بعد فهم الاحتياجات الأساسية للعملاء، أولا تحديد اختيار المعدات الرائدة في النظام ثم تأكيد مخطط النظام. أنظمة الطاقة الشمسية خارج الشبكة تتطلب متطلبات صارمة، ويعتمد المستخدمون بشكل كبير على الطلب على الكهرباء. لذلك، يجب اعتبار موثوقية النظام أولا في التصميم. ثم يجب تقديم حلول مختلفة وفقا لاحتياجات العملاء المتنوعة، على أساس تلبية احتياجات العملاء، وزيادة توليد الطاقة، وتقليل تكاليف النظام.
حلول أنظمة صغيرة منخفضة التكلفة خارج الشبكة
نظام صغير خارج الشبكة، والمستخدمين الرئيسيون هم من المناطق الفقيرة التي لا تحتوي على الكهرباء، والمناطق الجبلية النائية، والرعاة والسياح، وذلك بشكل رئيسي لتلبية احتياجات الإضاءة وشحن الهواتف المحمولة وغيرها؛ النظام يستهلك أقل من 5 درجات من الكهرباء يوميا، وقدرة الحمل أقل من 1 كيلوواط؛ المستخدمون: الطلب على الكهرباء ليس عاجلا جدا، والحاجة إلى المنتجات موثوقة ومباشرة، والسعر منخفض. لذلك، ينصح باستخدام وحدة تحكم PWM وعاكس لتصحيح الموجة ودمج وحدة التحكم والعاكس والبطارية. تتميز هذه الطريقة بهيكل بسيط، وكفاءة عالية، وتوصيلات ملائمة، وسعر منخفض. بالإضافة إلى ذلك، يمكنه تشغيل المصابيح، وأجهزة التلفاز الصغيرة، ولا توجد مشكلة في المروحة.
حلول الأنظمة العملية الصغيرة والمتوسطة خارج الشبكة
المستخدمون الرئيسيون لأنظمة الشبكة الصغيرة والمتوسطة الحجم يأتون من مناطق ذات عجز في الطاقة نسبيا، مثل الرعاة، وسكان الجزر، وقوارب الصيد المتوسطة الحجم، والمناطق الخلابة النائية نسبيا، وبعض محطات الاتصال والمراقبة. وهي تلبي بشكل رئيسي الاحتياجات الأساسية للحياة مثل الإضاءة، أجهزة التلفاز، المراوح، ومكيفات الهواء؛ استهلاك الكهرباء اليومي للنظام أقل من 50 كيلوواط ساعة، وإجمالي القدرة على الحمل أقل من 20 كيلوواط؛ لدى المستخدمين احتياجات محددة لاستهلاك الكهرباء، واحتياجاتهم على المنتجات عملية وموثوقة، ورخيصة.
(1) إذا كان لدى المستخدم أحمال حثية قليلة، ينصح باستخدام وحدة تحكم MPPT بالإضافة إلى عاكس العزل عالي التردد، وهو خفيف الوزن ورخيص؛ إذا كان لدى المستخدم العديد من الأحمال الحثية، ينصح باستخدام وحدة تحكم MPPT لمعالجة عاكس عزل التردد. الحل موثوق في استهلاك الكهرباء ويمكن أن يحمل أحمال صدمة.
(2) إذا كانت طاقة الحمل لدى المستخدم صغيرة نسبيا، لكن وقت استهلاك الكهرباء طويل جدا، ينصح باختيار نظام تقسيم وحدة التحكم والعاكس، يمكنك اختيار وحدة تحكم أكثر أهمية وعاكس أصغر لزيادة توليد الطاقة، تقليل تكلفة النظام؛ إذا كانت طاقة الحمل لدى المستخدم كبيرة نسبيا، لكن وقت استهلاك الكهرباء ليس طويلا، ينصح باختيار الحل المدمج بين وحدة التحكم والعاكس، ويكون توصيل النظام بسيطا.
حلول أنظمة موثوقة خارج الشبكة على نطاق متوسط وكبير
تستخدم الأنظمة المتوسطة والكبيرة خارج الشبكة بشكل رئيسي في المناطق الصناعية والتجارية، والمناطق ذات المناظر الخلابة، وغيرها من المناسبات التي لا يمكن فيها توصيل انقطاعات الكهرباء المتكررة، وارتفاع أسعار الكهرباء، والفروق الكبيرة في الأسعار من الذروة إلى الوديان، والطاقة الكهروضوئية بالإنترنت. الرئيسية؛ طاقة الحمل في النظام تزيد عن 20 كيلوواط وأقل من 250 كيلوواط، واستهلاك الكهرباء اليومي أقل من 500 كيلوواط ساعة. هناك حلول متنوعة للأنظمة الصغيرة والمتوسطة خارج الشبكة.
بالنسبة للأنظمة التي تزيد عن 20 كيلوواط وأقل من 60 كيلوواط، يمكنك اختيار نظام توصيل عدة عاكس صغيرة أحادية الطور خارج الشبكة بالتوازي. هذا النظام أكثر تعقيدا في الأسلاك والتصحيح، لكن السعر منخفض نسبيا، والمرونة عالية. علاوة على ذلك، هناك عطل في العاكس؛ يمكن للنظام أن يستمر في العمل. يمكنك أيضا اختيار نظام تقسيم وحدة التحكم والعاكس ونظام التحكم والعاكس المتكامل، باستخدام عاكس واحد متوسط وكبير؛ أسلاك النظام بسيطة، والتصحيح مريح، ويمكن تشكيل نظام مزود طاقة هجين مع مجموعة مولدات الوقود. مقارنة بالطاقة الكهروضوئية النقية خارج الشبكة، يمكن أن توفر الكثير من البطاريات المكلفة، كما أن تكلفة توليد الطاقة الإجمالية منخفضة. بالنسبة للأنظمة التي تزيد عن 60 كيلوواط، هناك حاليا طوبولوجيتان: اقتران التيار المستمر "اقتران التيار المستمر" واقتران التيار المتردد "اقتران التيار المتردد"، ويمكن اختيارهما حسب استهلاك الطاقة.
حلول أنظمة متعددة الطاقة خارج الشبكة واسعة النطاق
تستخدم أنظمة الشبكة متعددة الطاقة واسعة النطاق بشكل رئيسي في المناطق الجبلية النائية، الجزر، المناطق السياحية، والأماكن الصناعية والتجارية التي تشهد أسعار كهرباء مرتفعة بدون شبكات كهرباء، بقدرة تزيد عن 250 كيلوواط. بشكل عام، تستخدم محولات تخزين الطاقة ثنائية الاتجاه، وتدمج العاكسات والبطاريات المتصلة بالشبكة في نظام شبكة صغيرة. بالإضافة إلى الطاقة الكهروضوئية وتخزين الطاقة، هناك عادة أجهزة توليد طاقة أخرى مثل توربينات الرياح والمولدات التي تعمل بالوقود.
تعتمد معظم الشبكات الصغيرة طوبولوجيات متصلة بالتيار المتردد، باستخدام محولات مركزية ومحولات تخزين طاقة ثنائية الاتجاه.
يمكن للشبكة الصغيرة أن تمارس بشكل كامل وفعال إمكانات الطاقة النظيفة الموزعة، وتقلل من العوامل غير المواتية مثل السعة الصغيرة، وعدم استقرار توليد الطاقة، وانخفاض موثوقية مصدر الطاقة المستقل، وضمان التشغيل الآمن للنظام. تطبيق الشبكات الدقيقة مرن، ويمكن أن يتراوح الحجم من عدة كيلوواط إلى عشرات الميغاواط. يمكن تطوير الشبكات الصغيرة في المصانع والمناجم والمستشفيات والمدارس، وحتى المباني الصغيرة.
تركيب نظام الكهروضوئية خارج الشبكة:
وحدات الطاقة الشمسية، والعاكسات خارج الشبكة (بما في ذلك الشواحن/العاكسات الكهروضوئية)، وبطاريات تخزين الطاقة (حمض الرصاص/الكربون/الرصاص-كربون/الليثيوم الثلاثي الثلاثي فوسفات الحديد/الليثيوم، إلخ)، والأقواس الكهروضوئية، والكابلات، والإكسسوارات، وصناديق الكهرباء، وغيرها كلها هي مكونات حيوية في أنظمة الكهروضوئية خارج الشبكة.
الفرق الأكثر أهمية بين النظام خارج الشبكة والنظام المتصل بالشبكة يعتمد على دخل الاستثمار. على النقيض من ذلك، يعتمد النظام خارج الشبكة على مصدر طاقة مطلوب فقط، لذا سيركزون بشكل مختلف عند اختيار المكونات.
غالبا ما يحدث عدم وجود وصول رئيسي للزراعة أو التكاثر على الجبل. في هذا الوقت، يمكننا تركيب نظام تخزين طاقة كهروضوئية لتصميم نظام تخزين طاقة كهروضوئية معقول عندما لا توجد منشآت داعمة لشبكة الكهرباء في المنطقة البعيدة عن شبكة الطاقة. هل يمكن للنظام أن يحل محل احتياجات الكهرباء اليومية؟
الفرق بين نظام تخزين الطاقة الكهروضوئية الصغير خارج الشبكة والنظام المتصل بالشبكة هو أن النظام خارج الشبكة لا يحتاج إلى توليد الكهرباء واستخدام نفسه عبر الشبكة نفسها. على النقيض من ذلك، يجب عادة دمج النظام المتصل بالشبكة مع الشبكة ليعمل بشكل جيد. وبالتالي، فإن النظام خارج الشبكة ليس بسيطا مثل النظام المتصل بالشبكة. على سبيل المثال، طاقة الوحدات العاكسة ووحدات الكهروضوئية متشابهة، لكن النظام خارج الشبكة ليس كذلك.
ما هي المعايير التي يجب توفيرها عند تصميم نظام خارج الشبكة؟
1. قوة معدات الحمل الكهربائي
2. زمن عمل الحمل = العدد الفعلي للواط الكلي
3. هل من الضروري النظر في عدد الأيام المطيرة (إمداد الطاقة المستمر)
4. ظروف الضوء في موقع التركيب وميل التركيب
فقط من خلال معرفة هذه المعايير يمكن تصميم مجموعة من النظام الكهروضوئي الأمثل خارج الشبكة بشكل معقول. تخزن بطارية تخزين الطاقة طريقة تخزين الطاقة في النظام خارج الشبكة، ويمكن للعاكس خارج الشبكة إخراج الطاقة للاستخدام. يجب أن يتوافق مطابقة الجهد في النظام خارج الشبكة وجهد النظام المتصل بالشبكة (220 فولت/380 فولت) بشكل معقول مع جهد النظام المتصل بالشبكة. بشكل عام، يكون جهد نظام خارج الشبكة من النوع المعزز ويعكسه الجهد المستمر المنخفض. نادرا ما تكون قوة وحدات الطاقة الشمسية ومحولات الأنظمة خارج الشبكة متساوية. يجب تصميم كل موقع طلب طاقة وفقا لاستهلاك الطاقة الفعلي، وهو أمر يختلف كثيرا عن النظام المتصل بالشبكة. في الأنظمة المتصلة بالشبكة بشكل عام، عادة ما نقول مباشرة xx (كيلوواط) كيلوواط. تستخدم الأنظمة خارج الشبكة الآن من خلال التيار المتردد العاكس المستمر (DC Inverter AC). إذا كان تصميم النظام خارج الشبكة غير معقول، فلن يتم تلبية الطلب على الطاقة، وستتلف أجهزة مكونات النظام.
ما هي المكونات التي تحتاجها أنظمة تخزين الطاقة خارج الشبكة؟
1. الوحدات الكهروضوئية
في البداية، كانت الوحدات الكهروضوئية تستخدم فقط في بعض الأنظمة الكهروضوئية خارج الشبكة والصغيرة. لاحقا، مع التطور واسع النطاق لتطبيقات الشبكة الكهروضوئية والتحديث السنوي لتقنية الوحدات الكهروضوئية، تحسنت كفاءة تحويل الوحدات بشكل كبير. على وجه الخصوص، تحتاج بعض محطات الطاقة المتصلة بالشبكة إلى مكونات أكثر كفاءة لتحسين نسبة دخل الاستثمار بسبب الاستخدام الكامل لموارد الموقع. بالطبع، النظام العام خارج الشبكة لا يفرض متطلبات عالية على كفاءة تحويل المكونات بسبب موقعه الكبير نسبيا، لذا غالبا ما تكون المكونات التقليدية هي الاعتبار الأول عند اختيار المكونات في تصميم النظام.
2. حامل كهروضوئي
سيكون من المفيد لو لم تكن غريبا على الأقواس الكهروضوئية. كما تستخدم في الأنظمة المتصلة بالشبكة. هناك رفان قياسيان للطاقة الشمسية في سوق الحوامل الكهروضوئية: سبيكة الألمنيوم والفولاذ المجلفن على شكل حرف C المصنوع من التسخين الساخن. ما إذا كانت الطبقة المجلفنة في حامل الفولاذ المجلفن الساخن على شكل حرف C تفي بالمعيار يعني ما إذا كانت عمر الخدمة يحقق معيار 20 عاما.
3. مفاتيح التبديل خارج الشبكة
التحكم في مفاتيح الدائرة بالكامل ووظائف الحماية من الصواعق.
4. بطارية تخزين الطاقة
(1) بطارية الرصاص/الجل: يختار نظام تخزين الطاقة عادة بطاريات رصاص حمضية محكمة الإغلاق بدون صيانة لتقليل الصيانة اللاحقة. بعد 150 عاما من التطوير، تتمتع بطاريات الرصاص-الحمضية بمزايا كبيرة من حيث الاستقرار والسلامة والسعر. فهي ليست فقط نوع البطاريات التي تحظى حاليا بأعلى نسبة من تطبيقات بطاريات تخزين الطاقة، بل هي أيضا أول نوع من بطاريات تخزين الطاقة لأنظمة الطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة.
(2) بطارية الرصاص-الكربون: تقنية تطورت من بطاريات الرصاص-الحمضية التقليدية، والتي يمكنها تحسين عمر بطاريات الرصاص-الحمضي بشكل كبير من خلال إضافة الكربون المنشط إلى القطب السالب لبطاريات الرصاص-الحمضية. ولكن كتحديث تقني لبطاريات الرصاص-الحمضية، فإن تكلفتها أعلى قليلا؛
(3) بطارية فوسفات الليثيوم/الحديد الليثيوم ثلاثية: مقارنة بالنوعين السابقين من بطاريات تخزين الطاقة، تتميز بطاريات الليثيوم أيون بخصائص كثافة طاقة أعلى، ودورات شحن وتفريغ أكثر، وعمق تفريغ أفضل. ومع ذلك، وبسبب الحاجة إلى تقنيات إدارة بطاريات إضافية (BMS)، فإن تكلفة النظام لبطاريات فوسفات الليثيوم/الحديد الثلاثي عادة ما تكون ضعف تكلفة بطاريات الرصاص الحمضية. بالإضافة إلى ذلك، مقارنة ببطاريات الرصاص-الحمض/الرصاص-الكربون، فإن استقرارها الحراري غير كاف قليلا، لذا فإن نسبة التطبيق في أنظمة الكهروضوئية خارج الشبكة ليست مرتفعة. لكن من الجدير بالذكر أنه مع الاختراقات التكنولوجية، تتزايد حصة بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم/الليثيوم الثلاثي تدريجيا، وهو اتجاه جديد في التطبيق.
5. وحدة تحكم شمسية
الوظيفة الأساسية للمتحكم هي التحكم في تجاوز وتصريف الطاقة الشمسية وبطارية تخزين الطاقة لحماية عمر الخدمة للعاصفة. بشكل عام، تقوم وحدة التحكم بوظيفة التحكم في الضوء. خلال النهار، تتوقف حالة الشحن تلقائيا عن التفريغ، وعندما يحل الظلام تبدأ في الانعفاء. لهذا السبب نرى عادة أضواء الشوارع الشمسية، ولماذا لا يتحكم أحد في الإيقاف التلقائي خلال النهار والإضاءة الأوتوماتيكية ليلا. أقصى تيار شحن لوحدة التحكم يختلف عن وحدات الطاقة الشمسية المزودة به. على سبيل المثال، بالنسبة لوحدة تحكم 48V30A، يجب أن يكون تيار الشحن للوحدة الشمسية أقل من 30 أمبير. وإلا ستتلف وحدة التحكم.
6. كابل كهروضوئي
تتمتع الكابلات الكهروضوئية بمزايا مقاومة درجات الحرارة العالية (عادة 120°م)، ومقاومة الشيخوخة، ومضادة للأشعة فوق البنفسجية، ومضادة للتآكل، وغيرها، ويمكنها تحمل البيئات الجوية القاسية والصدمات الميكانيكية. في البيئة الخارجية، عمر خدمة الكابلات الكهروضوئية هو ثمانية أضعاف عمر الخطوط العادية و32 ضعف كابلات PVC.
7. العاكس خارج الشبكة
(1) خذ حمل التيار المتردد كنقطة اعتبار. تنقسم الأحمال العامة إلى ثلاث فئات: الأحمال الجماعية (أضواء، سخانات، إلخ)، الأحمال الحثية (مكيفات هواء، محركات، إلخ)، الأحمال السعوية (مزود طاقة مضيف الكمبيوتر، إلخ). نظرا لأن التيار المطلوب للحمل الحثي للبدء هو 3~5 أضعاف الوقت المصطن، وقدرة التحميل الزائد قصيرة المدى البالغة 150٪-200٪ من العاكس العام خارج الشبكة لا تستطيع تلبية المتطلبات، فإن الحمل الحثي يحتاج إلى اعتبار خاص للعاكس. (عندما يكون العاكس خارج الشبكة متصلا بحمل حثي، يلزم تصميم نظام بحمل حثي على الأقل ضعف الحمل). على سبيل المثال، في مشروع حيث يعمل عاكس خارج الشبكة على تشغيل مكيف هواء 2P (2*750W)، يكون العاكس بقدرة مصنفة 3KVA وما فوق هو التكوين القياسي. بالطبع، هناك ثلاثة أنواع من الأحمال المتاحة في نفس الوقت، لكن الحمل ذو النسبة الأهم سيكون له تأثير كبير على العاكس.
(2) خذ جانب DC كنقطة اعتبار. تحتوي العاكسات خارج الشبكة على شواحن كهروضوئية مدمجة، والتي عادة ما تكون من نوعين: MPPT وPWM. مع تحديث التكنولوجيا، تم التخلص التدريجي من شواحن PWM، وأصبحت شواحن MPPT الخيار الأول للمحولات خارج الشبكة.
(3) خيارات أخرى. بالإضافة إلى طريقتي الاختيار السابقتين، هناك العديد من صيغ الحساب في السوق، والتي لن تتكرر هنا. لكن الاتجاه العام هو: 1) تحديد القدرة المقدرة للعاكس خارج الشبكة حسب حجم ونوع الحمل؛ 2) تحديد قيمة كيلوواط ساعة لحزمة بطارية تخزين الطاقة وفقا لوقت تفريغ بطارية تخزين الطاقة المطلوبة للحمل؛ 3) تحديد قيمة الكيلوواط ساعة لبطارية تخزين الطاقة وفقا لظروف الشمس المحلية ومتطلبات وقت الشحن (على سبيل المثال، يجب شحنها بالكامل خلال يوم واحد في المتوسط)، تحديد طاقة الشاحن، وهكذا.
(الصورة مجرد مرجع)
ثم يجب تجهيز نظام خارج الشبكة بالكامل بالمواد المذكورة أعلاه. بالطبع، تم دمج التحكم في العاكس
حلول أنظمة صغيرة منخفضة التكلفة خارج الشبكة
نظام صغير خارج الشبكة، والمستخدمين الرئيسيون هم من المناطق الفقيرة التي لا تحتوي على الكهرباء، والمناطق الجبلية النائية، والرعاة والسياح، وذلك بشكل رئيسي لتلبية احتياجات الإضاءة وشحن الهواتف المحمولة وغيرها؛ النظام يستهلك أقل من 5 درجات من الكهرباء يوميا، وقدرة الحمل أقل من 1 كيلوواط؛ المستخدمون: الطلب على الكهرباء ليس عاجلا جدا، والحاجة إلى المنتجات موثوقة ومباشرة، والسعر منخفض. لذلك، ينصح باستخدام وحدة تحكم PWM وعاكس لتصحيح الموجة ودمج وحدة التحكم والعاكس والبطارية. تتميز هذه الطريقة بهيكل بسيط، وكفاءة عالية، وتوصيلات ملائمة، وسعر منخفض. بالإضافة إلى ذلك، يمكنه تشغيل المصابيح، وأجهزة التلفاز الصغيرة، ولا توجد مشكلة في المروحة.
حلول الأنظمة العملية الصغيرة والمتوسطة خارج الشبكة
المستخدمون الرئيسيون لأنظمة الشبكة الصغيرة والمتوسطة الحجم يأتون من مناطق ذات عجز في الطاقة نسبيا، مثل الرعاة، وسكان الجزر، وقوارب الصيد المتوسطة الحجم، والمناطق الخلابة النائية نسبيا، وبعض محطات الاتصال والمراقبة. وهي تلبي بشكل رئيسي الاحتياجات الأساسية للحياة مثل الإضاءة، أجهزة التلفاز، المراوح، ومكيفات الهواء؛ استهلاك الكهرباء اليومي للنظام أقل من 50 كيلوواط ساعة، وإجمالي القدرة على الحمل أقل من 20 كيلوواط؛ لدى المستخدمين احتياجات محددة لاستهلاك الكهرباء، واحتياجاتهم على المنتجات عملية وموثوقة، ورخيصة.
(1) إذا كان لدى المستخدم أحمال حثية قليلة، ينصح باستخدام وحدة تحكم MPPT بالإضافة إلى عاكس العزل عالي التردد، وهو خفيف الوزن ورخيص؛ إذا كان لدى المستخدم العديد من الأحمال الحثية، ينصح باستخدام وحدة تحكم MPPT لمعالجة عاكس عزل التردد. الحل موثوق في استهلاك الكهرباء ويمكن أن يحمل أحمال صدمة.
(2) إذا كانت طاقة الحمل لدى المستخدم صغيرة نسبيا، لكن وقت استهلاك الكهرباء طويل جدا، ينصح باختيار نظام تقسيم وحدة التحكم والعاكس، يمكنك اختيار وحدة تحكم أكثر أهمية وعاكس أصغر لزيادة توليد الطاقة، تقليل تكلفة النظام؛ إذا كانت طاقة الحمل لدى المستخدم كبيرة نسبيا، لكن وقت استهلاك الكهرباء ليس طويلا، ينصح باختيار الحل المدمج بين وحدة التحكم والعاكس، ويكون توصيل النظام بسيطا.
حلول أنظمة موثوقة خارج الشبكة على نطاق متوسط وكبير
تستخدم الأنظمة المتوسطة والكبيرة خارج الشبكة بشكل رئيسي في المناطق الصناعية والتجارية، والمناطق ذات المناظر الخلابة، وغيرها من المناسبات التي لا يمكن فيها توصيل انقطاعات الكهرباء المتكررة، وارتفاع أسعار الكهرباء، والفروق الكبيرة في الأسعار من الذروة إلى الوديان، والطاقة الكهروضوئية بالإنترنت. الرئيسية؛ طاقة الحمل في النظام تزيد عن 20 كيلوواط وأقل من 250 كيلوواط، واستهلاك الكهرباء اليومي أقل من 500 كيلوواط ساعة. هناك حلول متنوعة للأنظمة الصغيرة والمتوسطة خارج الشبكة.
بالنسبة للأنظمة التي تزيد عن 20 كيلوواط وأقل من 60 كيلوواط، يمكنك اختيار نظام توصيل عدة عاكس صغيرة أحادية الطور خارج الشبكة بالتوازي. هذا النظام أكثر تعقيدا في الأسلاك والتصحيح، لكن السعر منخفض نسبيا، والمرونة عالية. علاوة على ذلك، هناك عطل في العاكس؛ يمكن للنظام أن يستمر في العمل. يمكنك أيضا اختيار نظام تقسيم وحدة التحكم والعاكس ونظام التحكم والعاكس المتكامل، باستخدام عاكس واحد متوسط وكبير؛ أسلاك النظام بسيطة، والتصحيح مريح، ويمكن تشكيل نظام مزود طاقة هجين مع مجموعة مولدات الوقود. مقارنة بالطاقة الكهروضوئية النقية خارج الشبكة، يمكن أن توفر الكثير من البطاريات المكلفة، كما أن تكلفة توليد الطاقة الإجمالية منخفضة. بالنسبة للأنظمة التي تزيد عن 60 كيلوواط، هناك حاليا طوبولوجيتان: اقتران التيار المستمر "اقتران التيار المستمر" واقتران التيار المتردد "اقتران التيار المتردد"، ويمكن اختيارهما حسب استهلاك الطاقة.
حلول أنظمة متعددة الطاقة خارج الشبكة واسعة النطاق
تستخدم أنظمة الشبكة متعددة الطاقة واسعة النطاق بشكل رئيسي في المناطق الجبلية النائية، الجزر، المناطق السياحية، والأماكن الصناعية والتجارية التي تشهد أسعار كهرباء مرتفعة بدون شبكات كهرباء، بقدرة تزيد عن 250 كيلوواط. بشكل عام، تستخدم محولات تخزين الطاقة ثنائية الاتجاه، وتدمج العاكسات والبطاريات المتصلة بالشبكة في نظام شبكة صغيرة. بالإضافة إلى الطاقة الكهروضوئية وتخزين الطاقة، هناك عادة أجهزة توليد طاقة أخرى مثل توربينات الرياح والمولدات التي تعمل بالوقود.
تعتمد معظم الشبكات الصغيرة طوبولوجيات متصلة بالتيار المتردد، باستخدام محولات مركزية ومحولات تخزين طاقة ثنائية الاتجاه.
يمكن للشبكة الصغيرة أن تمارس بشكل كامل وفعال إمكانات الطاقة النظيفة الموزعة، وتقلل من العوامل غير المواتية مثل السعة الصغيرة، وعدم استقرار توليد الطاقة، وانخفاض موثوقية مصدر الطاقة المستقل، وضمان التشغيل الآمن للنظام. تطبيق الشبكات الدقيقة مرن، ويمكن أن يتراوح الحجم من عدة كيلوواط إلى عشرات الميغاواط. يمكن تطوير الشبكات الصغيرة في المصانع والمناجم والمستشفيات والمدارس، وحتى المباني الصغيرة.
تركيب نظام الكهروضوئية خارج الشبكة:
وحدات الطاقة الشمسية، والعاكسات خارج الشبكة (بما في ذلك الشواحن/العاكسات الكهروضوئية)، وبطاريات تخزين الطاقة (حمض الرصاص/الكربون/الرصاص-كربون/الليثيوم الثلاثي الثلاثي فوسفات الحديد/الليثيوم، إلخ)، والأقواس الكهروضوئية، والكابلات، والإكسسوارات، وصناديق الكهرباء، وغيرها كلها هي مكونات حيوية في أنظمة الكهروضوئية خارج الشبكة.
الفرق الأكثر أهمية بين النظام خارج الشبكة والنظام المتصل بالشبكة يعتمد على دخل الاستثمار. على النقيض من ذلك، يعتمد النظام خارج الشبكة على مصدر طاقة مطلوب فقط، لذا سيركزون بشكل مختلف عند اختيار المكونات.
غالبا ما يحدث عدم وجود وصول رئيسي للزراعة أو التكاثر على الجبل. في هذا الوقت، يمكننا تركيب نظام تخزين طاقة كهروضوئية لتصميم نظام تخزين طاقة كهروضوئية معقول عندما لا توجد منشآت داعمة لشبكة الكهرباء في المنطقة البعيدة عن شبكة الطاقة. هل يمكن للنظام أن يحل محل احتياجات الكهرباء اليومية؟
الفرق بين نظام تخزين الطاقة الكهروضوئية الصغير خارج الشبكة والنظام المتصل بالشبكة هو أن النظام خارج الشبكة لا يحتاج إلى توليد الكهرباء واستخدام نفسه عبر الشبكة نفسها. على النقيض من ذلك، يجب عادة دمج النظام المتصل بالشبكة مع الشبكة ليعمل بشكل جيد. وبالتالي، فإن النظام خارج الشبكة ليس بسيطا مثل النظام المتصل بالشبكة. على سبيل المثال، طاقة الوحدات العاكسة ووحدات الكهروضوئية متشابهة، لكن النظام خارج الشبكة ليس كذلك.
ما هي المعايير التي يجب توفيرها عند تصميم نظام خارج الشبكة؟
1. قوة معدات الحمل الكهربائي
2. زمن عمل الحمل = العدد الفعلي للواط الكلي
3. هل من الضروري النظر في عدد الأيام المطيرة (إمداد الطاقة المستمر)
4. ظروف الضوء في موقع التركيب وميل التركيب
فقط من خلال معرفة هذه المعايير يمكن تصميم مجموعة من النظام الكهروضوئي الأمثل خارج الشبكة بشكل معقول. تخزن بطارية تخزين الطاقة طريقة تخزين الطاقة في النظام خارج الشبكة، ويمكن للعاكس خارج الشبكة إخراج الطاقة للاستخدام. يجب أن يتوافق مطابقة الجهد في النظام خارج الشبكة وجهد النظام المتصل بالشبكة (220 فولت/380 فولت) بشكل معقول مع جهد النظام المتصل بالشبكة. بشكل عام، يكون جهد نظام خارج الشبكة من النوع المعزز ويعكسه الجهد المستمر المنخفض. نادرا ما تكون قوة وحدات الطاقة الشمسية ومحولات الأنظمة خارج الشبكة متساوية. يجب تصميم كل موقع طلب طاقة وفقا لاستهلاك الطاقة الفعلي، وهو أمر يختلف كثيرا عن النظام المتصل بالشبكة. في الأنظمة المتصلة بالشبكة بشكل عام، عادة ما نقول مباشرة xx (كيلوواط) كيلوواط. تستخدم الأنظمة خارج الشبكة الآن من خلال التيار المتردد العاكس المستمر (DC Inverter AC). إذا كان تصميم النظام خارج الشبكة غير معقول، فلن يتم تلبية الطلب على الطاقة، وستتلف أجهزة مكونات النظام.
ما هي المكونات التي تحتاجها أنظمة تخزين الطاقة خارج الشبكة؟
1. الوحدات الكهروضوئية
في البداية، كانت الوحدات الكهروضوئية تستخدم فقط في بعض الأنظمة الكهروضوئية خارج الشبكة والصغيرة. لاحقا، مع التطور واسع النطاق لتطبيقات الشبكة الكهروضوئية والتحديث السنوي لتقنية الوحدات الكهروضوئية، تحسنت كفاءة تحويل الوحدات بشكل كبير. على وجه الخصوص، تحتاج بعض محطات الطاقة المتصلة بالشبكة إلى مكونات أكثر كفاءة لتحسين نسبة دخل الاستثمار بسبب الاستخدام الكامل لموارد الموقع. بالطبع، النظام العام خارج الشبكة لا يفرض متطلبات عالية على كفاءة تحويل المكونات بسبب موقعه الكبير نسبيا، لذا غالبا ما تكون المكونات التقليدية هي الاعتبار الأول عند اختيار المكونات في تصميم النظام.
2. حامل كهروضوئي
سيكون من المفيد لو لم تكن غريبا على الأقواس الكهروضوئية. كما تستخدم في الأنظمة المتصلة بالشبكة. هناك رفان قياسيان للطاقة الشمسية في سوق الحوامل الكهروضوئية: سبيكة الألمنيوم والفولاذ المجلفن على شكل حرف C المصنوع من التسخين الساخن. ما إذا كانت الطبقة المجلفنة في حامل الفولاذ المجلفن الساخن على شكل حرف C تفي بالمعيار يعني ما إذا كانت عمر الخدمة يحقق معيار 20 عاما.
3. مفاتيح التبديل خارج الشبكة
التحكم في مفاتيح الدائرة بالكامل ووظائف الحماية من الصواعق.
4. بطارية تخزين الطاقة
(1) بطارية الرصاص/الجل: يختار نظام تخزين الطاقة عادة بطاريات رصاص حمضية محكمة الإغلاق بدون صيانة لتقليل الصيانة اللاحقة. بعد 150 عاما من التطوير، تتمتع بطاريات الرصاص-الحمضية بمزايا كبيرة من حيث الاستقرار والسلامة والسعر. فهي ليست فقط نوع البطاريات التي تحظى حاليا بأعلى نسبة من تطبيقات بطاريات تخزين الطاقة، بل هي أيضا أول نوع من بطاريات تخزين الطاقة لأنظمة الطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة.
(2) بطارية الرصاص-الكربون: تقنية تطورت من بطاريات الرصاص-الحمضية التقليدية، والتي يمكنها تحسين عمر بطاريات الرصاص-الحمضي بشكل كبير من خلال إضافة الكربون المنشط إلى القطب السالب لبطاريات الرصاص-الحمضية. ولكن كتحديث تقني لبطاريات الرصاص-الحمضية، فإن تكلفتها أعلى قليلا؛
(3) بطارية فوسفات الليثيوم/الحديد الليثيوم ثلاثية: مقارنة بالنوعين السابقين من بطاريات تخزين الطاقة، تتميز بطاريات الليثيوم أيون بخصائص كثافة طاقة أعلى، ودورات شحن وتفريغ أكثر، وعمق تفريغ أفضل. ومع ذلك، وبسبب الحاجة إلى تقنيات إدارة بطاريات إضافية (BMS)، فإن تكلفة النظام لبطاريات فوسفات الليثيوم/الحديد الثلاثي عادة ما تكون ضعف تكلفة بطاريات الرصاص الحمضية. بالإضافة إلى ذلك، مقارنة ببطاريات الرصاص-الحمض/الرصاص-الكربون، فإن استقرارها الحراري غير كاف قليلا، لذا فإن نسبة التطبيق في أنظمة الكهروضوئية خارج الشبكة ليست مرتفعة. لكن من الجدير بالذكر أنه مع الاختراقات التكنولوجية، تتزايد حصة بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم/الليثيوم الثلاثي تدريجيا، وهو اتجاه جديد في التطبيق.
5. وحدة تحكم شمسية
الوظيفة الأساسية للمتحكم هي التحكم في تجاوز وتصريف الطاقة الشمسية وبطارية تخزين الطاقة لحماية عمر الخدمة للعاصفة. بشكل عام، تقوم وحدة التحكم بوظيفة التحكم في الضوء. خلال النهار، تتوقف حالة الشحن تلقائيا عن التفريغ، وعندما يحل الظلام تبدأ في الانعفاء. لهذا السبب نرى عادة أضواء الشوارع الشمسية، ولماذا لا يتحكم أحد في الإيقاف التلقائي خلال النهار والإضاءة الأوتوماتيكية ليلا. أقصى تيار شحن لوحدة التحكم يختلف عن وحدات الطاقة الشمسية المزودة به. على سبيل المثال، بالنسبة لوحدة تحكم 48V30A، يجب أن يكون تيار الشحن للوحدة الشمسية أقل من 30 أمبير. وإلا ستتلف وحدة التحكم.
6. كابل كهروضوئي
تتمتع الكابلات الكهروضوئية بمزايا مقاومة درجات الحرارة العالية (عادة 120°م)، ومقاومة الشيخوخة، ومضادة للأشعة فوق البنفسجية، ومضادة للتآكل، وغيرها، ويمكنها تحمل البيئات الجوية القاسية والصدمات الميكانيكية. في البيئة الخارجية، عمر خدمة الكابلات الكهروضوئية هو ثمانية أضعاف عمر الخطوط العادية و32 ضعف كابلات PVC.
7. العاكس خارج الشبكة
(1) خذ حمل التيار المتردد كنقطة اعتبار. تنقسم الأحمال العامة إلى ثلاث فئات: الأحمال الجماعية (أضواء، سخانات، إلخ)، الأحمال الحثية (مكيفات هواء، محركات، إلخ)، الأحمال السعوية (مزود طاقة مضيف الكمبيوتر، إلخ). نظرا لأن التيار المطلوب للحمل الحثي للبدء هو 3~5 أضعاف الوقت المصطن، وقدرة التحميل الزائد قصيرة المدى البالغة 150٪-200٪ من العاكس العام خارج الشبكة لا تستطيع تلبية المتطلبات، فإن الحمل الحثي يحتاج إلى اعتبار خاص للعاكس. (عندما يكون العاكس خارج الشبكة متصلا بحمل حثي، يلزم تصميم نظام بحمل حثي على الأقل ضعف الحمل). على سبيل المثال، في مشروع حيث يعمل عاكس خارج الشبكة على تشغيل مكيف هواء 2P (2*750W)، يكون العاكس بقدرة مصنفة 3KVA وما فوق هو التكوين القياسي. بالطبع، هناك ثلاثة أنواع من الأحمال المتاحة في نفس الوقت، لكن الحمل ذو النسبة الأهم سيكون له تأثير كبير على العاكس.
(2) خذ جانب DC كنقطة اعتبار. تحتوي العاكسات خارج الشبكة على شواحن كهروضوئية مدمجة، والتي عادة ما تكون من نوعين: MPPT وPWM. مع تحديث التكنولوجيا، تم التخلص التدريجي من شواحن PWM، وأصبحت شواحن MPPT الخيار الأول للمحولات خارج الشبكة.
(3) خيارات أخرى. بالإضافة إلى طريقتي الاختيار السابقتين، هناك العديد من صيغ الحساب في السوق، والتي لن تتكرر هنا. لكن الاتجاه العام هو: 1) تحديد القدرة المقدرة للعاكس خارج الشبكة حسب حجم ونوع الحمل؛ 2) تحديد قيمة كيلوواط ساعة لحزمة بطارية تخزين الطاقة وفقا لوقت تفريغ بطارية تخزين الطاقة المطلوبة للحمل؛ 3) تحديد قيمة الكيلوواط ساعة لبطارية تخزين الطاقة وفقا لظروف الشمس المحلية ومتطلبات وقت الشحن (على سبيل المثال، يجب شحنها بالكامل خلال يوم واحد في المتوسط)، تحديد طاقة الشاحن، وهكذا.
(الصورة مجرد مرجع)
ثم يجب تجهيز نظام خارج الشبكة بالكامل بالمواد المذكورة أعلاه. بالطبع، تم دمج التحكم في العاكس