التي لا يُعتمد على إمداداتها.
مكونات النظام المستقل
عادةً ما يتكون نظام الطاقة الشمسية المستقل من أربعة مكونات رئيسية.
- وحدات أو مصفوفات الطاقة الشمسية الكهروضوئية - تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة تيار مستمر (DC)
- وحدة التحكم في الشحن – ينظم التيار والجهد المغذي من الألواح الكهروضوئية إلى العاكسات والبطاريات والأجهزة. ويمكن استخدامها تعديل عرض النبضة (PWM) أو وحدات التحكم في تتبع نقطة القدرة القصوى (MPPT).
- عاكس الطاقة الشمسية – يقوم بتحويل التيار المستمر إلى تيار متناوب يتم توفيره للبطارية والأجهزة.
- بنوك البطاريات – تخزن هذه الأنظمة فائض الطاقة المُولّدة من أنظمة الألواح الشمسية خلال النهار. ويمكن استخدام هذه الطاقة المُخزّنة ليلاً لضمان كفاءة عمل الأجهزة.
معلمات النظام المستقل
من أجل إنشاء نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية المستقل الأمثل لتطبيق معين، من المهم أن نأخذ في الاعتبار مجموعة متنوعة من العوامل.
- خصائص الحمل - توصيل التيار المتردد/توصيل التيار المستمرالتيار، التردد، القدرة، والجهد
- توفر موارد الطاقة الشمسية - زاوية الألواح، وشدة الإشعاع الشمسي، وساعات سطوع الشمس
- تكوين النظام - توصيل الوحدات والبطاريات على التوالي أو بالتوازي
- مراقبة النظام - المؤشرات والعدادات وأجهزة الاستشعار
- حماية النظام - القواطع، والصمامات، وأجهزة حماية التيار الزائد
- تحديد حجم النظام - كفاءة البطارية وسعتها، وتصنيف العاكس، وحجم الوحدة أو المصفوفة الكهروضوئية.
أنواع الأنظمة المستقلة
يمكن تكوين نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية المستقل بطرق مختلفة، اعتمادًا على نوع وحجم الحمل.
1. نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية المستقل مع حمل تيار مستمر فقط
- المكونات الرئيسية: وحدة الطاقة الشمسية وحمل التيار المستمر.
- المميزات: أبسط وأكثر أنظمة الطاقة المستقلة فعالية من حيث التكلفة حيث أنها تتصل مباشرة بأحمال التيار المستمر مثل المراوح والمحركات والمضخات.
- العيوب: أداء وتطبيقات محدودة؛ توفر الطاقة فقط خلال ساعات النهار.
2. نظام مستقل مع دائرة تحكم وحمل تيار مستمر
- المكونات الرئيسية (بالترتيب): وحدة الطاقة الشمسية، دائرة التحكم الإلكترونية (إما وحدة تحكم الشحن أو MPPT), وأحمال التيار المستمر.
- المميزات: تحسين الكفاءة والاستخدام؛ عمر افتراضي أطول؛ تحسين الأداء وموثوقية الحمل؛ توفير تيار وجهد مستقرين.
- العيوب: زيادة التكلفة والتعقيد؛ لا يوفر الطاقة في الليل؛ يحتاج إلى بطارية للعمل بكفاءة أثناء النهار
3. نظام مستقل مع بطارية وحمل تيار مستمر ودائرة تحكم إلكترونية
- المكونات الرئيسية (بالترتيب): وحدة الطاقة الشمسية، دائرة التحكم الإلكترونية (إما وحدة تحكم الشحن أو MPPT)، البطارية (متصل بالتيار المستمر), وأحمال التيار المستمر.
- المميزات: إمداد طاقة مستمر وموثوق به (ليلاً ونهارًا)؛ التعامل مع الأحمال المتغيرة ومتطلبات الطاقة
- العيوب: زيادة المكونات تجعلها مكلفة؛ وزيادة الصيانة؛ وثقيلة في التعامل؛ وعمر افتراضي وكفاءة محدودة
4. نظام مستقل مع حمل تيار متردد/مستمر، ودائرة تحكم إلكترونية، وعاكس
- المكونات الرئيسية (بالترتيب): وحدة الطاقة الشمسية، دائرة التحكم الإلكترونية (إما وحدة تحكم الشحن أو MPPT)، العاكس، والبطارية، وأحمال التيار المستمر.
- المميزات: يمكنه تشغيل الأحمال المترددة والمستمرة (أجهزة الكمبيوتر، والتلفزيون، والأضواء، وما إلى ذلك)؛ وهو أكثر مرونة وكفاءة
- العيوب: أكثر تكلفة؛ معقد؛ يضيف العاكس ضوضاء مزعجة؛ يتطلب المزيد من الحماية من الأعطال والارتفاعات المفاجئة في التيار الكهربائي
انظر أيضا: ما هو الثابت الشمسي؟
