ما هي أنواع أنظمة الطاقة الشمسية الموجودة؟

يتم تصنيف أنظمة الطاقة الشمسية حسب كيفية اتصالها بشبكة المرافق وكيفية استخدام الكهرباء. هناك أربعة أنواع رئيسية:الأنظمة المرتبطة بالشبكة، والأنظمة خارج الشبكة، والأنظمة الهجينة، وأنظمة التيار المباشر النقي.

يستخدم الأربعة جميعًا نفس الألواح الشمسية بشكل أساسي. ما يختلف هو ما إذا كان هناك اتصال بالشبكة، وما إذا كانت هناك بطارية، وما إذا كان يتم تسليم الطاقة كتيار متردد أو تيار مستمر. أيهما مناسب لك يعتمد على ما إذا كانت الشبكة متاحة في مكان تواجدك، وكيفية تسعير الكهرباء، ومدى الضرر الذي قد يسببه انقطاع التيار الكهربائي.
 

فيما يلي مقارنة جنبًا إلى جنب أولاً، تليها نظرة فاحصة على كل نوع.
 

1. أنظمة الطاقة الشمسية المرتبطة بالشبكة: تغذية الكهرباء مباشرة إلى الشبكة

كيف يعمل

خلال النهار، تنتج الألواح الكهرباء بالتيار المستمر. يقوم العاكس المرتبط بالشبكة بتحويله إلى تيار متردد يتوافق مع تردد الشبكة ومرحلتها. تقوم الطاقة أولاً بتزويد الأحمال الخاصة بك، ويتم بيع أي فائض إلى الشبكة. في الليل أو في الأيام الملبدة بالغيوم، عندما لا تتمكن الألواح من تغطية الطلب الخاص بك، يمكنك شراء الطاقة من الشبكة. لا توجد بطارية متضمنة.

مما تتكون

الألواح الشمسية وهيكل التركيب:تقوم الألواح بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، ويحدد هيكل التثبيت زاوية الميل ومقاومة الرياح.

العاكس المرتبط بالشبكة:قلب النظام. فهو ينفذ أقصى تتبع لنقطة الطاقة (MPPT)، ويحول التيار المستمر إلى تيار متردد، ويوفر حماية التوصيل البيني للشبكة.

حماية جانب التيار المستمر:كابلات التيار المستمر، ومفاتيح التيار المستمر، وصندوق الموحد (أنظمة صغيرة من نوع السلسلة غالبًا ما تحذف صندوق الموحد).

صندوق توزيع التيار المتردد:يحتوي على قواطع دوائر وجهاز حماية من زيادة التيار.

متر:عداد توليد أو عداد ثنائي الاتجاه يستخدم لتسوية الكهرباء المصدرة إلى الشبكة.

الحماية من الصواعق والتأريض والمراقبة:هذه تحافظ على أمان النظام وتتيح لك التحقق من بيانات الإنتاج عن بعد.

حيث يناسب

إنه يعمل بشكل أفضل عندما يكون استخدام الكهرباء أثناء النهار مرتفعًا والشبكة مستقرة: المنازل والفيلات ذاتية البناء مع مساحة قابلة للاستخدام على الأسطح، والمصانع والمستودعات ومحلات السوبر ماركت والمدارس التي تعمل خلال النهار. فهو يتمتع بأقل استثمار وأبسط هيكل، وهو النوع الذي يتمتع بأكبر سعة مركبة في جميع أنحاء العالم.

الأمثلة والتوصيات

البيت الريفي المبني ذاتياً:مع ما يقرب من 60 إلى 80 مترًا مربعًا من مساحة السطح، يمكنك تركيب حوالي 8 إلى 10 كيلووات. اختر عاكسًا أحادي الطور أو ثلاثي الطور. ويعتمد التوليد السنوي على ضوء الشمس المحلي، لذا قم بتقديره باستخدام بيانات التشعيع المحلية.

بناء المصنع:يتناسب السقف الكبير والحمل النهاري العالي مع نظام بقدرة 300 كيلووات إلى 1 ميجاوات، يستخدم بشكل أساسي للاستهلاك الذاتي مع تصدير الفائض إلى الشبكة. عادة ما يكون الاسترداد أقصر من الأنظمة السكنية.

شيء واحد يجب أن نأخذه في الاعتبار

A grid-tied system shuts down automatically when the grid goes down (anti-islanding protection). That means a house with a grid-tied system still has no power during an outage.
 

2. أنظمة الطاقة الشمسية خارج الشبكة: مستقلة تمامًا عن الشبكة

كيف يعمل

تقوم الطاقة من اللوحات بشحن البطارية أولاً. عندما تستهلك الأحمال الطاقة، تقوم البطارية بتزويدها من خلال العاكس. النظام قائم بذاته وليس له أي اتصال بشبكة المرافق.

مما تتكون

الألواح الشمسية وهيكل التركيب

جهاز التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية:يقوم بشحن البطارية وحمايتها، وعادةً ما يكون من نوع MPPT.

بنك البطارية:يتم استخدام بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد وبطاريات الرصاص الكربونية وبطاريات الرصاص الحمضية. تحدد سعة البطارية المدة التي يمكن للنظام أن يعمل فيها بدون شمس.

العاكس خارج الشبكة:يحول طاقة البطارية DC إلى AC. تجمع العديد من المنتجات بين جهاز التحكم والعاكس في وحدة واحدة.

معدات التوزيع والحماية

مولد النسخ الاحتياطي (اختياري):مصدر إضافي خلال فترات طويلة من الطقس الغائم أو الممطر.

حيث يناسب

الأماكن التي لا توجد بها شبكة، أو حيث يكون الاتصال بالشبكة مكلفًا للغاية: الجزر والمراعي والمواقع الحدودية والمنازل الجبلية ومحطات الأبحاث النائية ومحطات الاتصالات الأساسية.

الأمثلة والتوصيات

منزل الراعي:مع استهلاك يومي يبلغ حوالي 5 إلى 8 كيلووات في الساعة، يمكن لإعداد حوالي 3 كيلووات من الألواح، وحوالي 10 كيلووات في الساعة من تخزين البطارية ووحدة الكل في واحد خارج الشبكة بقدرة 3 كيلووات تشغيل ثلاجة وتلفزيون وإضاءة. ترنح استخدام الأجهزة عالية الطاقة.

نصيحة الحجم:قم بقياس حجم البطارية حسب عدد الأيام الغائمة المتتالية التي تريد تغطيتها. احجز لمدة يومين إلى ثلاثة أيام كقاعدة عامة، وأكثر عندما لا يمكن الاعتماد على أشعة الشمس.

تذهب معظم تكلفة النظام خارج الشبكة إلى البطارية. عمر البطارية له تأثير كبير على التكلفة الإجمالية، لذلك لا تحكم على السعر المقدم وحده.
 

3. أنظمة الطاقة الشمسية الهجينة: تخزين إضافي مرتبط بالشبكة، مع طاقة الشبكة والنسخ الاحتياطي

في الصناعة، يُسمى هذا النوع غالبًا بـنظام هجين مرتبط بالشبكة / خارج الشبكةأو أنظام هجين للطاقة الشمسية والتخزين. فهو يضيف بطارية إلى نظام مرتبط بالشبكة، حتى يتمكن من التفاعل مع الشبكة وكذلك توفير الطاقة من تلقاء نفسه أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

كيف يعمل

يخدم الجيل النهاري الأحمال أولاً. تعمل الطاقة الفائضة على شحن البطارية، وبمجرد امتلاء البطارية، يتم تصدير الباقي إلى الشبكة. في الليل، يتم سحب الأحمال من البطارية، وعندما تنخفض البطارية، من الشبكة. عندما تتعطل الشبكة، يتحول النظام إلى وضع خارج الشبكة ويستمر في تشغيل الأحمال الحيوية من خلال منفذ النسخ الاحتياطي الخاص به.

مما تتكون

الألواح الشمسية وهيكل التركيب

العاكس الهجين:يجمع بين وظائف العاكس المرتبط بالشبكة وعاكس البطارية في وحدة واحدة. إنها القطعة الرئيسية من المعدات التي تميز هذا النظام عن النظامين السابقين.

بطارية تخزين الطاقة:تعتمد الأنظمة السكنية حاليًا بشكل أساسي على فوسفات حديد الليثيوم.

العداد الذكي أو المحول الحالي:يقيس الاستهلاك المنزلي والطاقة المتدفقة من وإلى الشبكة، والتي يستخدمها النظام لتحديد وقت الشحن والتفريغ.

نظام إدارة الطاقة (EMS):وضع استراتيجيات التشغيل، مثل الشحن والتفريغ وفقًا لأسعار الكهرباء وقت الاستخدام.

لوحة التحميل الاحتياطية:يتم توصيل الأحمال الحرجة مثل الثلاجة والإضاءة ومعدات الشبكة بمنفذ النسخ الاحتياطي.

حيث يناسب

المناطق التي تعاني من انقطاعات متكررة أو شبكة غير مستقرة

الأماكن التي بها فجوة كبيرة بين أسعار الكهرباء في أوقات الذروة وخارج أوقات الذروة، حيث يمكنك الشحن عندما تكون الطاقة رخيصة والتفريغ عندما تكون باهظة الثمن

المستخدمون الذين لديهم حساسية لانقطاع التيار الكهربائي: المكاتب المنزلية، ومزارع الماشية، ومخازن التبريد، والعيادات الصغيرة

الأمثلة والتوصيات

فيلا المنزلية:8 إلى 10 كيلو واط من الألواح مع 10 إلى 20 كيلو واط ساعة من تخزين البطارية. قم بتوصيل الثلاجة والإضاءة وجهاز التوجيه وبعض المنافذ بالمنفذ الاحتياطي. ما إذا كان يمكن تضمين الأحمال الثقيلة مثل مكيفات الهواء يعتمد على طاقة الإخراج الاحتياطية للعاكس.

مزرعة الثروة الحيوانية:قم بتركيب نظام مرتبط بالشبكة مزود بالتخزين حتى تستمر معدات التهوية والتدفئة ومياه الشرب في العمل أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

يكلف النظام الهجين أكثر من النظام المرتبط بالشبكة. المال الإضافي يشتري قدرتين: الطاقة الاحتياطية أثناء انقطاع التيار الكهربائي ومراجحة الأسعار. يعتمد ما إذا كان الأمر يؤتي ثماره على عدد مرات انقطاع الخدمة محليًا وعلى تعرفة الكهرباء الخاصة بك.
 

4. أنظمة الطاقة الشمسية النقية ذات التيار المستمر: طاقة التيار المستمر بدون انعكاس

كيف يعمل

لا يتم تحويل كهرباء التيار المستمر من الألواح إلى تيار متردد. يذهب مباشرة إلى أحمال التيار المستمر. تشتمل بعض الأنظمة على بطارية ووحدة تحكم، وبعضها لا يحتوي على بطارية على الإطلاق: عندما تشرق الشمس يتم تشغيل الحمل، وعندما لا يتوقف التحميل.

مما تتكون

الألواح الشمسية

تحكم العاصمة(مطلوب فقط في الأنظمة التي تحتوي على بطارية)

بطارية(خياري)

أحمال العاصمة:مصابيح LED ومضخات المياه التي تعمل بالتيار المستمر ومراوح التيار المستمر والكاميرات والمعدات المماثلة

بدون العاكس، يكون الهيكل هو الأبسط من بين الأربعة، وهناك خطوة تحويل واحدة أقل حيث يتم فقدان الطاقة.

حيث يناسب

في الأماكن التي يكون فيها الحمل نفسه DC، تكون الطاقة صغيرة وتنتشر المعدات: مصابيح الشوارع بالطاقة الشمسية، وأضواء الحدائق، ومضخات المياه بالطاقة الشمسية، وري المزارع، وإشارات المرور ومعدات المراقبة، وأجهزة الاتصالات الصغيرة.

الأمثلة والتوصيات

إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية:التكوين الشائع هو لوحة بقوة بضع عشرات من الواط وبطارية ليثيوم ووحدة تحكم. يتم تشغيل الضوء تلقائيًا في الليل، ولا حاجة إلى كابلات.

مضخة المياه بالطاقة الشمسية:تقوم الألواح بقيادة مضخة التيار المستمر مباشرة. كلما كانت أشعة الشمس أقوى أثناء النهار، تم ضخ المزيد من المياه في خزان التخزين لاستخدامها لاحقًا. يمكنك ترك البطارية وتوفير تكلفة كبيرة.

حدودها واضحة. لا يمكنها تشغيل أجهزة التيار المتردد المنزلية العادية مباشرة، ولا يمكن أن يكون مستوى الطاقة كبيرًا جدًا.

5. كيفية الاختيار من بين الأنظمة الأربعة

حل هذه الأسئلة بالترتيب:

هل هناك شبكة؟إذا لم يكن الأمر كذلك، فاختر خارج الشبكة أو DC النقي. إذا كان الأمر كذلك، انتقل إلى السؤال التالي.

كم سيضر الانقطاع؟إذا كان هناك الكثير، فاختر نظامًا هجينًا. إذا لم يكن كثيرًا، فاختر ربط الشبكة.

هل أحمالك على أجهزة التيار المتردد أم أحمال التيار المستمر؟إذا كنت تحتاج فقط إلى تشغيل أحمال التيار المستمر مثل مصابيح الشوارع أو المضخات، فإن التيار المستمر النقي يكفي.

ما هي ميزانيتك؟بالنسبة لنفس القدرة الشمسية، فإن الاتصال بالشبكة هو الأرخص. تضيف الأنظمة الهجينة وغير المتصلة بالشبكة تكلفة البطاريات.

التعليمات

س: لماذا لا يعمل النظام المرتبط بالشبكة أثناء انقطاع التيار الكهربائي؟لأن العاكس لديه حماية مضادة للجزيرة. إذا استمر النظام في تغذية الشبكة المعطلة بالطاقة، فسيعرض ذلك عمال المرافق الذين يقومون بالإصلاحات للخطر، لذلك يجب قطع الاتصال تلقائيًا. إذا كنت تريد الطاقة أثناء انقطاع التيار الكهربائي، فاختر نظامًا هجينًا.

س: هل يمكن تحويل النظام خارج الشبكة إلى نظام هجين لاحقًا؟نعم، ولكن ذلك يعتمد على المعدات الموجودة. إذا كان النظام الأصلي يستخدم عاكسًا خارج الشبكة، فعادةً ما يتعين استبداله بعاكس هجين. يمكن إعادة استخدام الألواح وهيكل التثبيت بشكل عام.

س: هل نظام التيار المستمر النقي أكثر كفاءة في استخدام الطاقة من نظام التيار المتردد؟إنه يفقد طاقة أقل لأنه لا توجد خطوة انعكاس، ولكن فقط إذا كان الحمل عبارة عن جهاز DC بالفعل. إن شراء أجهزة التيار المباشر فقط لتوفير خسائر التحويل يكلف عادةً أكثر مما يوفره.

س: ما هو النوع الأفضل من حيث القيمة للمنزل؟إذا كانت الشبكة مستقرة وكان هناك شخص ما في المنزل يستخدم الطاقة أثناء النهار، فإن ربط الشبكة هو أفضل قيمة. إذا كانت الانقطاعات متكررة أو كانت الفجوة بين الأسعار في أوقات الذروة وخارج أوقات الذروة كبيرة، ففكر في استخدام نظام مختلط. يعتمد الاسترداد على أسعار الكهرباء المحلية وسياسات الحوافز واستخدامك الفعلي، لذا اطلب من فني تركيب محلي مؤهل الحصول على تقدير.