 |
| حساب حجم نظام الطاقة الشمسية المنزلي |
أهداف هذا المقال.
يهدف هذا المقال إلى تقديم طريقة مفصلة لتصميم نظام الطاقة الشمسية في المنزل، مع مراعاة العوامل الجغرافية واستهلاك الطاقة في المنزل. ومن خلاله سنستعرض معًا الخطوات الرئيسية التالية:
- حساب مجموع استهلاك الطاقة في المنزل.
- تحديد حجم النظام الشمسي بناءً على الاحتياجات اليومية من الطاقة.
- الاختيار بين النظام أحادي الطور أو ثلاثي الطور.
- التفاصيل التقنية لحساب المحول (الانفرتر) وبطاريات التخزين.
مقدمة عن الطاقة الشمسية.
تعتبر الطاقة الشمسية من بين مصادر الطاقة النظيفة والمتجددة، وتستخدم على نطاق واسع لإنتاج الطاقة الكهربائية باستخدام الألواح الشمسية. وسنستعرض من خلال هذا المقال الخطوات اللازمة لتصميم نظام الطاقة الشمسية يتناسب مع احتياجات منزلك من الطاقة الكهربائية، كما سنتعرف على كيفية تحديد حجم المكونات المختلفة وفقًا لاحتياجاتك من الطاقة، إضافة إلى كيفية اختيار المعدات المناسبة.
هذا المقال قد يهمك: كيفية تركيب الألواح الشمسية في المنزل
حساب تقدير استهلاك الطاقة المنزلية.
قبل الشروع في تصميم نظام شمسي فعّال، يجب أولًا معرفة أو بالأحرى حساب كمية الكهرباء التي يستهلكها المنزل يوميًا. حيث تتضمن هذه الخطوة تحليلا مفصلا لكل الأجهزة الكهربائية الموجودة في المنزل وتقدير استهلاكها السنوي واليومي.
حساب الاستهلاك السنوي.
لنفترض أن المنزل المراد حساب استهلاكه السنوي من الكهرباء يحتوي على أجهزة منزلية شائعة مختلفة وذات استهلاك سنوي كالتالي:
- الثلاجة: 500 كيلوواط ساعة في السنة.
- مكيف الهواء: 1200 كيلوواط ساعة في السنة.
- الإضاءة (LED): 150 كيلوواط ساعة في السنة.
- التلفزيون: 250 كيلوواط ساعة في السنة.
- الغسالة: 300 كيلوواط ساعة في السنة.
- أجهزة أخرى مختلفة (ميكروويف، إلخ): 1000 كيلوواط ساعة في السنة.
- إجمالي الاستهلاك السنوي = 500 + 1200 + 150 + 250 + 300 + 1000.
- وبالتالي فإن الاستهلاك السنوي هو 3400 كياوواط ساعة.
حساب الاستهلاك اليومي.
لتحويل الاستهلاك السنوي إلى يومي وذلك بتطبيق العملية التالية:
- الاستهلاك اليومي = الاستهلاك السنوي / عدد أيام السنة
- أي أن الاستهلاك اليومي = 3400 ÷ 365 ≈ 9.32 كيلوواط ساعة/يوم.
- وبالتالي، فإن استهلاك الطاقة اليومي لهذا المنزل يبلغ حوالي 9.32 كيلوواط ساعة/يوم.
تقييم الظروف المحلية: أشعة الشمس.
تختلف كفاءة نظام الطاقة الشمسية من منطقة جغرافية الى أخرى، حيث تعتمد على عدد ساعات الإشعاع الشمسي في المنطقة، والتي يتم قياسها بساعات سطوع الشمس الفعالة يوميًا. وفي المتوسط، يمكن أن تتراوح ساعات ضوء الشمس بين 5 و7 ساعات يوميًا. وفي هذا المثال، سنفترض أن المتوسط اليومي هو 5 ساعات من الشمس الفعّالة.
تحديد حجم تركيب الطاقة الشمسية.
حساب القدرة اللازمة.
يجب أولا القيام بحساب كمية الطاقة الكهربائية التي يجب على النظام الشمسي انتاجها كل يوم من أجل تغطية احتياجات الطاقة اليومية للمنزل. وللقيام بذلك، تحتاج إلى تطبيق الصيغة التالية:
- القدرة (كيلوواط) = الاستهلاك اليومي ÷ ساعات الشمس
- أي القدرة (كيلوواط) = 9.32 ÷ 5 ≈ 1.86 كيلوواط.
- وبالتالي، سيتعين على النظام توفير ما يقرب من 1.86 كيلو وات ساعة يوميًا.
اختيار الألواح الشمسية.
تختلف الألواح الشمسية عمومًا من حيث القدرة والحجم وقد تتراوح قدرتها ما بين 300 واط إلى 450 واط حسب المصنع. وفي هذا المثال، سنعتمد على ألواح ذات قدرة 350 واط أو 0.35 كيلوواط.
- عدد الألواح = القدرة المنتجة في الساعة / قدرة اللوح الشمسي
- أي أن عدد الألواح = 1.86 ÷ 0.35 ≈ 6 ألواح.
- وبالتالي فإن انتاج 9.32 كيلوواط من الطاقة يوميا، يستوجب تركيب 6 ألواح شمسية ذات قدرة 350واط.
المساحة اللازمة لتثبيت الألواح.
عادة ما يحتاج كل لوح شمسي بقوة 350 واط إلى تقريبا 2 متر مربع من المساحة. وبالتالي فإن إجمالي المساحة السطحية اللازمة لتثبيت الألواح الستة ستكون كالتالي:
- المساحة الإجمالية = عدد الألواح × مساحة كل لوح
- أي أن المساحة الإجمالية = 6 × 2 = 12 مترًا مربعًا.
- إذن لتثبيت هذا النظام ستحتاج إلى مساحة تبلغ حوالي 12 مترًا مربعًا.
اختيار النظام: أحادي الطور أو ثلاثي الطور؟
يختلف عادة نظام التغذية بالطاقة الكهربائية من منشأة الى أخرى، بحيث أن الاختيار بين نظام أحادي الطور أو نظام ثلاثي الطور يعتمد أساسا على مكونات التركيب الكهربائي وعلى كمية الطاقة المستهلكة وبالتالي فأن:
- النظام أحادي الطور: مناسب للمنشئات ذات الاستهلاك المعتدل كالمنازل الصغيرة أو المتوسطة الحجم.
- النظام ثلاثي الطور: يُستخدم عادة لتغذية المنازل ذات الاستهلاك العالي من الطاقة وخاصة التي تستخدم الأجهزة المنزلية ذات الاستهلاك الكبير كالمكيفات وسخانات الماء والمضخات الى غير ذلك من الأجهزة.
حساب العاكس (الانفرتر) والبطاريات.
العاكس (الانفرتر).
يعتبر العاكس (الانفرتر) من المكونات الأساسية في أي تركيب نظام الطاقة الشمسية، فهو العنصر المسؤول عن تحويل التيار المستمر (DC) الذي تنتجه الألواح الكهروضوئية إلى تيار متناوب (AC) قابل للاستخدام في المنزل.
ملاحظة: يجب أن تكون سعة العاكس (الانفرتر) مساوية أو أكبر من إجمالي قدرة الألواح.
وفي حالتنا، بالنسبة لـ 6 لوحات بقدرة 350 وات، فإن الطاقة الإجمالية هي:
- الطاقة الإجمالية = عدد الألواح × قدرة لوح الشمسي
- الطاقة الإجمالية = 6 × 350 واط = 2100 واط = 2.1 كيلوواط.
- وبالتالي فإن العاكس (الانفرتر) يجب أن يكون قادرًا على دعم الحد الأدنى من الطاقة والبالغ 2.1 كيلو وات.
بطاريات التخزين.
إذا كان من الضروري تخزين الطاقة المنتجة أو الفائضة عن الاستهلاك واستخدامها ليلا، فإنه لابد من تركيب نظام من البطاريات المخصصة. يتم حساب سعتها بناءً على استهلاك الطاقة اليومي وعدد أيام الاستقلالية المطلوبة.
مثال إذا أردنا تخزين استهلاك يومين، فإن السعة اللازمة ستكون:- سعة البطاريات = الاستهلاك اليومي × عدد الأيام
- أي أن سعة البطاريات = 9.32 × 2 = 18.64 كيلوواط ساعة.
- وبالتالي، فإن سعة البطاريات اللازمة تقدر ب 18.64 كيلوواط ساعة لمدة يومين من الاستقلالية.
الخلاصة.
يعتمد تحديد حجم تركيب الطاقة الشمسية المنزلية على عدة عوامل أساسية، أهمها استهلاك الطاقة، وساعات السطوع الشمسي إضافة الى الاختيار بين نظام أحادي الطور أو ثلاثي الطور. وفي مثال هذا المقال، حيث افترضنا استهلاكا قدره 9.32 كيلوواط ساعة/يوم، وجدنا أنه من الضروري تركيب 6 لوحات شمسية ذات قدرة 350 واط. كما سنحتاج الى العاكس بسعة 2.1 كيلو وات، ولتخزين الفائض ستكون هناك حاجة إلى بطاريات بسعة 18.64 كيلو وات في الساعة لمدة يومين من الاستقلالية.
الأسئلة الشائعة (FAQ).
- هل يمكن تشغيل مكيف الهواء بالطاقة الشمسية؟
- ما العمر الافتراضي للألواح الشمسية؟
- كيف أحسب ساعات الشمس في منطقتي؟