منظم الشحن الطاقة الشمسية

 

منظم الشحن جهاز الكتروني يقوم بتنظيم الجهد الكهربائي الوارد من الخلايا قبل مروره الي البطاريات والصادر من البطارية الى الحمل الكهربائي وذلك للمحافظة على البطاريات المستخدمة والتأكد من شحنها واستخدامها بصورة أمثل.

وظائف الشاحن الشمسي :

تنظيم شحن البطاريات بمعنى السماح بالشحن الكامل دون الوصول إلى حالة الشحن الزائد. فمثلا لو كانت البطاريات المستخدمة من نوع الجيل المعروف ان جهد 12.85 يعني وصول البطارية الي شحن بنسبة 100%, نجد المنظم يقوم بعملية شحن سريع حتي الوصول الي جهد 12.60 فولت (75% نسبة شحن). ثم بعدها تتناقص تدريجيا سرعة الشحن بصرف النظر عن التيار القادم من الألواح حتي يتم الوصول الي الجهد 12.85 (شحن كامل), و بعدها تتوقف عملية الشحن تماما و يتم فصل التيار القادم من الألواح. كل هذه العملية هدفها الحفاظ علي عمر بطاريات النظام.

تنظيم الجهد الكهربائي الوارد من الألواح قبل مروره الي البطاريات مثال: مع العلم ان الألواح القياسية 250-265 وات جهدها Voc=37.5 عند توصيل عدد 2 لوح علي التوالي يكون الجهد القادم من الخلايا 75V مطلوب شحن بنك بطاريات 48 فولت يتكون من 4 بطاريات 12V علي التوالي

هنا يقوم منظم الشحن بتخفيض الجهد لشحن البطاريات من 75 الي 51

هذه الوظيفة الأساسية للمنظم تؤدي الي الحفاظ علي البطارية. و قد يبدو للمبتدئين ان شحن البطارية سريعا من الخلايا بدون منظم مثل التونجر الشعبي شيء فعال و عملي و لكنه في النهاية يؤدي الي تلف و خسائر سريعة ايضا من الملاحظ ايضا ان جهد شحن بطاريات الطاقة يجب ان يزيد عن ال48 حتي تتم عملية الشحن. كما لأ يمكن توصيل لوح اوحد فقط جهده 37.5 ليقوم بشحن مجموعة بطاريات حهدها اكبر و ليكن 48V مثلأ…. (في تلك الحالة يجب ان يكون جهد بنك البطاريات 24 او 12.

حماية الأنواع القديمة لألواح من التلف وذلك بمنع مرور التيار الكهربائي بشكل عكسي من بطاريات النظام الى الألواح في المساء (حيث في الظلام تعتبر الخلية كحمل مستهلك للطاقة). و بالنسبة للنوعيات الحديثة من الخلايا الجيدة فمن المعلوم انها تحتوي علي دايود يحميها من هذه التيار العكسي علي اي حال.

فصل التيار الكهربائي عن البطاريات عند وصولها الى حدودها الدنيا من التخزين هذه الخاصية يطلق عليها Low Voltage Disconnect (LVD), فمثلا من المعروف من جدول جهد البطاريات عند نسب الشحن المختلفة ان وصول البطارية لجهد 12.2v يعني ان نسبة الشحن اصبحت 50% فقط. و هي النسبة التي يجب عندها فصل البطارية و عدم السماح بالمزيد من التفريغ للحفاظ عليها. فهنا يتم برمجة منظم الشحن ليقوم بفصل بنك البطاريات عند بلوغ جهد 12.2V و عندما يكون النظام 48v يتم برمجة الكنترولر ليفصل البطاريات عند جهد 48.8V و هكذا. من الملاحظ ان العديد من الناس يستخدم عدد بطاريات قليل لا يفي باحتياجات النظام ثم يقومون ببرمجة الكنترولر ليفصل عند قيم اقل من نسبة 50% شحن لتحقيق كفائة وهمية في حجم التخزين, هذه الطريقة الفاشلة في التحايل تؤدي دائما الي تلف البطاريات سريعا.

يحمي النظام من التيارات الكهربائية الزائدة او الناقصة او المتقلبة بفضل احتواءه على فيوزات ودوائر خاصة لذلك.

 يعمل كنظام مراقبة عن طريق المقاييس المستخدمة فيه بحيث يمكن أن يعطي ضوء إنذار عند حالات العمل غير النظامية.

انواع الشواحن المستخدمة في الأنظمة الفوتوفوطية

هناك نوعين اساسين من الشواحن هما PWM و MPPT.

منظم الشحن القديم من نوع PWM وهي اختصارا للكلمات (Pulse-width modulation) وسمي بهذا الاسم لان هذا النوع يقوم بارسال التيار الكهربائي الى البطارية على شكل نبضات كهربيائة تسمى (pulse) ويقوم هذا النوع بتعديل عرض النبظات وفقا لحجم التيار الكهربائي المخزن في البطارية. العيب الخطير في المنظمات PWM انها تقوم

بخفض الفولت مع الأبقاء علي نفس الأمبير

مثال: لوح 250 وات قياسي بتم توصيله بمنظم PWM لشحن بطاريتين 12 فولت تم توصيلهم علي التوالي الجهد الداخل الي المنظم 36 فولت و 5 امبير اثناء الظهر …. اجمالي القدرة بالوات = 36 * 5 = 180 وات نجد هنا ان المنظم سوف يقوم بخفض جهد شحن البطاريات الي 25.6 فولت مع ابقاء التيار عند 5 امبير الكهرباء التي يتم شحنها بالوات = 25.6 * 5 = 128 وات

الفاقد في الكهرباء= 30% !!

منظم الشحن MPPT

سميت هذه الشواحن بـ MPPT اختصارا من العبارة الانجليزية (Maximum Power Point Tracking) والتي تشير الى طريقة عملها (تتبع نقطة الطاقة القصوى)، وهي عبارة عن محولات تيار كهربائي dc-to-dc تقوم بتمرير التيار الكهربائي على شكل نبضات مثل النوع PWM تتميز المنظمات MPPT بقدرتها على الاستغلال الامثل للتيار الكهربائي القادم من الألواح لانها تقوم

بخفض الفولت مع رفع امبير الشحن

مثال: لوح 250 وات قياسي بتم توصيله بمنظم MPPT لشحن بطاريتين 12 فولت كما في المثال السابق لو كان الجهد الداخل الي المنظم 36 فولت و 5 امبير باجمالي قدرة 180 وات نجد هنا ان المنظم سوف يقوم بخفض جهد شحن البطاريات الي 25.6 فولت مع رفع التيار الي 7.03 امبير و الحفاظ علي اجمالي القدرة بالوات = 25.6 * 7.03 = 180 وات

الفاقد في الكهرباء= صفر%

و يتضح انه بأستخدام النوعية MPPT يمكن توصيل عدد اكبر من الألواح علي التوالي لرفع الجهد مع الحفاظ علي امبير منخفض بهدف

التوفير في مقطع السلك بين الألواح و المنظم

مع تقليل الفاقد, فمثلأ عندما نجد المنظم يدعم جهد للألواح PV in = 145V و جهد بنك البطاريات 24V فقط, يتم توصيل 4 الواح 250 وات علي التوالي لتعطي جهد 145V ثم توصيل باقي الخلايا علي التوازي فيكون النظام مضاعفات ال 4 .. 8 او 12 او 16 لواح…. هناك موديلات كونترولر MPPT تدعم جهد خلايا PV In يصل الي 600V عند بداية ظهور المنظمات MPPT كانت غالية الثمن و كان هناك جدل حول اقتصاديات استخدامها اما اليوم مع الأنخفاض الكبير في اسعارها حيث ان فرق السعر بينها و بين المنظمات PWM يتراوح بين 50-150 دولار في الأنظمة من 1-7 كيلو وات,

فقد اصبح استخدام المنظم PWM من الحماقات الكبيرة

التي انقرضت في جميع دول العالم عدا بعض الدول العربية حيث تقوم المصانع الصينية بصرف مخزونها القديم من هذه المنظمات العقيمة

منظم الشحن المدمج مع الانفرتر Built In

يتصور اغلب المشتغلين في المجال ان الفرق الوحيد بين الوحدات التي بها الانفرتر مدمج مع منظم الشحن و المنظم المنفصل عن الانفرتر هو فرق في المظهر. بل ان بعضهم يروج لأكذوبة ان الوحدات المنفصلة افضل لانها اكثر مرونة و تعطي امكانية لتغيير الانفرتر فقط او منظم الشحن فقط عند اللزوم و لكن الحقيقة ان الوحدات المدمجة يتم برمجتها لأعطاء الأولوية للحمل الكهربائي قبل شحن البطاريات Solar Priority, و هذه الخاصية الهامة لها ميزات جوهرية و هامة جدا.

عندما يكون منظم الشحن منفصل عن الأنفرتر, يقوم المنظم بشحن كل الطاقة القادمة من الألواح في البطاريات بصرف النظر عن الأحمال الكهربائية اللحظية, ثم يقوم الانفرتر بالحصول علي كل الطاقة المطلوبة من البطاريات ايضا. هذه الطريقة تودي الي دورات مستمرة من شحن و تفريغ البطاريات حتي أثناء النهار ، و يؤدي الي تقصير في عمر البطارية حيث عمرها مثلا ٢٠٠٠ دورة في النوعية الجل،و لكننا نستهلك ٢-٤ دورة في اليوم الواحد اما عند استخدم خاصية الSolar Priority الموجود في الوحدات المدمجة فان الأنفرتر يحصل علي احتياجات الأحمال للكهرباء من الألواح اولا دون المرور علي البطاريات, ثم يتم استخدام البطاريات فقط عند وجود عجز للطاقة. هذه الطريقة تؤدي الي إطالة عمر البطارية حيث ان عملية التفريغ تتم فقط اثناء الليل و لا تكون البطاريات مهلكة في دورات مستمرة من الشحن و التفريغ نهارا و ليلا دون داعي, كما هو الوضع في حال استخدام منظم شحن منفصل عن الانفرتر.

عملية الشحن و التفريغ للبطاريات و تحويل الطاقة الكهربائية الي طاقة كيميائية داخل البطارية و اعادة تحويلها الي طاقة كهربائية مرة اخري يتسبب في فاقد للكهرباء يصل الي 30% , و في حال استخدام منظم شحن مدمج مع انفرتر و يعمل بنظام Solar priority يتم تفادي الي حد كبير هذا الفاقد اثناء النهار, حيث تتحول الطاقة الكهربائية ألDC القادمة من الألواح الي طاقة AC مباشرة, ة تقتصر عملية شحن البطاريات علي فائض انتاجية الألواح و يتم استهلاك هذه الطاقة في الليل فقط

نطاق الجهد للمنظم MPPT

لكي يقوم الشاحن بوظيفته يجب ان يكون الجهد الداخل من الخلايا اكبر من جهد بنك البطاريات بحيز مريح. فمثلآ لو كان بنك البطاريات عبارة عن 2 بطارية 12 فولت تم توصيلها علي التوازي سوف يكون جهد بنك البطاريات = 24 فولت في هذه الحالة يجب ان يكون جهد الخلايا اكبر من 24 فولت ليتم شحن بطاريات النظام فلو تم مثلا توصيل لوحة شمسية صغيرة واحدة تعطي Voc جهد اقصي 15 فولت. هذه اللوحة لن تقوم ابدا باي عملية شحن للبطاريات في اي وقت من اليوم اما أذا تم توصيل لوحة تعطي جهد اقصي 37 امبير مثلأ, فهذه اللوحة سوف تقوم بشحن البطاريات فقط في اوقات سطوع الشمس التي تعطي جهد اكبر من 24 فولت. في هذه الحالة لن تقوم الخلايا باي عملية شحن وقت شروق الشمس ’ و سوف تبداء في عملها فقط عندنا يزداد قوة الأشعاع الشمسي ليصل بالخلية الي الفولتية المطلوبة و هي 24 فولت او اكثر. كما سوف تتوقف عملية شحن الطاقة وقت الغروب عندما يكون الجهد اقل من 24. هذه المعلومة تقودنا الي مواصفة هامة عند اختيار الشاحن و هي نظاق الجهد للمنظم. Voltage Range

مقارنة بين مواصفات المنظم

مواصفات منظم الشحن الأول MPPT مكتوب عليه انه يقبل نطاق جهد 14-145 من الخلايا الشمسية. و نتصور ان عندنا اللواح شمسية بقدرة 250 وات و لها جهد 36v فهذا يعني انه عند توصيل ٤ الواح شمسية علي التوالي بجهد اقصي =36 * 4 =144 و هو اقل من رقم 145 المكتوب علي مواصفة منظم الشحن. كما يتم توصيل بطارية واحدة بجهد 12v او بطارتين علي التوازي . هذه المنظومة سوف تبداء في شحن البطارية فور بلوغ الجهد 13v فور شروق الشمس مباشرة (7v حهد اللوحة الشمسية الواحدة) و سوف تتوقف عن شحن الطاقة عندما يبلغ جهد اللوحات الشمسية 14v عند الغروب. و يعتبر ذلك نطاق واسع و جيد جدآ يساعد علي اتمام عملية شحن البطارية. اما منظم الشحن الثاني الMPPT فلا يعمل الا من خلال توصيل بطارتين علي التوالي لتعطي جهد 24v, و في نفس الوقت لا يدعم وضع لوحتين علي التوالي بجهد 72v لان الجهد الأقصي المسموح به 50v فقط. في هذه الحالة يجب تركيب الألواح علي التوازي و سوف يبداء المنظم في العمل عندما تكون جهد الخلايا اكبر من 24 بعد مرور وقت طويل منذ شروق الشمس, ثم يتوقف عن العمل قبل الغروب بوقت طويل ايضا! و قد يتصور البعض للنظرة الأولي ان المنظم رقم 2 افضل لآنه يدعم جهد 24v عكس المنظم رقم 1 الذي يدعم جهد 12v فقط. لكن في حقيقة الأمر المنظم رقم 2 اسواء بكثير لأن نطاق الجهد المسموح به ضيق جدا و لا يسمح بتركيب الألواح علي التوالي. و لذلك يعتبر نطاق الجهد المسموح به من اهم مواصفات اي منظم شحن, و ينصح ان لأ تقل القيمة القصوي لنطاق الجهد عن 3 اضعاف القيمة الصغري حتي يعطي قدرة شحن جيدة اثناء غروب و شروق الشمس بالأضافة الي اوقات الظروف الجوية الممطرة. اما المنظمات PWM العقيمة فنطاق الجهد بها ضيق جدأ لأنها كما سبق شرحه تقوم بخفض الجهد دون زيادة الأمبير, و بالتالي كل زيادة في جهد الخلايا PV In عن جهد بنك البطاريات لن يؤدي الا في المزيد من الفواقد

النصائح و الخلاصة :

لا تقم مطلقا بشراء منظم شحن PWM مهما كان حجم نظامك او امكانياتك المالية و مهما حاول البائع اقناعك باي مميزات وهمية له, فقد اصبحت هذه النوعية شيء من الماضي, لأن الفاقد 30% الناتج عن استخدام هذه المنظمات العقيمة بدل لMPPT لأ تساوي ابداء اي وفر في ثمن المنظم. فمن الغير منطقي مثلأ شراء 8 الواح شمسية بدل 4 لتوفير بسيط في ثمن منظم الشحن

قم دائما باستخدام منظم شحن مدمج مع الانفرتر Built in في وحدة ذكية تتمتع بخاصية Solar Priority و ذلك للحفاظ علي عمر البطارية و كفائة عالية للأستفادة من الكهرباء التي تنتجها الخلايا

يفضل دائما أختيار الكونترلر MPPT الذي يدعم جهد دخول للخلايا PV In كبير, و ذلك بهدف تقليل الفاقد و مقطع السلك بين الخلايا و الكونترولر

مثال عملي للفواقد المتوقعة في حال عدم تطبيق هذه التوصيات: نظام مكون من 4 الواح شمسية 250w تم توصيلها علي التوازي كونترولر PWM 24v انفرتر مستقل سلك 4 مم بين الكونترولر و الألواح بطول 25 متر

التيار المار في السلك = 8.5 *4 = 34 امبير الجهد = 37V الفاقد في السلك يساوي 15% – يمكن حساب فواقد السلك من هذا البرنامج الخاص بموقعنا صافي الطاقة الداخلة الي الكنترولر = 85%

الفاقد نتيجة استخدام PWM يساوي 30% صافي الطاقة الداخلة الي البطاريات = 0.85 * 0.7 = 59.5%

الفاقد نتيجة دورة شحن و تفريغ البطاريات يساوي 30% صافي الطاقة الخارجة من البطاريات = 0.595 * 0.7 =

41.6% فقط

اعتقد ان ألقاء هذا الكنترولر و الانفرتر العقيم في اقرب صندوق قمامة و استبدله بكنترولر Mppt مدمج مع الانفرتر بخاصية برمجة Solar Priority هو الحل الوحيد لتفعيل المنظومة و الأستفادة القصوى من الخلايا

أسئلة شائعة :

ما هي افضل ماركات منظم الشحن؟

عند شراء منظم شحن و انفرتر يجب الأخذ في الأعتبار حقيقة ان هذه تكنولوجيا في تطور مستمر و سريع, و بالتالي شراء منتج ذو جودة فائقة و منشاء اوروبي او امريكي او خلافه يعبتر ضياع غبي للمال. لأنه في جميع الحالات بعد 3-5 سنوات سوف تجد نفسك مضطر الي تغيير هذا الجهاز حتي تستفيد من المميزات الجديدة للتكنولوجيا الأحدث. انه مثل شراء جهاز كمبيوتر غالي جدا بهدف ان عمره الأفتراضي سوف يكون 20 عام, بينما التجربة تقول انك سوف تقوم بتحديثه بعد 4 سنوات فقط. بالتالي من الافضل شراء منتج اسيوي ذو جودة معقولة و تم تجربته من قبل بأقل من نصف الثمن. و من المعلوم ان الشركات الأوروبية و الأمريكية تعاني الأن في عقر دارها و تقوم بغلق مصانعها لأن المستهلكين هناك يقومون بتطبيق هذا الفكرة.

كيف يتم حساب الأمبير المناسب للمنظم؟

الأمبير= القدرة بالوات / جهد النظام فمثلا لو عندك 2000 وات الواح و جهد النظام 48v سوف تحتاج الي منظم قدرته = 2000/48 = 40 امبير و يلاحظ هنا ان قدرة المنظم تعتمد علي الجهد فمثلأ منظم 60 امبير يعمل علي 12V لن تستطيع تركب عليه الأ 800 وات (3 لوح 250 وات) اما منظم اخر 60 امبير يعمل علي 48v سوف يسع 3200 وات خلايا (12 لوح 250 وات) و هذه نقطة تتسبب في حيرة لدي العديد من الناس الذين ينظرون فقط الي امبير منظم الشحن دون النظر الي جهد بنك البطاريات

قمت بشراء انفرتر قدرة 3 كيلو وات مدمج مع منظم شحن 12v و لكنه لأ يري الأ 800 وات من قدرة الألواح الشمسية, اين ذهب الباقي؟

لقد وقعت في خطاء تقليدي عند شراء الوحدة حيث انك لم تنظر الي مواصفة المنظم التي بداخلها و اعتقدت انك بمجرد بشرائك وحدة بها انفرتر 3 كيلو سوف تسطتيع تركيب 3 كيلو وات الواح عليها لقد قمت بشراء انفرتر 3 كيلو مدمج معه منظم 12V- 60amp يسع فقط 800 وات الواح هناك انفرتر 3 كيلو مدمج معه منظم 48V- 40amp يسع 2000 وات الواح بل يوجد انفرتر اخر 3 كيلو ايضا مدمج معه منظم 48V- 80amp يسع 4000 وات الواح قل المقاسات موجودة ….. يجب النظر الي مواصفة المنظم لمعرفة حجم الألواح التي يمكن تركيبها

هل يوجد منظم MPPT لأعمدة انارة الشوارع؟

بالطبع موجود و استخدامه ضروري جدأ الكنتولر نوع PWM الخاص بأنارة الشوارع انقرض استخدامه في اغلب الحالات عدا في بعض الدول العربية و الأفريقية نتيجة وجود مخزون قديم لدي المصانع تقوم بتصريفها بأسعار متدنية الي المستوردين, فلا تكن الزبون الساذج الذي يقوم بشراء هذه البضاعة الراكدة ، ودائما إختر الجيد  والأحسن هنا تكمن راحتك ،و نتمنا لك حظا موفقا وإلى القاء في يوم جميل و ساعة أفضل تحياتي. .ى