كيفية تشغيل الطاقة الشمسية بدون بطارية: دليل كامل

هل تساءلت يوما إذا كان بمقدورك تشغيل الطاقة الشمسية بدون وجود بطاريات؟
هل تساءلت يومًا عما إذا كان يمكنك توصيل أحمالك مباشرة بألواح الطاقة الشمسية دون وجود بطاريات؟
اكتشف الإجابة على هذا والسؤال وغيره هنا

تحتاج الألواح الشمسية إلى مرجع تردد وجهد لتوفير مصدر طاقة ثابت، ويتم توفير هذا المرجع عادةً بواسطة البطارية أو الشبكة الكهربائية
على الرغم من أنه ليس شائعًا، إلا أنه من الممكن استخدام لوحة شمسية مباشرة بدون بطارية أو الشبكة الكهربائية كمرجع، ولكن تحتاج إلى استخدام جهاز إلكتروني يسمى محول DC إلى DC، والذي يثبت الجهد عند مستوى معين

هل يمكنني توصيل الألواح الشمسية مباشرة بالحمل الكهربائي؟

يعتمد أفضل إنتاج للطاقة من اللوح الشمسي الفردي على عدة عوامل مثل كفاءة الألواح الشمسية والتقنيات المستخدمة في تصنيع الأنواع المختلفة منها، ولكن أهم عامل هو نقطة الطاقة القصوى (Maximum Power Point – MPP) في منحنى الجهد والتيار (IV Curve).

منحنى الجهد والتيار للخلية الشمسية / التشغيل عند نقطة الطاقة القصوى

كما يظهر في منحنى الجهد والتيار، هناك جهد وتيار محددان يسمحان للوح الشمسي بالوصول إلى نقطة الطاقة القصوى (MPP)، ولكن يمكن أن يعمل اللوح الشمسي عند مجموعة واسعة من الجهود والتيارات. يمكن للوحدة الكهروضوئية (PV module) توفير الطاقة حسب الطلب طالما كان الجهد والتيار كافيين لتوفيرها، لكن خلال العملية بأكملها، لا تكون قيم الجهد والتيار ثابتة. هذه التقلبات في الجهد والتيار تجعل من الصعب تشغيل حمل تيار مستمر (DC) مثل الأجهزة الإلكترونية أو الأجهزة المنزلية بشكل مباشر باستخدام الألواح الشمسية.

إيجاد الحل المناسب لتشغيل الطاقة الشمسية بدون بطارية

إذا لم تتمكن من توصيل الحمل مباشرة باللوح الشمسي بدون مرجع للجهد مثل بطارية الدورة العميقة أو الشبكة الكهربائية، فما الحل؟ هناك حل بسيط يمكن أن يعمل لتشغيل حمل صغير أو متوسط باستخدام الألواح الشمسية بدون بطاريات أو اتصال بالشبكة. ولتحقيق ذلك، تحتاج إلى جهاز إلكتروني يسمى “محول من التيار المستمر إلى التيار المستمر” (DC to DC Converter).

قد يكون تشغيل حمل باستخدام لوح شمسي بدون بطاريات عبر محول DC إلى DC أمرًا معقدًا بعض الشيء. هذا المحول مصمم للعمل عند جهد ثابت معين، ما يعني أنك بحاجة إلى ضبطه ليعمل عند الجهد الأقصى الذي يمكن للوح الشمسي إنتاجه، مع الأمل أن يستمر اللوح في العمل عند هذا الجهد لأطول فترة ممكنة. بينما يعمل اللوح عند هذا الجهد، سيقوم محول DC إلى DC بوظيفته وتقديم خرج بجهد ثابت.

كيف يختلف محول DC إلى DC عن وحدة التحكم في الشحن؟

وحدة التحكم في الشحن (Charge Controller) هي نوع من محولات DC إلى DC، وهذا قد يسبب بعض الالتباس، لكنها لا يمكنها تحويل الطاقة من اللوح الشمسي بدون بطارية. تعمل وحدة التحكم في الشحن من خلال تنظيم تدفق الطاقة من الألواح الشمسية إلى البطاريات، حيث تقوم بشحنها ومن ثم إرسال الطاقة المتبقية مباشرة إلى العاكس (Inverter). يتم تصميم وحدة التحكم لتستخدم البطاريات كمرجع جهد، لذا يجب أن تكون البطارية متصلة.

على الجانب الآخر، فإن محول DC إلى DC يعمل بشكل مختلف. هذا الجهاز لا يحتاج إلى بطاريات ولا يعتمد عليها كمرجع للجهد. بدلاً من ذلك، لديه مرجع جهد دخل في التيار المستمر ويقدم خرجًا بجهد مستمر أيضًا. هذا يعني أنه إذا كان جهد اللوح الشمسي ضمن نطاق جهد الدخل للمحول، فسيتمكن الجهاز من تقديم خرج ثابت.

هل يمكن استخدام عاكس متصل بالشبكة أو عاكس هجين بدون محول DC إلى DC؟

قد تتساءل إن كان بإمكانك استخدام عاكس متصل بالشبكة أو هجين لتوصيل الألواح مباشرة بالحمل. الإجابة هنا هي “لا”. تحتاج العواكس المتصلة بالشبكة إلى الشبكة كمرجع، وهو ما لا يتوفر في العواكس الهجينة. هذه العواكس ستواجه مشاكل مع التغيرات في الجهد، مما يؤدي إلى مشكلات في تنظيم التردد والجهد الناتج. تعتبر العواكس أجهزة حساسة ولا يمكنها التعامل مع مدخلات متغيرة بدون مرجع للجهد.

هل يمكنك تشغيل حمل تيار متردد (AC) أثناء استخدام محول DC إلى DC وعاكس؟

نعم، يمكن فعل ذلك، ولكن فقط مع الأحمال الصغيرة. يمكن تشغيل حمل تيار متردد باستخدام محول DC إلى DC الذي يوفر جهد تيار مستمر ثابت لدخل العاكس. ومع ذلك، يجب أن تضع في اعتبارك أن العاكس يجب أن يكون عاكسًا مع شاحن أو عاكس بطارية. في هذه الحالة، يجب أن يتلقى اللوح الشمسي أشعة الشمس بالكامل لتوفير جهد ثابت، وسيعمل محول DC إلى DC على توفير الجهد المحول، والعاكس سيقوم بتحويل هذا الجهد إلى موجة جيبية نقية (AC Pure Sine Wave) لتشغيل الحمل الصغير أو المتوسط.

لماذا تعتبر البطاريات ضرورية جدًا في أنظمة الطاقة الشمسية خارج الشبكة؟

تتطلب أنظمة الطاقة الشمسية خارج الشبكة (Off-Grid PV Systems) بطاريات لسببين رئيسيين: استقرار الجهد والتردد وتخزين الطاقة.

استقرار الجهد والتردد السبب الرئيسي الذي يجعل البطاريات ضرورية في أنظمة الطاقة الشمسية خارج الشبكة هو استقرار الجهد والتردد. عندما يتطلب حمل التيار المتردد الطاقة، يحدث هذا في أجزاء من الثانية، وقد يؤدي ذلك إلى عدم استقرار الجهد أو التردد في الشبكة المنزلية.

تخزين الطاقة السبب الثاني هو تخزين الطاقة. البيوت خارج الشبكة تنتج الطاقة فقط خلال ساعات النهار، مما يعني أنه خلال المساء والليل، لن تنتج الألواح الطاقة. لتحقيق التوازن وضمان توفر الطاقة على مدار 24 ساعة، هناك حاجة إلى نظام تخزين للطاقة مثل البطاريات.

الميزات والعيوب لتشغيل الحمل مباشرة من اللوح الشمسي بدون بطارية:

الميزات:

عدم الحاجة إلى الإنفاق على البطاريات.

يمكن تشغيل بعض الأحمال الصغيرة والمتوسطة باستخدام هذه الطريقة خلال الانقطاعات.

العيوب:

لا يمكن تشغيل الأحمال ليلاً.

لا يوجد طاقة احتياطية في الأيام الغائمة.

خطر عدم الاستقرار في الجهد.

الخلاصة: هل يستحق استخدام الألواح الشمسية بدون بطاريات؟ بشكل عام، استخدام الألواح الشمسية بدون بطاريات غير موثوق وقد يتطلب مهارات فنية، لذا يُنصح دائمًا باستخدام البطاريات لضمان الاستقرار والفعالية في نظام الطاقة الشمسية.