منظم شحن الطاقة الشمسية و انواعه MPPT و PWM و ماهي وظيفته

وظيفة منظم الشحن charge controller

منظم شحن الطاقة الشمسية او مايسمى كذلك المعدل الشمسي له وظيفة رئيسية كما يبين إسمه .و هي تنظيم شحن البطاريات. فهو يحرص على عدم حصول الشحن الزائد للبطاريات, حيث يقوم بقطع التيار عن البطاريات في حال وصولها الى مستوى معين من الشحن لا يصل الى 100% . و بهذه الطريقة يحافظ على سلامة البطاريات.بالاضافة الى ذلك فإن ال charge controller او المعدل الشمسي يقوم بتعديل الطاقة المتأتية من الالواح الشمسية بكيفية تسمح للبطاريات باخذ ما تستحقه من الجهد ومن التيار.بل اكثر من ذلك هناك انواع تعمل على تحسين اداء الالواح الشمسية و ذلك بجعلها تستخدم طاقتها القصوى.

انواع منظم الشحن

هناك نوعان رئيسيان من منظمات شحن الطاقة الشمسية و هما منظم الشحن MPPT و منظم شحن PWM و سنتحدث عنهما اكثر في الفقرات التالية لنعرف الفرق بينهما و ايهما نختار.

منظم الشحن PWM او (Pulse Wide Modulation)

منظم الشحن PWM يقوم بتقليص الجهد المتأتي من الألواح الشمسية لتحويله إلى الجهد المناسب لشحن البطاريات و هذا ما يتسبب في فقدان بعض الطاقة و تقليل كفاءة النظام. وهذه أهم عيوب منظم الشحن PWM . قيمة الكفاءة الضائعة مع هذا النوع من منظمات الشحن مرتبطة بالفرق بين قيم الجهد في الالواح الشمسية و البطاريات.و ميزة منظم الشحن PWM هي ان ثمينه رخيص مقارنة بالنوع الثاني MPPT. لذلك توجد حالات يمكن أن نختار فيها هذا النوع رغم قلة كفائته مقارنة بالنوع الآخر كما سنرى لاحقا.

منظم الشحن MPPT او (Maximum Power Point Tracking)

منظم شحن MPPT متطور على منظم PWM من ناحية الكفاءة. فهو يستغل الطاقة القصورى للالواح الشمسية. فهذا المنظك يأخذ الجهد المناسب لافضل كفاءة للنظام مهما اختلف الطقس واختلفت قيمة الاشعاع الشمسي.ففي الماضي كان يتوجب تقريب الجهد الذي تولده الالواح الى جهد البطاريات لتحسين الكفاءة. أما مع منظمات شحن MPPT فلا داعي لذلك فهي كما يوضح اسمها تتبع نقطة الطاقة القصوى. لكن كما ذكرنا فان سعر منظم MPPT اعلى من سعر منظم PWM. الآن و بعد أن ذكرنا مميزات و عيوب كل منظم شحن كيف نعرف اي نوع نختار لنظامنا الشمسي  منظم MPPT ام منظم PWM ؟

بصفة عامة المنظمات من نوع PWM تستعمل في حالات الطاقات الصغيرة اما المنظمات من نوع MPPT فيمكن استعمالها في حالات توليد طاقة كبيرة. و يمكن استعمال منظم PWM كذلك في الحالات التي يكون فيها الفرق بين الجهد الذي تولده الالواح و جهد البطاريات طفيفا. ففي هذه الحالة لا تنقص الكفاءة كثيرا. انظر الجدول التالي حول اختيار نوع المنظم:

الخانة على اليمين فيها عدد الخلايا المستعملة في اللوح الشمسي و جهد البطاريات المستعمل و في الخانة على اليسار نجد نوع منظم الشحن المناسب. و الآن سنأخذ امثلة للجهد المقدر و جهد الدائرة المفتوحة الذي تولده الالواح الشمسية مقارنة بعدد الخلايا الشمسية. ملاحظة: من الافضل قراءة الدرس الاول و الثاني من دورة الطاقة الشمسية من اجل فهم افضل.

30 خلية شمسية –> الجهد المقدر 12V  –> جهد الدائرة المفتوحة 18V

36 خلية شمسية –>الجهد المقدر 12V –> جهد الدائرة المفتوحة 21V

48 خلية شمسية –>الجهد المقدر 18V –> جهد الدائرة المفتوحة 30V

54 خلية شمسية –>الجهد المقدر 18V –> جهد الدائرة المفتوحة 33V

60 خلية شمسية –>الجهد المقدر 24V –> جهد الدائرة المفتوحة 36V

72 خلية شمسية –> الجهد المقدر 24V –> جهد الدائرة المفتوحة42V

120 خلية شمسية –> الجهد المقدر 48V –> جهد الدائرة المفتوحة 72V

120 خلية شمسية –> الجهد المقدر 48V –> جهد الدائرة المفتوحة 84V

طبعا هذه المعطيات تقريبية. و الاصل هو أن ننظر إلى معطيات صانع اللوح الشمسي.في الفقرة التالية سنرى كيف نقوم بحسابات منظم شحن الطاقة الشمسية كي تساعدنا على اختيار منظم بالخصائص المناسبة.

حساب بعض خصائص منظم شحن الطاقة الشمسية

حساب تيار الحمل  (يستعمل عادة لاختيار نوع MPPT)

تيار الحمل أو load current هو أهم خاصية يجب أن نعرفها عند اختيار منظم الشحن charge controller. فكل منظم شحن له تيار حمل أقصى يمكنه تحمله. لذلك علينا أن نقوم بحساب تيار الحمل الخاص بنظامنا الشمسي ثم نقوم باختيار منظم شحن يحمل نفس قيمة ال load current التي سنحسبها أو أكبر منها.هذه الخاصية تسمى أيضا تيار الشحن, لأن هذا التيار خارج من المنظم وذاهب الى البطاريات.

ومن أجل حساب هذه القيمة نقوم بالعملية الحسابية التالية:

تيار الشحن= الطاقة الجملية المولدة من الالواح الشمسية/جهد البطاريات الجملي

حسنا فلنطبق هذه القاعدة على مثال الدرس السابق حول الالواح الشمسية و لنفترض أن البطاريات التي سنشحنها تحمل جهد اجمالي بقيمة 24 فولط.وكما راينا في الدرس السابق فان الطاقة الاجمالية التي تولدها الالواح هي 8.8 kwh .لو فرضنا أن الشمس تظهر 5 ساعات في اليوم فقط اذن الطاقة  المولدة في الساعة هي 5/8.8= 1.76 kw اي 1760 واط .

اذن في حالتنا تيار الشحن= 1760 / 24 =73 امبير

بالامكان ان نحسب الطاقة المولدة من الالواح بطريقة اخرى ادق: الطاقة المولدة=طاقة اللوح الواحد* عدد الالواح المستعملة

في حالتنا الطاقة المولدة= 150*12= 1800 واط . اذن تيار الشحن=1800 / 24 = 75 امبير.

لا ننسى ان نضرب النتيجة التي و جدناها في عامل حماية قدره 1.25 فنتحصل على 75 * 1.25 =93.75 امبير.

اذن تيار الحمل load current  الخاص بمنظم الشحن يجب أن يكون مساوا او اكبر من 93.75 A.

حساب التيار الداخل الى منظم الشحن من الالواح الشمسية

من اجل خساب هذا التيار سنستعمل احد خاصيات اللوح الشمسي وهي Short Circuit Current و يرمز لها ب Isc 

قيمة التيار الداخل الى منظم الشحن= Isc *عدد الالواح المركبة بالتوازي*1.25

فلو فرضنا ان قيمة Isc is هي 8 امبير و ان عدد الالواح المركبة بالتوازي هو 2 اذن النتيجة ستكون كالآتي

8*2*1.25= 20 امبير

من خصائص منظم شحن الطاقة الشمسية نذكر كذلك جهد او جهود البطاريات التي يقدر على شحنها وهي عادة تساوي 12 او 24 او 48 او 60 فولط تيار مستمر طبعا. و من خصائص ال charge controller كذلك قيمة الجهد القصوى التي يتقبلها من الالواح الشمسية و لحساب هذا الجهد نستعمل خاصية جهد الدائرة المفتوحة للالواح الشمسية او  PV open circuit voltage و يرمز اليها ب Uoc. لذلك عند تركيب الالواح الشمسية يجب مراعاة عدم تجاوز الجهد الداخل للمنظم. و ما يزيد الجهد في الالواح هو التركيب المتسلسل لها كما راينا في الدرس السابق. لكن في الوقت ذاته لا يجب تخفيض هذا الجهد كثيرا حتى لا يقل عن مستوى شحن البطاريات في حالات ضعف الاشعاع الشمسي. فلا يوجد منظم شحن في العالم يمكنه شحن بطاريات 12 فولط مثلا بجهد اقل من 12.اذن باختصار علينا ان نحاول مضاعفة عدد الالواح المتوازية قدر المستطاع بدون تجاوز حد المنظم و ذلك كي نتمكن من زيادة جهد البطاريات قدر المستطاع كي نخفض الاموبير و بالتالي نخفض من حجم الاسلاك.

كذلك الطاقة القصوى للالواح الشمسية التي يمكن لمنظم الشحن تجملها هي من الخصائص التي نجدها في منظم الشحن.

و أرجو أن تكون قادرين بعد نهاية هذا الدرس على اختيار منظم شحن الطاقة الشمسية المناسب لنظامكم الشمسي.لا تنسوا دعم الموضوع باستفساراتكم و إضافاتكم.