يتجه العالم نحو استخدام مصادر الطاقة المتجددة بشكل أكبر وبشكل خاص الطَّاقة الشَّمسية والرِّيحية، وعلينا نحن مواكبة هذا التطور وتقديم المعلومات الهامة والمفيدة في هذا المجال.
لِمعرفة مبادئ تصميم نظام كهربائي منزلي مستقل عن الشَّبكة الكهربائية، ندعوكم لأخذ ورقة وقلم والقيام ببعض الحسابات معنا في هذا المقال:

لم تعُد الطَّاقة الشَّمسية حِكراً على المشاريع البحثية أو المحطات الفضائية بعد الآن، حيث أصبحت الألواح الكهروضوئية "Photovoltaic panels" شائعة جداً، فانتشرت على أسطح المنازل، الشَّركات والمنشآت للتزود بالطاقة الكهربائية.
إنَّ تركيب الألواح الكهروضوئية التي تعمل على تحويل الطاقة الضوئية إلى كهربائية، سوف يجنبنا التَّقنين الكهربائي بالإضافة إلى تحقيق الحفاظ على البيئة والاستدامة.

تجدر الإشارة في البدء أنَّه من الممكن أن يكون النظام الكهروضوئي مستقلاً عن الشَّبكة الكهربائية وبذلك يكون الاعتماد على الطاقة المأخوذة من الألواح في تغذية المنزل بشكل كامل، ويمكن أن يكون نظاماً مرتبطاً مع الشَّبكة حيث يستخدم النظام الكهروضوئي بشكل جزئي أو عند انقطاع التيار الكهربائي.
في مقال اليوم، سنتحدث عن النظام المستقل وكيفية حساب الأحمال المستخدمة وكيفية اختيار الألواح (الطريقة المستخدمة هنا هي طريقة تقريبية مبسطة وهي ليست للمختصين).

للقيام بالاستقلال عن الشبكة الكهربائية يجب طرح 3 اسئلة هامة وعلينا الإجابة عليها بدقة ما أمكن ...

السؤال الأول: كم تستهلك من الطاقة الكهربائية سنوياً؟

السؤال الثاني: ما هو المتوسط السنوي التي تتعرض له منطقتك الجغرافية من أشعة الشمس؟

والسؤال الأخير: تحديد كفاءة الخلايا الكهروضوئية المستخدمة.

تعمل أغلب الأجهزة المنزلية على التيار المتناوب AC، بينما تعطي الألواح تياراً مستمراً DC، لذا عند استخدام الألواح الشمسية نحن أمام أمرين:
_ استخدام حمولات DC (تجهيزات تستخدم التيار المستمر) فقط من أجل تجنب ضياعات المعرجات (أجهزة تحويل التيار المستمر إلى متناوب).
_ استخدام حمولات متناوبة AC (تجهيزات تستخدم التيار المتناوب) فقط، وذلك نظراً لتوفرها بالسوق بشكل كبير.
سنناقش الحالتين معاً.

أولاً: كم نستهلك من الطاقة الكهربائية سنوياً؟
تقدر الطَّاقة الكهربائية بواحدة الكيلوواط ساعي KWh والتي هي حاصل جداء الاستطاعة بالزمن
E=P*t KWh=KW*h
قبل البدء بعملية تصميم النظام الكهروضوئي لابدَّ من تقدير الحمولة الكهربائية، ويتم ذلك من خلال معرفة استطاعة كل حمولة والطاقة التي تستهلكها خلال زمن التشغيل مع الأخذ بعين الاعتبار بأنَّ استهلاك الطاقة يختلف أحياناً في الجهاز الواحد، فالمضخم يحتاج إلى استطاعة أكبر عندما نرفع الصوت، كما أنَّ بعض الأجهزة كالبرادات والغسالات تستخدم مقادير مختلفة من الاستطاعة خلال مراحل مختلفة من دورة تشغيلها، وهناك أجهزة تستهلك طاقة في حالة الانتظار (standby) كالتلفاز.


Image: Syrian Researchers

لإيجاد الطاقة المستهلكة من قبل بعض الأجهزة يكفي أن نحسب جداء الاستطاعة بزمن الاستهلاك اليومي, ولأجل الأجهزة الالكترونية الاستهلاكية يبين الجدول السابق استطاعة الجهاز أثناء التشغيل واستطاعته أثناء الانتظار وكلتاهما يجب أن تؤخذا بالحسبان لدى حساب طاقة الاستهلاك .
فمثلاً, نلاحظ من استهلاك مجموعة تلفاز 19 إنش يعمل 3 ساعة\يوم وموصول إلى الرسيفر أنها تستهلك 689 واط ساعي خلال اليوم, منها فقط 255 واط ساعي أثناء العمل الفعلي أي حوالي 36,5% وما تبقى تستهلكه المجموعة أثناء الانتظار! لذا ينصح بفصل المجموعة يدوياً من المنبع بفترة عدم الاستخدام.
كما ذكرنا سابقاً، فإن الألواح الكهروضوئية تعطي تياراً مستمراً، لذا فنحن بحاجة لمعرج للتحويل إلى تيار متناوب.
فلنحسب الطلب اليومي على الطاقة لمنزل يحتوي على تجهيزات متناوبة فقط وهي:
براد 19 قدم مكعب
6 لمبات فلورسنت 30 واط لزمن 5 ساعة\يوم
تلفزيون 19 إنش يعمل 3 ساعة\يوم
مضخة تضخ الماء من بئر عمقه 100 قدم وتعطي 120 جالون\يوم.


Image: Syrian Researchers

إذاً نحن بحاجة إلى (3109 Wh/day) من دون استخدام المعرج, وبالأخذ بعين الاعتبار ضياعات المعرج الذي يقدر مردوده ب 85%, تكون كمية الطاقة المطلوبة :
3109/0.85=3658 Wh/day
أما عند استخدام خليط بين أجهزة التيار المتناوب و التيار المستمر, على سبيل المثال سنستخدم براد يعمل على التيار المستمر ويستهلك 800 Wh/day , وبهذا سنوفر 15% من الطاقة ويتبعها تخفيض 15% في حجم وكلفة الخلايا و البطاريات فنحتاج إلى معرج أصغر وأقل كلفة لأنَّ الحمل المتناوب أصغر.
( قبل إجراء التصميم يتم القيام بدراسة اقتصادية لمقارنة أسعار الأجهزة ذات التيار المستمر و المتناوب و اختيار النوع الأنسب).
ونلخص ما ذكرناه بالمخطط التالي:


Image: Syrian Researchers


Image: Syrian Researchers

تابعوا معنا التتمة في الجزء الثاني
المصادر في نهاية الجزء الثاني