شحن بطارية باستخدام الطاقه الشمسية
Design of dc converter with photovoltaic array
الطاقة الشمسية …… حلم يتحقق ولكن يحتاج من يهتم به
سنتحدث عن كيفية الاستفادة من الطاقة الشمسية على عددة دروس متتاليه حتى نصل إلي مشروع كبيرر
مايميز الطاقه الشمسية عن غيرها انها طاقة نظيفة ومتجدده
جدول المحتويات
مميزات الطاقة الشمسية
- طاقة نظيفة
- لاتحتاج صيانه ولا تزيد من الاحتباس الحراري
- غير مكلفة على المدى البعيد
- مفيده للاشخاص البعيدين عن مركز الطاقه
- طاقه متجدد وطويلة الامد
-
¢Photovoltaic cells, commonly known as solar cells, are semiconductor devices that convert sunlight directly into electricity.
-
¢Efficiency range from a few percent to above 40%.
-
¢Low maintenance, long lasting sources of energy¢Provides cost-effective power supplies for people remote from the main electricity grid.
-
¢Non-polluting and silent sources of electricity.
-
¢Renewable and sustainable power, as a means to reduce global warming
فوائد الطاقة الشمسية في المنزل
تعتبر الطاقة الشمسية واحدة من أهم وأكثر المصادر البديلة للطاقة المتاحة في العالم، وتوفر العديد من الفوائد في المنزل، ومنها:
- توفير تكاليف الطاقة والكهرباء.
- تقليل الانبعاثات الضارة وحماية البيئة.
- تحسين جودة الهواء والحد من التلوث الداخلي.
- زيادة قيمة المنزل وجذب المشترين المهتمين بالطاقة النظيفة.
- زيادة الاستقلالية الطاقية وتقليل الاعتماد على الطاقة الأخرى.
- تحسين استدامة المنزل وتقليل تكاليف الصيانة.
- توفير الطاقة في الفصول الباردة من العامل والتخفيف من استخدام أجهزة التدفئة.
- توفير الكهرباء في الفصول الحارة وتخفيف الاعتماد على مكيفات الهواء.
- تحسين الأمان وتقليل خطر انقطاع التيار الكهربائي.
- تحسين صحة الأسرة وزيادة الراحة من خلال استخدام أجهزة تعمل بالطاقة الشمسية مثل سخانات المياه والإضاءة الشمسية.
وبالإضافة إلى ذلك، فإن الاستثمار في الطاقة الشمسية في المنزل يساعد على تحسين الوعي البيئي وتقليل الاعتماد على المصادر الأخرى للطاقة.
مدة شحن بطارية الطاقة الشمسية
لا يمكن تحديد مدة شحن بطارية الطاقة الشمسية بشكل دقيق، حيث يتأثر ذلك بعدة عوامل مثل مستوى الإشعاع الشمسي، وحجم البطارية، ونوع الخلايا الشمسية المستخدمة، ودرجة الحرارة، والظروف الجوية، وغيرها.
وعمومًا، فإن مدة الشحن تتراوح بين 5-10 ساعات في اليوم الواحد، وذلك باستخدام خلايا شمسية عالية الكفاءة، وفي حالة توفر الإشعاع الكافي لتحويله إلى طاقة كهربائية. ويمكن أن تتأثر مدة الشحن بشكل كبير في الأيام الغائمة أو في الأماكن التي يكون فيها تغطية سحابية كثيفة، حيث يتم تخزين كمية أقل من الطاقة الشمسية في البطارية.
وعادةً ما يتم تصميم الأنظمة الشمسية الصغيرة مع بطاريات بحجم مناسب لتلبية الاحتياجات المطلوبة، ويمكن أيضًا استخدام مولدات الرياح أو مصادر الطاقة الأخرى لتحسين إنتاج الطاقة وتقليل الاعتماد على الطاقة المخزنة في البطارية.
أنواع الطاقة الشمسية
توجد عدة أنواع من الطاقة الشمسية، والتي تشمل:
- الطاقة الشمسية الحرارية (Solar Thermal Energy): وهي تستخدم لتوليد الكهرباء من خلال تحويل الطاقة الحرارية المنبعثة من أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية.
- الطاقة الشمسية الضوئية (Solar Photovoltaic Energy): وتستخدم هذه التقنية لتوليد الكهرباء باستخدام الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون، والتي تحول الطاقة الضوئية المنبعثة من الشمس إلى طاقة كهربائية.
- الطاقة الشمسية المركزة (Concentrated Solar Power): وتستخدم هذه التقنية لتوليد الكهرباء عن طريقتركيز أشعة الشمس باستخدام المرايا أو العدسات، وتحويل الطاقة الحرارية المنبعثة إلى كهرباء.
- الطاقة الشمسية الساكنة (Passive Solar Energy): وتستخدم هذه التقنية لتدفئة وتبريد المنازل باستخدام التصميم المعماري المناسب والمواد العازلة والمناسبة للتحكم في درجة الحرارة.
ويمكن استخدام هذه التقنيات بشكل متكامل لاستخدام الطاقة الشمسية بشكل فعال وتحقيق الفوائد الكاملة لهذه المصدر الهام من المصادر المتجددة للطاقة.
نأتي الان كيفية الاستفادة من هذه الطاقه الشمسية , اولا سنحتاج التعرف على انو pv وميزاتها حتى نختار الافضل
شحن بطارية الطاقة الشمسية بالكهرباء
يمكن شحن بطارية الطاقة الشمسية بالكهرباء في حالات عدم توفر الإشعاع الشمسي الكافي أو في حالات الطوارئ. ويمكن القيام بذلك بواسطة محول الكهرباء الخاص بالبطارية
حيث يتم توصيل المحول بمصدر الكهرباء (مثل منفذ الكهرباء في الجدار) وبالبطارية، ويتم شحن البطارية بسرعة تعتمد على قدرة المحول وحجم البطارية.
ويجب التأكد من توافق جهد الكهرباء المستخدم في شحن البطارية مع جهد البطارية المحدد، وعدم استخدام مصادر الكهرباء ذات الجهد العالي لتفادي تلف البطارية.
ويتم استخدام هذه الطريقة في العادة كحل بديل في الحالات الطارئة، حيث أن استخدام الطاقة الشمسية هو الطريقة المفضلة لشحن البطاريات وتعتبر الأكثر فعالية واقتصادية في المدى الطويل.
انواع Photovoltaic cells :
-
1.Single-crystal silicon.
هذا النوع يتميز بأنه يعطي طاقه بنسبة 24 % غير انه مكلف جدا لانه يحتوي على السليكون بشكل كبير ويأخذ مساحات كبيره
-
2.Polycrystalline silicon.
هذا النوع يختلف عن الذي سبقه بأنه نسبته كفائته هي : 16 % إلا انه غير مكلف وسهل التركيب
-
3.Ribbon silicon.4.Amorphous silicon.
اما هذا النوعين نبسة كفائتهم هي ( 12% …..6% ) , و طبعا تكلفتهم قليله بلامقارنه مع الانواع السابقه
هناك الكثير من الانواع ولكن اخترنا بعض منها وافضلها كل نوع يميزه شي معين
ولكن Photovoltaic cells تعطي تيار وفولت متغير غير ثابت وهذا بسبب اعتمادها على مقدار الاشعه الساقطه على سطح الـ pv
وعدة عوامل اخرى
ولهذا سنستخدم converter للتحكم بالتيار ونقوم بتثبيته إلا انه سنحتاج إلا لوحة تحكم ” micro-controller ” حتى يتحكم بالـفولتيه الناتجه ونحدد معيار معين لها , سوف نتحدث عن هذا لاحقا
سوف نقوم بمشروعنا هذا شحن بطارية عن طريقة الطاقة الشمسية وسنتطرق لكل شي بالتفصيل
اولا : المخطط لمشروعنا :block digram
نبدا اولا بالpv سنختار اول نوع ولكن كل cell يعطينا 1.5v وهذا غير كافي لهذا سنقوم بتوصيل مجموع كبيرة منها على التوالي والتوازي ” series ¶llel ”
لمااذ اخترنا الدمج بين التوازي والتوالي ” ” series ¶llel ” ” وهذا بسبب بسيط جدا وهو :
انـ series هي يقوم بجمع الفولتيات اي اذا قمنا بتوصيل مجموع من cell بهذه الطريقه سيحصل لدينا مجموع للفولتيات التي تم توليدها
ولانـ parllel يقوم بجمع التيار ويحافظ على الفولتيه الناتجه في جميع المراحله سنستخدمه حتى اذا تعطل اي جزء من cell نبقى محافظين على الفولتيه الناتجه لدينا
وهنا سنقوم بدمج هاتين الطريقتين لكسب ميزات كل منهما
التوصيل سيكون على الشكل التالي :
واضح لدينا بالصورة كيفية التوصيل وسنقوم بوضع diode “ديود ” حتى نضم عملية fw ونمنع حدوث rf حتى لايتم تفيرغ الشحن في الـ cell
الان ناتي إلى انواع dc converter
اولا نحن قمنا بأختيار الـ dc converter لانه نريد الحصول على فولتيه dc
اولا نستعرض انواع الـ dc to dc converter
Buck Converter -1:
معادلة الفولتيه الناتجه هي :
Vo=DVs
حي نلاحظ انه يقوم بتحويل الاشار إلى ريبل وهذا لانريده لاننا نريد التحكم بالفولتيه وليس تثبيتها او تشويهها وهذا النوع يوقم بعمل step down
ونحن نريد زياده الفولتيه وليس تقليلها
نأتي للنوع الثاني وهو :
2- Boost Converter :
وهذا النوع يختلف عن الذي سبقه انه يقوم بعمل step up للفولتيه ونحن ايضلا لانريد ذلك لانه اذا احتجنا فولتيه قليله لن نستطيع الحصول عليها
سنقوم بدمج هذا النوعين والحصول على نوع ثالث وهو :
ما هي سلبيات الطاقة الشمسية؟
- تحتاج إلى تكاليف كبيرة في البداية لتثبيت الأنظمة الشمسية.
- تتأثر كفاءة الخلايا الشمسية بتغيرات الظروف الجوية مثل الغيوم والأمطار والضباب.
- تتطلب مساحة كبيرة من الأرض لتركيب الأنظمة الشمسية الكبيرة.
- تحتاج إلى بطاريات لتخزين الطاقة المنتجة، والتي يجب استبدالها بين الحين والآخر.
- تحتاج إلى صيانة دورية وتنظيف للخلايا الشمسية للحفاظ على كفاءتها.
- تعتمد على توافر الإشعاع الشمسي لتوليد الكهرباء، مما يعني أنها لا تعمل بشكل فعالفي المناطق التي يكون فيها تغطية سحابية كثيفة أو في الليل.
- تحتاج إلى تقنيات تخزين الطاقة الكهربائية لضمان توفير الكهرباء في الفترات التي لا يوجد فيها إشعاع شمسي كافي.
- التصميم والتركيب السيئ للأنظمة الشمسية يمكن أن يؤدي إلى تقليل كفاءة الإنتاج وعمر الخلايا الشمسية.
- يمكن أن تكون قدرة الإنتاج محدودة في بعض الحالات وتتأثر بالعوامل الجوية، مما يعني أنها لا تلبي الاحتياجات الكهربائية الكبيرة.
- يمكن أن يتم تلويث الخلايا الشمسية بالأتربة أو الغبار مما يؤثر على كفاءتها ويتطلب تنظيفها بشكل دوري.
- قد تتسبب في بعض الأحيان في بعض المشاكل البيئية مثل تأثيرها على الحياة البرية أو تأثيرها على المناظر الطبيعية في بعض المناطق.
ما هي أهمية الطاقة الشمسية؟
تعد الطاقة الشمسية مصدرًا مهمًا للطاقة المتجددة ولها أهمية كبيرة، ومن أهم أهميتها:
- توفير مصدر للطاقة النظيفة والمتجددة، مما يحسن جودة الهواء ويحمي البيئة.
- تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري وتخفيض الانبعاثات الضارة.
- تحسين استدامة الطاقة وتحسين الاستقلالية الطاقية للمناطق التي لا تمتلك مصادر طاقة أخرى.
- توفير تكلفة الطاقة وتحسين الاقتصاد وتقليل التبعية عن المصادر الأخرى للطاقة.
- تحسين الأمن الطاقي وتوفير مصدر للطاقة المتجددة والمتوفرة بشكل مستمر ومجاني.
- تشجيع التطوير التقني والابتكار في مجال الطاقة وتوفير فرص عمل جديدة في هذا المجال.
- توفير الطاقة للمناطق النائية والمناطق التي تعاني من انقطاعات في التيار الكهربائي.
- تحسين الوصول إلى الطاقة في البلدان النامية والمناطق الفقيرة والمحرومة.
- تحقيق الاستدامة البيئية والاقتصادية والاجتماعية.
وبالتالي، فإن الطاقة الشمسية تلعب دورًا حيويًا في تلبية الاحتياجات الطاقية للبشرية وتحقيق التنمية المستدامة، وتوفير بيئة أفضل للجميع.
ما هي مزايا الخلايا الشمسية الطافية؟
تتميز الخلايا الشمسية الطافية بعدة مزايا، ومنها:
- سهولة حملها ونقلها بسبب خفة وزنها وصغر حجمها، مما يجعلها مثالية للاستخدام في الرحلات والمناطق النائية.
- تحتوي على بطارية داخلية تمكنها من تخزين الطاقة الشمسية المنتجة، مما يسهل استخدامها في الليل أو في الأماكن التي يكون فيها الإشعاع الشمسي ضعيفًا.
- تتميز بتكلفة منخفضة مقارنةً بالخلايا الشمسية التقليدية، وذلك بسبب تقليل التكلفة في الإنتاج والتوزيع.
- تتميز بمرونة عالية وقدرتها على الانحناء والثني والتكيف مع الأسطح غير المستوية، مما يتيح لها استخدامات واسعة في العديد من التطبيقات.
- تعمل الخلايا الشمسية الطافية بشكل فعال في درجات حرارة مرتفعة وظروف جوية سيئة، مما يجعلها مثالية للاستخدام في المناطق التي تتعرض للظروف الجوية الصعبة.
- تتميز بمتانة عالية ومقاومة للصدمات والاهتراء، مما يجعلها طويلة الأمد وقادرة على تحمل الاستخدام الشديد والظروف القاسية.
- تساهم في توفير الطاقة والحد من استخدام الوقود الأحفوري والانبعاثات الضارة، مما يحسن جودة الهواء ويحمي البيئة.
شحن بطارية 200 امبير كم تحتاج الواح شمسية؟
يعتمد عدد الواح الطاقة الشمسية اللازمة لشحن بطارية 200 أمبير على العوامل المختلفة مثل معدل الشحن المطلوب ومعدل الاستهلاك وظروف الإضاءة ومعدل الخسارة في النظام وغيرها. ولذلك فإنه لا يمكن تحديد عدد الواح اللازمة بدقة دون المزيد من المعلومات. ومع ذلك، يمكن استخدام بعض الحسابات البسيطة والمتوسطة لتقدير عدد الواح اللازمة، ويمكن الحصول على هذه المعلومات من الموردين لأنظمة الطاقة الشمسية والخبراء في هذا المجال.
هل يمكن شحن بطارية السيارة بالطاقة الشمسية؟
نعم، يمكن شحن بطارية السيارة بالطاقة الشمسية باستخدام لوحات الخلايا الشمسية ومحول العاكس. ويمكن استخدام هذه الطريقة في العديد من الحالات، مثل الرحلات الطويلة أو الأماكن النائية التي لا توجد فيها مصادر طاقة أخرى، أو للحفاظ على البطارية في حالات الاستخدام القليل للسيارة. ومع ذلك، يجب مراعاة بعض العوامل مثل كفاءة الخلايا الشمسية وحجمها والإشعاع الشمسي وزاوية التثبيت والظروف الجوية وغيرها، والتي يمكن أن تؤثر على كفاءة الشحن ووقته.
