سيوفر نظام الطاقة الشمسية المصمم بشكل جيد بقدرة 5 كيلوواط خارج الشبكة الطاقة بشكل موثوق لأحمال متوسطة مثل مجموعة من مصابيح الشوارع العاملة بالطاقة الشمسية LED، أو الأحمال المنزلية لكابينة صغيرة، أو حمولة إضاءة وخدمة مختلطة عند إقرانها مع بنك بطارية وعاكس بحجم مناسب. للتشغيل المستقل المستمر خلال أيام التشميس المنخفضة، خطط لسعة بطارية قابلة للاستخدام تتراوح بين 10 و30 كيلوواط في الساعة، وعاكس 48 فولت أعلى بقليل من الطاقة المستمرة المقدرة ب 5 كيلوواط مع قدرة كافية على زيادة الطاقة، و12-16 وحدة كهروضوئية عالية الكفاءة في فئة 400-500 واط، اعتمادًا على ضوء الشمس المحلي. ويوازن هذا التكوين بين التكلفة الرأسمالية وقابلية التوسعة وبساطة التشغيل، ويعمل بشكل جيد عند دمجه مع تركيبات مصابيح LED للشوارع من SunplusPro التي تدعم اقتران التيار المستمر أو خرج التيار المتردد حسب اختيار التركيب.
1. ما هو نظام الطاقة الشمسية خارج الشبكة بقدرة 5 كيلوواط؟
إن نظام الطاقة الشمسية خارج الشبكة بقدرة 5 كيلوواط هو نظام طاقة مستقل بحجم 5,000 واط تقريبًا من التحويل الفوري من التيار المستمر إلى التيار المتردد من العاكس للأحمال في الموقع دون الاتصال بالمرافق العامة. تشتمل الأنظمة خارج الشبكة على مكونات تخزين الطاقة والتحكم التي تتيح التشغيل أثناء الليل وخلال فترات انخفاض أشعة الشمس. وهي تختلف عن الأنظمة المرتبطة بالشبكة في أنها يجب أن تخزن ما يكفي من الطاقة لأيام الاستقلالية المقصودة وعادة ما تتضمن مولد احتياطي أو استراتيجية لإدارة الأحمال لفترات غيوم طويلة.
2. المكونات الرئيسية والأدوار الوظيفية
يحتوي النظام الموثوق به خارج الشبكة على هذه المجموعات الوظيفية:
-
وحدات الطاقة الشمسية (المصفوفة الكهروضوئية) التي تحول ضوء الشمس إلى كهرباء تيار مستمر
-
وحدة التحكم في الشحن بالطاقة الشمسية أو العاكس الهجين الذي يدير المدخلات الكهروضوئية وشحن البطارية
-
بنك بطاريات لتخزين الطاقة لتزويد الأحمال في الليل أو في الشمس المنخفضة
-
عاكس خارج الشبكة ينتج تياراً متردداً من خارج الشبكة إذا كانت الأحمال تحتاج إلى طاقة تيار متردد
-
أجهزة التركيب، والأسلاك، والصمامات والحماية من زيادة التيار الكهربائي لضمان السلامة وطول العمر
-
المراقبة والقياس والتحكم من أجل رؤية النظام وإدارة الأحمال
مجموعة المكونات هذه قياسية عبر البائعين وأنواع التركيبات.
3. تحديد حجم المصفوفة الكهروضوئية والطاقة اليومية المتوقعة وعدد الألواح
يبدأ التصميم من الطلب على الطاقة. بالنسبة لنظام بحجم عاكس 5 كيلوواط، عادةً ما يتم تحديد أبعاد المصفوفة الكهروضوئية التي تغذيه لإنتاج طاقة كافية على مدار يوم عادي وشحن بنك البطاريات في ساعات ضوء الشمس المعقولة.
مخرجات تقريبية نموذجية لمصفوفة بقدرة 5 كيلوواط في العديد من المناطق:
-
التصنيف الكهروضوئي الاسمي: 5,000 واط تيار مستمر
-
طريقة ساعات الذروة الشمسية: الطاقة اليومية = معدل الطاقة الكهروضوئية × ساعات الذروة الشمسية
-
مثال: مع وجود 4 ساعات ذروة شمسية يمكن أن تنتج المصفوفة ما يقرب من 20 كيلوواط/ساعة في اليوم
يختلف إنتاج الطاقة الشمسية حسب خط العرض والموسم واتجاه الوحدة. تستخدم العديد من مراجع التصميمات العملية 12-15 لوحة حديثة في فئة 400-450 واط للوصول إلى حجم المصفوفة الاسمي 5 كيلوواط مع وجود مجال لعدم التطابق والتوسع المستقبلي. يجب تطبيق الإنتاجية الواقعية والخسائر المحلية (درجة الحرارة، والتلوث، والتظليل، والأسلاك) عند وضع اللوحات في صيغتها النهائية.
جدول مرجعي سريع للمصفوفة الكهروضوئية (الألواح الحديثة النموذجية)
| القوة الكهربائية للوحة | ألواح لحوالي 5 كيلوواط تيار مستمر | الناتج اليومي المقدر (4 ساعات ذروة الشمس في الذروة) |
|---|---|---|
| 350 W | 15 لوحة | 17.5 كيلوواط/ساعة |
| 400 W | 13 لوحة | 20.8 كيلوواط/ساعة |
| 450 W | 12 لوحة | 21.6 كيلوواط/ساعة |
| 500 W | 10 لوحات | 20.0 كيلوواط/ساعة |
ملاحظات: استخدم تصنيفات STC الخاصة بالشركة المصنعة لتحديد حجم اللوحة، ثم قم بتطبيق عامل الاستبعاد 0.75-0.85 للخسائر في العالم الحقيقي عند حساب وقت شحن البطارية.
4. تحديد حجم بنك البطاريات والكيماويات والسعة القابلة للاستخدام
إن تحديد حجم البطارية هو قرار التصميم الأكثر تأثيراً في أنظمة خارج الشبكة. هناك مفاضلة بين أيام الاستقلالية وعمق التفريغ والتكلفة الرأسمالية. يعتمد التوجيه النموذجي لنظام بقدرة 5 كيلوواط على الغرض من المشروع:
-
النسخ الاحتياطي فقط للإضاءة المسائية والجولات القصيرة: بنك البطاريات الاسمي 10 كيلوواط/ساعة (حوالي 5-7 كيلوواط/ساعة قابلة للاستخدام حسب الكيمياء وDOD)
-
خارج الشبكة جزئيًا مع نقل بعض الأحمال النهارية إلى البطارية: 15-20 كيلوواط/ساعة اسميًا (10-16 كيلوواط/ساعة قابلة للاستخدام)
-
نهار كامل + ليل كامل خارج الشبكة لأحمال منزلية معتدلة: 25-30 كيلوواط/ساعة اسمية (20 كيلوواط/ساعة قابلة للاستخدام أو أكثر)
غالبًا ما يخطط التصميم المحافظ للشهر الأقل تعرضًا لأشعة الشمس لضمان الموثوقية. تشمل خيارات نوع البطارية فوسفات حديد الليثيوم (LiFePO4) لعمر دورة طويل وعمق جيد قابل للاستخدام، وحمض الرصاص المغمور أو AGM لتكلفة أمامية أقل ولكن صيانة أعلى وعمق أقل قابلية للاستخدام. تُستخدم الآلات الحاسبة العملية لتحديد حجم بنك البطاريات والطرق المتدرجة على نطاق واسع من قبل المصممين لتحويل الطلب اليومي من الواط/ساعة إلى أمبير/ساعة عند جهد النظام المختار.
جدول ملخص كيمياء البطارية
| الكيمياء | عمق التفريغ النموذجي القابل للاستخدام | عمر الدورة (تقريباً) | الإيجابيات | السلبيات |
|---|---|---|---|---|
| LiFePO4 | 80-90% | 2000-5000 دورة | طاقة عالية قابلة للاستخدام، مدمجة ومنخفضة الصيانة | تكلفة رأسمالية أعلى لكل كيلوواط/ساعة |
| LFP (ليثيوم آخر) | 70-90% | 1500-4000 دورة | كثافة طاقة عالية | يتطلب نظام إدارة المباني والعناية الحرارية |
| حمض الرصاص المغمور | 30-50% | 300-800 دورة | تكلفة مقدمة أقل | تحتاج إلى صيانة وتهوية |
| حمض الرصاص الهلامي/حمض الرصاص الهلامي | 40-60% | 400-1000 دورة | مختومة ومنخفضة الصيانة | سعة أقل قابلة للاستخدام، نطاق درجة حرارة محدود |
نصيحة عملية: استخدام جهد نظام 48 فولت يقلل من تيار الشحن وخسائر الكابلات لعاكس 5 كيلوواط ويبسط التوسعة المتوازية.
5. اختيار العاكس: التصنيف المستمر والقدرة على الارتفاع المفاجئ
يجب أن يفي العاكس بتصنيف الحمل المستمر بالإضافة إلى احتياجات الزيادة المفاجئة من المحركات والتدفق الداخلي من نمط CFL. بالنسبة لمشروع إسمي بقدرة 5 كيلوواط، اختر عاكسًا مصنّفًا أعلى بقليل من 5000 واط مستمر لتوفير مساحة للرأس وتجنب الاختناق تحت الحمل الحقيقي. تحقق من تصنيف ذروة زيادة التيار للعاكس للأحمال مثل المضخات أو محركات LED التي لديها زيادات صغيرة في بدء التشغيل.
تظهر طوبولوجيتان في المشاريع خارج الشبكة:
-
عاكس بموجة جيبية نقية خارج الشبكة مدمج مع وظيفة الشاحن العاكس لشحن البطارية من المولد وتجاوز التيار المتردد
-
العاكس الهجين (متعدد الأوضاع) الذي يقبل المدخلات الكهروضوئية ويدير البطارية وأحمال التيار المتردد بشكل مركزي
عند الاختيار، تأكد من توافق جهد البطارية وسعة الشاحن الحالية ودعم MPPT وإمكانية التوسعة المتوازية ودعم الشركة المصنعة. تنشر الشركات المصنعة المكونات الموصى بها ومخططات الأسلاك.
6. توازن النظام والسلامة
يتضمن توازن النظام وحدات التحكم في الشحن MPPT إذا تم استخدام وحدة تحكم منفصلة، والصمامات، والقواطع، وصناديق التجميع، وفواصل التيار المستمر، ولوحة توزيع التيار المتردد، وموانع زيادة التيار وأجهزة المراقبة. التحجيم المناسب للكابل والحماية الحرارية إلزامي. يجب أن يعكس التأريض والحماية من الصواعق القوانين المحلية. بالنسبة لتركيبات مصابيح إنارة الشوارع بمصابيح LED، يجب تضمين توزيع الإضاءة المخصص وأجهزة التحكم في الخلايا الضوئية بحيث تتم إدارة المصابيح بشكل مستقل عن الأحمال العامة.
7. عينة من مواصفات النظام وثلاثة تكوينات واقعية
فيما يلي ثلاثة نماذج تكوينات تستهدف أهداف المشروع المشتركة. هذه هي نقاط البداية للهندسة التفصيلية.
جدول عينة من الأنظمة
| حالة الاستخدام | المصفوفة الكهروضوئية | بنك البطارية الاسمي | العاكس | الطاقة اليومية المقدرة القابلة للاستخدام اليومي |
|---|---|---|---|---|
| مجموعة إضاءة الشوارع العنقودية، 20 × 100 واط LED (ليلاً فقط) | 5 كيلوواط (12 × 420 واط) | 10 كيلوواط/ساعة LiFePO4 | 5.5 كيلوواط جيبية نقية | ~حوالي 15-18 كيلوواط/ساعة |
| مقصورة صغيرة مزودة بأجهزة وإضاءة | 5 كيلوواط (13 × 400 واط) | 20 كيلوواط/ساعة LiFePO4 | عاكس هجين بقدرة 6 كيلوواط | ~حوالي 18-22 كيلوواط/ساعة |
| منزل متوسط خارج الشبكة مزود بأجهزة كهربائية وأجهزة تدفئة وتكييف هواء (HVAC) | 6 كيلوواط (15 × 400 واط × 15 × 400 واط) | 30 كيلوواط/ساعة LiFePO4 | عاكس هجين بقدرة 8 كيلوواط | ~حوالي 25-30 كيلوواط/ساعة |
يجب على المصممين تحديد الحجم بما يتناسب مع أسوأ تشميس في الشهر، وتضمين مولد احتياطي للمولدات إذا كانت الأحمال غير المنقطعة التي توفر الراحة الكاملة مطلوبة.
8. توزيع التكاليف واعتبارات عائد الاستثمار البسيط
تختلف تكلفة النظام حسب المنطقة والعلامة التجارية للمكونات والشحن وتعقيد التركيب. تُظهر استطلاعات السوق الأخيرة أن النظام السكني أو التجاري الصغير بقدرة 5 كيلوواط قبل الحوافز يهبط عادةً في نطاق 5 كيلوواط. لوضع الميزانية استخدم هذه المراجع الموحدة
يتراوح النطاق النموذجي لتكلفة النظام المركب بقدرة 5 كيلوواط في سوق الولايات المتحدة بين 1 تيرابايت و1 تيرابايت و1 تيرابايت و1 تيرابايت و1 تيرابايت و1 تيرابايت و1 تيرابايت و20 تيرابايت قبل الحوافز، مع وصول الأنظمة المدمجة بالبطاريات إلى أعلى من ذلك.
جدول أمثلة التكلفة (إرشادي)
| البند | تقدير منخفض | تقدير متوسط | تقدير مرتفع |
|---|---|---|---|
| الوحدات الكهروضوئية (5 كيلوواط) | $1,200 | $2,000 | $3,000 |
| العاكس ووحدة التحكم في الشحن | $800 | $2,000 | $4,000 |
| بنك البطاريات (10-30 كيلوواط/ساعة) | $2,000 | $8,000 | $15,000 |
| التركيب والتركيب والتوصيل والتوصيل | $500 | $1,500 | $3,000 |
| التركيب والتشغيل | $1,500 | $3,000 | $5,000 |
| الإجمالي | $6,000 | $16,500 | $30,000 |
يعتمد العائد على الاستثمار على تكلفة الوقود أو الشبكة المتجنبة والحوافز والعمر المتوقع والصيانة. وبالنسبة لمشاريع إنارة الشوارع، غالبًا ما يتحسن العائد بسبب العمر الافتراضي الطويل لمصابيح مصابيح الدايود المبتعث للضوء، والحد الأدنى من الصيانة مع المصفوفات الكهروضوئية المدمجة، وتجنب تكاليف حفر الخنادق لتمديد الشبكة.
9. ملاحظات تصميمية لمشاريع إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية LED
عندما يكون الحمل الأساسي هو مصابيح الشوارع LED، يمكن تحسين تصميم النظام لتلبية الطلب الليلي وغالبًا ما لا تكون هناك حاجة إلى استقلالية طويلة إذا كانت المصابيح تعمل على جداول الخلايا الضوئية.
الاعتبارات الرئيسية:
-
الطاقة الليلية لكل وحدة إضاءة = طاقة LED المقدرة × ساعات التشغيل. مثال: 100 واط LED لمدة 10 ساعات تستخدم 1.0 كيلو واط ساعة/ليلة.
-
إن تجميع أضواء الشوارع في دوائر إضاءة بمفاتيح وخلايا ضوئية مخصصة يقلل من استنزاف البطارية أثناء نوافذ الصيانة.
-
لتشغيل التيار المستمر المباشر لمصابيح LED، تقبل بعض مشغلات مصابيح LED التغذية بالتيار المستمر من البطارية من خلال MPPT ذات الحجم المناسب. بالنسبة لمشغلات التيار المتردد، اختر عاكسًا ذا نسبة منخفضة من THD لتجنب مشاكل المشغلات. تأكد من توافق مشغلات الصمام الثنائي الباعث للضوء SunplusPro مع اقتران التيار المستمر أو خرج التيار المتردد.
ملاحظة تصميمية: يمكن لمصفوفة كهروضوئية بقدرة 5 كيلوواط مقترنة ببنك بطارية بقدرة 10 كيلوواط/ساعة تشغيل العديد من تركيبات مصابيح LED في الشوارع بشكل مريح أثناء الليل حيث تكون الطاقة اليومية لكل تركيب متواضعة.
10. قائمة مراجعة التركيب والتصاريح وتخطيط الموقع
-
مسح موارد الطاقة الشمسية في الموقع وتحليل التظليل
-
التقييم الهيكلي لتركيب اللوحة (سقف أو أرضي)
-
مراجعة متطلبات التصاريح والفحص الكهربائي المحلي
-
تهوية غرفة البطارية أو ضميمة البطارية والامتثال لكود الحريق
-
خطة التأريض والحماية من الصواعق
-
مسارات الكابلات وصناديق التجميع وخطة التسمية
-
إعداد التكليف والمراقبة للتنبيهات عن بُعد
11. نصائح حول التشغيل والصيانة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها
-
راقب حالة شحن البطارية وسجلات أحداث العاكس أسبوعيًا خلال الأشهر الأولى
-
تنظيف الوحدات الكهروضوئية موسميًا في حالة وجود الغبار أو حبوب اللقاح
-
استبدل عناصر بطارية حمض الرصاص حسب جدول الشركة المصنعة؛ خطط لاستبدال بطاريات LiFePO4 ذات الدورة الأطول في نهاية عمرها الافتراضي
-
بالنسبة لدوائر الإضاءة، تحقق من تشغيل الخلية الضوئية والبرامج الثابتة لجداول التعتيم
12. قائمة المشتريات المرجعية للمهندسين والمشترين
-
تأكد من إجمالي الحمل اليومي بالكيلوواط/ساعة وذروة الطاقة اللحظية المطلوبة
-
اختر جهد النظام 48 فولت المفضل للتركيبات متوسطة الحجم
-
اختر عاكسًا بتصنيف مستمر ≥ الحمل المطلوب وتصنيف زيادة التيار للمحركات
-
حدد كيمياء البطارية وسعتها القابلة للاستخدام مع شروط ضمان واضحة
-
طلب أوراق البيانات الخاصة بمشغلات مصابيح LED لمصابيح الشوارع التي تؤكد توافقها مع التيار المستمر أو التيار المتردد
-
تأكيد خيارات نظام إدارة المباني والمراقبة مع القياس عن بُعد
-
اطلب الرسومات الميكانيكية لأجهزة التركيب وتقييمات الرياح/الثلوج
-
الحصول على مخطط كهربائي لخط واحد وخطة اختبار التشغيل في العطاء
13. ثمانية أسئلة متكررة
1. ما هو حجم البطارية التي أحتاجها لنظام خارج الشبكة بقدرة 5 كيلوواط لتشغيل مصابيح الشوارع LED؟
يعتمد تحديد حجم البطارية على وقت التشغيل الليلي وعدد التركيبات. ولتحديد الحجم التقريبي قم بتحويل إجمالي ساعات الواط الليلي إلى كيلوواط/ساعة ثم أضف احتياطيًا للغطاء السحابي. بالنسبة للإضاءة الاحتياطية البسيطة فقط، غالبًا ما تكفي 10-15 كيلوواط/ساعة اسمية مع كيمياء LiFePO4. لخطة استقلالية أطول 20-30 كيلوواط ساعة. استخدم الآلات الحاسبة للبطاريات التي تطبق عمق التفريغ وجهد النظام للتحويل إلى أمبير/ساعة.
2. هل يمكنني تشغيل نظام خارج الشبكة بقدرة 5 كيلوواط باستخدام بطارية 24 فولت؟
ممكن من الناحية الفنية، لكن تيارات النظام الأعلى عند 24 فولت تزيد من أحجام الموصلات والخسائر. بالنسبة للأحمال المستمرة بقدرة 5 كيلوواط، يقلل نظام البطارية بجهد 48 فولت من تيارات التيار المستمر وهو المفضل في الصناعة.
3. هل يجب استخدام عاكس-شاحن هجين أو عاكس منفصل ووحدة تحكم بالشحن؟
تعمل العاكسات الهجينة على تقليل تعقيد الأسلاك وغالبًا ما تشتمل على إمكانية الشحن MPPT بالإضافة إلى مدخلات مولد التيار المتردد. يمكن أن تسمح وحدات التحكم في الشحن المنفصلة للعاكس ووحدات التحكم في الشحن MPPT بإجراء ترقيات معيارية. اختر على أساس قابلية التوسعة ودعم البائع وإمكانية الخدمة.
4. كم عدد الألواح التي أحتاجها لنظام 5 كيلوواط؟
مع الألواح الحديثة بقدرة 400 واط، ينتج حوالي 12-13 لوحًا ما بين 4.8 و5.2 كيلوواط اسميًا. اضبط عدد الألواح بالزيادة لتغطية خسائر النظام وتلبية وقت شحن البطارية المطلوب.
5. ما هي الصيانة التي تتطلبها بطاريات LiFePO4؟
الحد الأدنى من الصيانة. راقب حالة الشحن، وتجنب الشحن الزائد المستمر، وتأكد من وظائف نظام إدارة المباني. يوصى بإجراء تحديثات دورية للبرامج الثابتة وفحوصات الإدارة الحرارية.
6. كيف يؤثر التظليل على حجم النظام؟
حتى التظليل الجزئي على السلسلة الكهروضوئية يقلل من الناتج بشكل كبير إذا كانت الوحدات متسلسلة. استخدم تخطيطات السلسلة أو المحولات الصغيرة أو المحسّنات إذا كان التظليل أمرًا لا مفر منه.
7. هل هناك حاجة إلى مولد مع نظام شمسي خارج الشبكة بقدرة 5 كيلوواط؟
بالنسبة للفترات الطويلة من سوء الأحوال الجوية أو الأحمال الثقيلة، من الحكمة تضمين مولد احتياطي قادر على شحن البطاريات وتحمل الأحمال القصوى. يعتمد تحديد حجم المولد على سعة شحن العاكس وحجم بنك البطاريات.
8. كيف أختار مصباح الشارع LED المطابق لنظام الطاقة الشمسية الخاص بي؟
قم بمطابقة متوسط الطاقة الليلية للتركيبات مع سعة البطارية وإنتاج الطاقة الشمسية المتوقع. فضّل التركيبات ذات جداول التعتيم وخسائر منخفضة في وضع الاستعداد ومحركات الإضاءة المصنفة لجهد النظام أو المتوافقة مع خرج العاكس. تقدم لك SunplusPro ملفات تعريف التعتيم المخصصة ووحدات التحكم الكهروضوئية المدمجة لمشاريع إضاءة الشوارع لتحسين الاستقلالية والعمر الافتراضي.