اختراعات

شرح شامل حول بطاريات الطاقة الشمسية

شرح شامل حول بطاريات الطاقة الشمسية



شرح شامل حول بطاريات الطاقة الشمسية

بطاريات الطاقة الشمسية وظيفتها تخزين الطاقة الكهربية التي ولدتها الألواح الشمسية Photovoltaic panels اثناء سطوع الشمس في ساعات النهار.

و نستخدم هذه الطاقة الكهربية المخزنة في البطاريات اثناء فترة غياب الشمس بالمساء.
وطبعا تستخدم بطاريات الطاقة الشمسية في المنازل في حالة كان النظام منفرد (Off     Grid)أي انه ليس متصل اتصال عكسي بشبكة الكهرباء العمومية .
البطاريات تتراوح من 2 فولت الى 12 فولت وتتراوح سعتها من ٤ امبير الى ٢٠٠٠ امبير.
و يتراوح عمر البطارية التى صممت علية من  1- ٢٠ سنة.


كما هو موضح في هذه الدائرة البسيطة فان الواح الطاقة الشمسية Solar panel تقوم بتحويل ضوء الشمس الي تيار مستمر ثم يمر التيار عبر اسلاك التوصيل الي منظم الشحن Charge controller.
ووظيفته هي تنظيم الجهد قبل مروره الي بطاريات الطاقة الشمسية التي بدورها تقوم بتخزين الطاقة الكهربية طوال فترة عمل الالواح الشمسية في فترة النهار.
ثم يمر التيار بعد ذلك الي محول التيار او الانفرتر الذي يقوم بتحويل التيار من مستمر الي متردد وينظم الجهد حتي يصبح مناسب للاستخدام بالنسبة للادوات الكهربية داخل المنزل.

بطاريات دورة الشحن العميق – Deep cycle Batteries

بطاريات الشحن العميق تستخدم في انظمة الطاقة الشمسية الغير متصلة بالشبكة وكذلك انظمة طاقة الرياح وتطبيقات صناعية وبحرية متعددة. و بطاريات
و لا يمكن استخدام بطاريات السيارات في نظم الطاقة الشمسية لان بطارية السيارة في نظام شمسي ستفسد بعد فترة قصير لانها مصممة لكي تعطيك كمية كبيرة من الشحنة الكهربية في فترة قصيرة.
وهذه الفترة هي فترة بداية دوران المحرك و باقي الوقت يتم شحنها عن طريق الدينامو في السيارة.
و ذلك علي عكس بطاريات الطاقة الشمسية التي هي مصممة لكي يتم شحنها طوال فترة سطوع الشمس ثم تقوم بتفريغ شحنتها طوال الليل.
بطاريات الطاقة الشمسية تسطيع ان تقوم بعملية الشحن في وقت طويل وبتيار منخفض وكذلك تستطيع تفريغ الشحنة في وقت طويل.
كما ان يمكن شحنها التفريغها بنسبة تصل الي 50% لتعيش 500 دورة,  وهذا رقم كبير جدا مقارنة ببطارية السيارة التي لن تعيش اكثر من 100 دورة عند تفريغها بنسبة 50%
و تسطتيع بطاريات الطاقة الشمسية ان تفرغ شحنتها كاملة دون ان تتلف 200 مرة أما بطارية السيارة العادية فقد تتحمل تفريغ ما بين 12 الي 15 مرة فقط.

عمق التفريغعمر بطارية السيارةعمر بطارية الشحن العميع
100%12–15 دورة150–200 دورة
50%100–120 دورة400–500 دورة
30%30–150 دورةاكثر من 1000 دورة
وتتميز بطاريات الطاقة الشمسية بالحجم والسمك الكبير لصفائح الرصاص التي بداخلها حتي يتحمل الحمل الواقع عليها اثناء الشحن الكامل أو التفريغ الكامل.
وهذا ما يرفع ثمنها نظرا لأن الرصاص سعره مرتفع.




بطارية السيارة سمك صفائح الرصاص قليل


بطارية الطاقة الشمسية سمك صفائح الرصاص كبير جدا و هي بالتالي اغلي بكثير

أنواع بطاريات الطاقة الشمسية

هناك العديد من أنواع البطاريات ولكن غالبية البطاريات المستخدمة مع الأنظمة الشمسية تكون من النوعية ذات الحمض والألواح الرصاصية Lead-Acid.
وغالبية البطاريات المستخدمة لهذا الغرض تكون في حدود 12 فولت أو 24 فولت.
وللتعامل مع البطارية تحتاج لمعرفة متغيران على الأقل من أصل ثلاثة متغيرات هم الجهد الكهربائي ويقاس بالفولت (Volt) والتيار ويقاس بالأمبير (Amp) والقدرة وتقاس بالواط (Watt).
يتم الإشارة إلي البطارية بعدد الأمبيرات في الساعة (Amps-Hours (Ah وتسمي بسعة البطارية Battery Capacity
فعلي سبيل المثال إذا قرأتم البيانات على البطارية كالتالي 12V/200Ah فإن هذا نظريا يعني أن تلك البطارية تستطيع توفير 200×12 وات طاقة اب 2400 وات
و لكن من الناحبة العملية هذه البطارية لا يمكن تفريغها بنسبة اكثر من 50% اي انها سوف تعطي سعة تخزينية 1200 وات
هناك نوعين رئيسيين من بطاريات الطاقة الشمسية وهما :
  1. بطاريات الرصاص المغمورة FLA – Flooded Lead Acid
  2. البطاريات الغير مغمورة VRLA – Valve Regulated Lead Acid

بطاريات الرصاص المغمورة  – FLA

كما هو واضح من اسمها فالواح الرصاص بها تكون مغمورة تماما بسائل قابل للتأين الكهربي.
و هذا النوع خطير لأنه اثناء عمله يقوم باطلاق غاز الهيدروجين القابل للانفجار فيجب الحرص الشديد عند استخدامها علي ان لا يتواجد بجانبها اي نوع من اللهب او الشرارة اثناء عملها.

بطاريات الرصاص الغير مغمورة – VRLA

فهي تقريبا لا تحتاج الي صيانة كما انها تطلق كمية مهملة من غاز الهيدروجين مما يجعلها اسهل في النقل وفي التركيب ولا يعتبر التعامل معها فيه شيء من الخطورة.
وهذا النوع يوجد منه ثلاثة انواع رئيسية وهي
  1. Wet – تستطيع ان يقوم بعمل ما يقرب من 500 عملية تفريغ عميقة لما يقرب من 50% من شحنته وهو اصلا مصمم لاأغراض ملاحية ولكن يمكن استخدامه في انظمة الطاقة الشمسية وهو يعتبر حل اقتصادي
  2. AGM – أختصار Absorbed Glass Mat وهو يعني السائل القابل للتأين الكهربي تم امتصاصه في حصيرة اسفنجية.
  3. Gel – الرصاص مغمور في سائل تم تحويله الي ما يشبه الجيلي اي انه اصبح أقل ميوعة وأكثر تماسك.
فكلا النوعين سواء AGM أو Gel هما جيدان جدا ويمكن ان يعملوا في اي ظرف.
ولكن بالطبع ال Gel هو أفضل وأكثر كفاءة وعمره الافتراضي اكبر.
كما انه بستطيع ان يقوم بعمل دورة تفريغ عميقة قد يصل فيها الي تفريغ 60% من الشحنة الموجودة بالبطارية.

أنواع بطاريات الطاقة الشمسية من حيث شكل شرائح الرصاص

هناك نوعين من بطاريات الطاقة الشمسية اعتمادا علي التقسيم من حيث شكل شرائح الرصاص و هما:




بطاريات شرائح مسطحة
شرائح مسطحة ( Flat Plates ) – و تكون فيها الواح الرصاص علي شكل شرائح متراصة.
عمرها الافتراضي يكون ما بين 10 الي 12 سنة.


بطاريات شرائح اسطوانية
الواح اسطوانية الشكل ( Tubular plate ) – وتكون فيه الرصاص علي شكل اسطوانات متداخلة وعمرها الافتراضي يكون ما بين 20 الي 25 سنة.
ويمكن التمييز بين النوعين بمجرد النظر حيث ان البطاريات ذات الالواح الاسطوانية أطول من الأخري ذات الالواح المسطحة بشكل ملحوظ.

بنك بطاريات الطاقة الشمسية

يمكن توصيل البطاريات مثل نفس طريقة توصيل الخلايا الشمسية للحصول على قيم جهد وتيار مختلفة.
بنك البطاريات يتكون من عدة بطاريات يتم توصيلها ببعض علي التوازي او التوالي لتحقيق الجهد التصميمي المطلوب, و يستخدم هذا البنك في معظم النظم الكهروضوئية المستقلة عن الشبكة
و بالنسبة لأعمدة الأنارة فغالبا ما يتم الأكفاء ببطارية واحدة.
اما الطلمبات الشمسية فعادة لا تحتاج الي تخزين طاقة و يتم يخزين المياه التي رفعتها المضخة من البئر اثناء النهار في خزان مياه يتم حساب حجمه طبقأ للأحتياج.

كيفية توصيل بنك بطاريات الطاقة الشمسية

  1. من المهم أن جميع البطاريات تكون من نفس النوع والحالة إن أمكن. هذا يحسن كلا من السلامة والأداء للبنك البطاريات
  2. يتم تكوين بنك البطاريات عن طريق التوصيل عالي التوالي و التوازي و ذلك لتحقيق الجهد و الأمبير المطلوب طبقأ لمواصفات منظم الشحن مثل 12V أو 24V أو 48 فولت
  3. الوصلات علي التوالي تشمل ربط الاتصال الموجب (+) من بطارية واحدة إلى السالب (-) في البطارية المقابلة.
    ويستخدم الموجب (+) للبطارية الأولي مع السالب للبطارية الأخيرة للتوصيل الي منظم الشحن.
    و كما هو واضح في الصورة حيث تم توصيل 4 بطاريات جهد 6 فولت للحصول علي بنك جهده 24 فولت.
  4. التوصيل علي التوازي يشمل ربط الاتصال الموجب (+) من بطارية واحدة مع الاتصال الموجب (+) من البطارية المقبلة.
    و الشيء نفسه ينطبق على الجانب السلبي. السالب (-) للبطارية الأولى يصل إلى السالب (-) للبطارية المقبلة.
    ثم يتم اختار نقطة موجبة و اخري سالبة في منتصف البنك لتوصيلها بمنظم الشحن كما هو موضح بالصورة.

    و فائدة اتصال النظام في منتصف بنك البطاريات هو ان تتم دورات الشحن والتفريغ بطريقة متوازنة.
    لأنه إذا تم إجراء اتصالات النظام على النهايات، فأن البطارية الاولى سوف تفرغ دائما أولا قبل البطارية الأخيرة.
    و بالتالي هذا ليس جيدا للعمر الأفتراضي للبطاريات.
  5. في بعض الحالات يتم توصيل البطاريات عن طريق عدد من السلاسل Strings.
    السلسلة الواحدة عبارة عن مجموعة من البطاريات يتم توصيلها علي التوالي.
    و جمبع السلاسل لها فولت متطابق يعتمد علي مواصفات منظم الشحن.
    أخيرا يتم توصيل هذه السلاسل علي التوازي للوصول الي الأمبير و القدرة التخزينة المطلوبة للبنك.
    في الواقع طريقة التوصيل هذه طبيعية جدأ , و في حالة زيادة عدد السلاسل عن ثلاث يتم توصيل البنك في سلسلة وسطية كما سبق شرحة في التوصيلة علي التوازي التقيلدية.
    بحيث يتم ضمان شحن وتفريغ البطاريات بطريقة متوازنة.