كيفية اختيار سعة البطارية لبرج إضاءة شمسي متنقل

لاختيار السعة المناسبة لبطارية برج الإضاءة الشمسي المتنقل، احسب أولاً حمل الطاقة الليلي، ثم اقسمه على عمق التفريغ المسموح به وكفاءة التحويل الإجمالية. يحتاج حمل إضاءة بقدرة 800 واط يعمل لمدة 10 ساعات إلى 8 كيلوواط/ساعة من الطاقة المزودة. إذا كان التصميم يسمح بعمق تفريغ يبلغ 80% ويفترض كفاءة مسار التفريغ تبلغ 90%، فإن السعة الاسمية الدنيا للبطارية تبلغ حوالي 11.1 كيلوواط/ساعة قبل إضافة هامش الطقس البارد أو التقادم أو الاستقلالية. تحدد السعة بالكيلوواط/ساعة (kWh) مدة التشغيل؛ بينما تحدد طاقة العاكس بالكيلوواط (kW) ما إذا كان بإمكان جميع الأحمال المتصلة العمل أو التشغيل. يجب التحقق من كلا التصنيفين.

“مجموعة بطارية بسعة 10 كيلوواط ساعة لتشغيل إضاءة LED بقدرة 800 واط - هل ستكفي طوال وردية ليلية كاملة؟” نسمع هذا السؤال من المقاولين، وأساطيل التأجير، ومديري المشاريع الذين يحتاجون إلى إجابة موثوقة قبل وصول المعدات إلى موقع بعيد.

الإجابة الصادقة هي: يعتمد ذلك على ما تعنيه عبارة “10 كيلوواط ساعة”. إذا كانت 10 كيلوواط ساعة من طاقة الإخراج القابلة للاستخدام، فإن وقت التشغيل النظري البسيط هو 12.5 ساعة. أما إذا كانت 10 كيلوواط ساعة من سعة البطارية الاسمية، فسيكون وقت التشغيل الفعلي أقصر بعد تضمين حدود عمق التفريغ، وخusسائر العكس (العاكس) والتوصيل، ودرجة الحرارة، وحالة البطارية، والأحمال الإضافية.

معادلة تحديد حجم البطارية

ابدأ بالطاقة، وليس بخيار البطارية القياسي للمورد. استخدم معادلة التخطيط التالية:

سعة البطارية الاسمية (كيلوواط-ساعة) = الحمل اليومي (كيلوواط-ساعة) × أيام الاستقلالية ÷ عمق التفريغ ÷ كفاءة مسار التفريغ

الحمل اليومي هو مجموع طاقة كل جهاز مضروبة في وقت تشغيله. تمثل أيام الاستقلالية المدة التي يجب أن يعمل فيها البرج دون طاقة شمسية كافية أو مصدر شحن آخر. عمق التفريغ هو حصة طاقة البطارية الاسمية التي تسمح بها استراتيجية التحكم المعتمدة. تأخذ كفاءة مسار التفريغ في الاعتبار الفقد بين البطارية والأحمال.

توضح وزارة الطاقة الأمريكية أن التخزين لا يتمتع بكفاءة 100%، وتُميِّز بين السعة الطاقة بالكيلوواط ساعة من سعة القدرة بالكيلوواط. استخدم القيم الخاصة بتكوين الشركة المصنعة للبطارية، والعاكس (المحول)، والنظام في التصميم النهائي؛ الأمثلة أدناه هي تقديرات تخطيطية.

الخطوة 1: اذكر كل حمولة

لا تقتصر على عدد رؤوس مصابيح (LED). قم بإدراج كل عنصر يسحب طاقة من البطارية: المصابيح، أدوات التحكم، القياس عن بعد، الكاميرات، الاتصالات، تدفئة أو تبريد البطارية، أدوات تحكم الصاري، المقابس الإضافية، وأي أدوات مسموح بها. قم بتسجيل كل من الواط والساعات. الأحمال التي تعمل وتتوقف بشكل دوري تحتاج إلى دورة عمل واقعية.

نتتيجة الإضاءة البالغة 8.0 كيلوواط ساعة هي تقدير يعتمد على تشغيل أربع وحدات إضاءة بقوة 200 واط بشكل مستمر لمدة 10 ساعات. وهي لا تمثل حمولة البرج الكاملة حتى تتم إضافة أدوات التحكم والملحقات. إذا خفتت وحدات الإضاءة خلال أجزاء من وردية العمل، فاحسب كل فترة تشغيل على حدة بدلاً من افتراض الحد الأقصى للإنتاج طوال الليل.

الخطوة 2: تحويل الاستخدام اليومي إلى السعة الاسمية

لنفترض أن إجمالي الحمل المورد ظل عند 8 كيلوواط/ساعة لليلة واحدة. مع عمق تفريغ تصميمي يبلغ 80% وكفاءة مسار التفريغ تبلغ 90%، يكون الحساب كما يلي:

8 كيلوواط ساعة ÷ 0.80 ÷ 0.90 = 11.1 كيلوواط ساعة سعة البطارية الاسمية

لهذا السبب لا يعني الحمل البالغ 8 كيلوواط ساعة تلقائياً بطارية بسعة 8 كيلوواط ساعة. إن حزمة بطاريات اسمية سعة 10 كيلوواط ساعة، تحت نفس الافتراضات، توفر ما يقريب من 7.2 كيلوواط ساعة للحمل، وهو ما يعادل حوالي تسع ساعات عند 800 واط قبل احتساب الأحمال الأخرى والهوامش. بالمقابل، إذا صرح أحد الموردين بأن “السعة القابلة للاستخدام هي 10 كيلوواط ساعة”، فاسأله عن المكان الذي تُقاس فيه هذه الطاقة القابلة للاستخدام وعن حدود التشغيل المتضمنة مسبقاً.

إشادة توجيهات المختبرات الوطنية لحجم التخزين بساعات الاستقلالية كمقياس مفيد وتؤكد على التحقق مما إذا كانت طاقة التفريغ بالكيلوواط تلبي الحمل المطلوب. كما تصف توجيهات الطاقة الشمسية على مستوى المرافق تقدير التخزين من الحمل اليومي، والاستقلالية، وكفاءة التحويل، والسعة القابلة للاستخدام لتقنية التخزين المختارة.

الخطوة 3: تحديد مستوى الاستقلالية المطلوب

لا يمكن تحديد حجم برج شمسي مع تخزين نقي بناءً على يوم مشمس واحد فقط. يجب مراجعة المورد الشمسي الموسمي للموقع، وفترات الغيوم المتتالية، والغبار، والثلوج، والتظليل، وتوجيه الألواح، وجدول التنظيف. إن متطلبات توفير الاستقلالية لمدة ليلتين تقريبًا تضاعف مصطلح الطاقة قبل اعتبار الهوامش الأخرى.

التصميمات الهجين تغير القرار. يمكن لمولد ديزل مدمج بشكل صحيح أو شاحن طاقة ساحلية تقليل متطلبات استقلالية البطارية، ولكن يجب أن تحدد أدوات التحكم متى يبدأ الشحن، ونطاق حالة الشحن المسموح به، وتملي حمل المولد، وما يحدث بعد فشل البدء. ذات الصلة دليل برج الإضاءة الهجين يشرح كيفية مقارنة مصادر الطاقة تحت دورة تشغيل واحدة.

الخطوة 4: التحقق من الشحن الشمسي

تجيب سعة البطارية عن مقدار الطاقة التي يمكن تخزينها؛ وهي لا تثبت أن المصفوفة الشمسية قادرة على تعويض تلك الطاقة كل يوم. قُم بتقدير التوليد الشمسي اليومي بناءً على طاقة المصفوفة، وساعات ذروة الشمس الخاصة بالموقع، والاتجاه، ودرجة الحرارة، والتظليل، وتراكم الأتربة، وفقدان الشحن:

طاقة الشمس اليومية (كيلوواط ساعة) = تصنيف المصفوفة (كيلوواط) × ساعات ذروة الشمس في الموقع × عامل تخفيض تصنيف النظام

على سبيل المثال، تنتج مصفوفة قدرها 2 كيلوواط تتلقى خمس ساعات مكافئة لذروة الشمس 10 كيلوواط/ساعة قبل تخفيض السعة. وستكون الكمية التي تصل إلى البطارية أقل. لا تستخدم هذا التوضيح كإنباء للموقع؛ احصل على بيانات مناسبة للموارد الشمسية وثّق افتراضات تخفيض السعة المختارة. تشير وزارة الطاقة (DOE) إلى أن الغيوم، والغبار، والضباب، والظل، والمطر، والثلوج، وفصول السنة، ووقتاً من اليوم تؤثر جميعها على الإنتاج الشمسي.

اقرأ لنا دليل وقت الشحن بالطاقة الشمسية لإلقاء نظرة فاحصة على مدخلات إعادة الشحن ظروف التشغيل.

سعة الطاقة وقوة العاكس أمران مختلفان

تحديد سعة التخزين بالكيلوواط-ساعة (kWh) المدة التي يمكن للنظام خلالها تزويد الطاقة. وتحدد القدرة المستمرة للمحول (Inverter) بالكيلوواط (kW) حجم الحمل الذي يمكنه تشغيله في وقت واحد. أما طاقة الذروة ومدتها فتحددان ما إذا كانت المحركات، أو المضخات، أو الضواغط، أو الأحمال المسموحة الأخرى يمكنها بدء التشغيل دون فصل حماية النظام.

قد تتوفر في البرج طاقة مخزنة كافية لوردية عمل بأكملها، ولكنه مع ذلك قد يفشل عندما يتم تشغيل حمل ذو تيار بدء تشغيل مرتفع. اطلب تصنيف العاكس المستمر، وتصنيف زيادة التيار ومدته، وجهد الخروج وتردده، وسلوك الحمل الزائد، وتخفيض التصنيف البيئي، والتوافق مع الأحمال المخطط لها. لا تقم بتوصيل أجهزة اللحام، أو المضخات، أو الأدوات ما لم يكن النظام بأكمله مصمماً ومعتمداً لها.

الطقس البارد، والحرارة، وتقادم البطارية

تغيرات درجات الحرارة تؤثر على الطاقة القابلة للاستخدام، وحدود الشحن، والمقاومة، والعمر التشغيلي. قد توفر البطاريات الباردة طاقة أقل، وتفرض بعض أنظمة الليثيوم قيوداً على الشحن دون درجة حرارة محددة للخلايا. يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تسريع الشيخوخة. لذلك، يجب اختيار غلاف البطارية، ومعدات التدفئة أو التبريد، والعزل، والتهوية، ومنطق التحكم معاً.

يجب ربط هامش التقادم بمتطلبات نهاية العمر الافتراضي بدلاً من اعتماده على نسبة مئوية غامضة. اطلب من المورد تحديد السعة المضمونة المحتفظة، وتعريف دورة الشحن، ونطاق درجات الحرارة، وعمق التفريغ، والمدى الزمني، وطريقة الاختبار. عبارة “خلايا الفئة الأولى” (Grade A) لا تمثل مواصفات أداء كاملة بحد ذاتها.

فحوصات كيمياء البطارية والغلاف

تختلف بطاريات فوسفات حديد الليثيوم عن بطاريات الرصاص الحمضية أو الجل في عمق التفريغ القابل للاستخدام، والكتلة، وسلوك الشحن، والاستجابة لدرجات الحرارة، والصيانة، وعمر الدورة، والحماية، ومتطلبات النقل. ويعتمد الاختيار الصحيح على تصميم النظام المعتمد وقواعد الوجهة.

راجع الغلاف كجزء من نظام البطارية. تأكد من حماية الدخول، ومقاومة التآكل، والصرف، والتهوية، والإدارة الحرارية، والعزل، وإمكانية الوصول للصيانة، وحماية الكابلات، والإيقاف في حالات الطوارئ، والملصقات، وتتعليمات الرفع أو المناولة، وضوابط مخاطر الحريق. يجب أن تتبع أعمال الكهرباء والبطاريات دليل الشركة المصنعة وأن يتم تنفيذها بواسطة موظفين مؤهلين.

أخطاء شائعة في تحديد المقاسات

• استخدام قدرة لوحة اسم المصباح مع تجاهل عناصر التحكم، والاتصالات، والإدارة الحرارية، وأحمال المخارج.
• معاملة سعة البطارية الاسمية كطاقة قابلة للاستخدام بالكامل.
• اقتباس وقت التشغيل بدون ناتج الإضاءة، الحمل، درجة الحرارة، حالة البطارية، وإعدادات القطع.
• حساب الحجم ليوم واحد صافٍ بدلاً من الاستقلالية المطلوبة للموقع والظروف الشمسية الموسمية.
• التحقق من كيلوواط ساعة (kWh) مع تجاهل قدرة العاكس المستمرة وقدرة الاندفاع.
• إضافة هامش تعسفي دون تحديد سعة نهاية العمر الافتراضي أو ظروف التشغيل.
• مقارنة أمبير-ساعة دون تأكيد جهد البطارية والطاقة القابلة للاستخدام.

معلومات للإرسال إلى المورد

السعة تعني الحسابات الرياضية وليست المخزون. أرسل إلى المورد قائمة الأحمال، جدول التشغيل الليلي، مستوى الإضاءة المطلوب، موقع الموقع، فترة التشغيل الموسمية، متطلبات الاستقلالية، الحد الأدنى والقصوى لدرجة الحرارة، مصدر الاحتياط المسموح به، الجهد والتردد، الأحمال الإضافية، القيود المفروضة على النقل، والʿمر التشغيلي المتوقع.

اطلب الحساب كتابةً، بما في ذلك طاقة البطارية الاسمية والقابلة للاستخدام، وعمق التفريغ المسموح به، وكفاءات التحويل، وتقييمات العاكس المستمرة وذات التيار المفاجئ، وافتراضات الطاقة الشمسية، وهامش نهاية العمر التشغيلي، وحمل الإدارة الحرارية، ووقت إعادة الشحن، والظروف الكامنة وراء كل ادعاء بشأن وقت التشغيل. يمكن للمشترين أيضاً مراجعة تشكيلة أبراج الإضاءة المحمولة التي تعمل بالطاقة الشمسية من كيو (Keyyou) ولدينا دليل تقييم الشركات المصنعة لأبراج الإضاءة الشمسية.

مراجع موثوقة

• وزارة الطاقة الأمريكية: أساسيات الطاقة الشمسية والتخزين
• المختبر الوطني لجبال روكي: نصائح تقنية لأنظمة الطاقة الشمسية مع التخزين
• المختبر الوطني للروكي: دليل الأنظمة الكهروضوئية الشمسية على مستوى المرافق
• أوشا 29 CFR 1926.56: إضاءة أعمال البناء

فيديو: تحجيم نظام الخلايا الشمسية المزود ببطارية

يوضح مقطع الفيديو هذا لنظام نموذج المستشار (System Advisor Model) الصادر عن أحد المختبرات الوطنية التابعة لوزارة الطاقة الأمريكية كيفية عمل مدخلات تغيير حجم الخلايا الكهروضوئية والبطاريات معاً. وهو يدعم طريقة الحساب ولكنه لا يغني عن مراجعة هندسية خاصة بالتكوين.

شاهد “Sizing a PV plus battery system in SAM” على يوتيوب.

الأسئلة الشائعة

الخلاصة النهائية

اختر سعة بطارية برج الإضاءة الشمسي المتحرك بناءً على الحمل الموثق ونفاد التشغيل. احسب الطاقة الليلية المُسلمة، وحولها إلى سعة البطارية الاسمية باستخدام عمق التفريغ المعتمد والفقر، وتحقق من إعادة الشحن الشمسي والاستقلالية، ثم تفحص طاقة العاكس، ودرجة الحرارة، والتقادم، والحلاف، واستراتيجية النسخ الاحتياطي. اطلب من المورد إظهار الافتراضات الكامنة وراء النتيجة. إن الحساب الشفاف أكثر فائدة من الادعاء بأن بطارية ما “أكبر” ببساطة.”

ملاحظة: جميع الأرقام الواردة أعلاه هي أمثلة تخطيطية وتقديرات. تعتمد المواصفات الفعلية على رسومات الشركة المصنعة، وبيانات المكونات المتحقق منها، والتكوين النهائي، وظروف الموقع. يرجى الرجوع إلى دليل اختيار المنتج والمراجعة الهندسية المسؤولة لمعرفة المعلمات الخاصة بكل طراز.