الانشطة والاخبار

أطلق مركز المستقبل لبحوث الطاقة سلسلة هندسية متخصصة في تصميم منظومات الطاقة الشمسية، تهدف إلى رفع كفاءة وأمان منظومات الطاقة الشمسية المنفذة في العراق، من خلال تسليط الضوء على المبادئ الهندسية الصحيحة المعتمدة في التصميم الكهربائي وفق المعايير الدولية، مع مراعاة الظروف المناخية المحلية.

وتناولت الحلقة الأولى من السلسلة موضوع تحديد عدد الألواح الشمسية الموصولة على التوالي (PV String Sizing)، والذي يُعد من أكثر خطوات التصميم حساسية، نظرًا لتأثيره المباشر على سلامة العاكس (Inverter)، واستقرار عمل متتبع نقطة القدرة العظمى (MPPT)، والإنتاجية السنوية للمنظومة.
أولًا
: لماذا يُعد PV String Sizing عنصرًا حرجًا في العراق؟

الجهد الكهربائي للألواح الشمسية غير ثابت، ويتغير بتغير درجة حرارة الخلايا الشمسية، حيث:
• ينخفض الجهد عند ارتفاع درجات الحرارة (وهو الوضع السائد صيفًا في العراق)،
• ويرتفع الجهد عند انخفاض درجات الحرارة (في الأجواء الباردة شتاءً).

وفي حال عدم أخذ هذه التغيرات بالحسبان، قد يؤدي ذلك إلى:
• تجاوز الجهد الأقصى المسموح به للعاكس خلال الشتاء،
• أو خروج الجهد عن نطاق عمل MPPT خلال الصيف، مما يسبب انخفاضًا كبيرًا في القدرة المنتجة خلال أوقات الذروة.

ثانيًا: المعادلات الأساسية المستخدمة في PV String Sizing
يعتمد التصميم الصحيح على معادلتين أساسيتين:
حساب جهد الدائرة المفتوحة عند أدنى درجة حرارة (Voc at Cold Conditions)

تُستخدم هذه المعادلة لتحديد الحد الأقصى لعدد الألواح في السلسلة:

V_{oc(cold)} = V_{oc(STC)} \times \left[1 + (25 - T_{min}) \times \frac{TempCoeff_{Voc}}{100}\right]

حيث أن:
• V_{oc(STC)}: جهد الدائرة المفتوحة عند شروط الاختبار القياسية (STC)
• T_{min}: أدنى درجة حرارة محيطة متوقعة في الموقع (°C)
• TempCoeff_{Voc}: معامل تغير الجهد مع الحرارة (%/°C)

ومن ثم يتم حساب الحد الأقصى لعدد الألواح في السلسلة:

N_{max} = \frac{V_{DC(max,\ inverter)}}{V_{oc(cold)}}

وذلك لضمان عدم تجاوز الجهد الأقصى المسموح به للعاكس في أبرد الظروف.

⸻

حساب جهد القدرة العظمى عند أعلى درجة حرارة تشغيلية (Vmp at Hot Conditions)

تُستخدم هذه المعادلة لتحديد الحد الأدنى لعدد الألواح في السلسلة، وهو أمر بالغ الأهمية في العراق:

V_{mp(hot)} = V_{mp(STC)} \times \left[1 + (T_{hot} - 25) \times \frac{TempCoeff_{Vmp}}{100}\right]

حيث أن:
• V_{mp(STC)}: جهد نقطة القدرة العظمى عند STC
• T_{hot}: درجة حرارة تشغيل الخلايا الشمسية (65–70°C في العراق)
• TempCoeff_{Vmp}: معامل تغير جهد Vmp مع الحرارة (%/°C)

ومن ثم يتم حساب الحد الأدنى لعدد الألواح:

N_{min} = \frac{V_{MPPT(min)}}{V_{mp(hot)}}

وذلك لضمان بقاء الجهد ضمن نطاق عمل MPPT حتى في ذروة الصيف.

⸻

ثالثًا: مثال تطبيقي مناسب للبيئة العراقية

بافتراض لوح شمسي بالمواصفات التالية:
• V_{oc(STC)} = 50 V
• V_{mp(STC)} = 41 V
• معامل الحرارة = −0.3 %/°C
• الجهد الأقصى للعاكس = 1100 V
• نطاق MPPT الأدنى = 600 V
• T_{min} = -5°C
• T_{hot} = 70°C

النتائج التقريبية:
• V_{oc(cold)} \approx 55.4 V ⟹ N_{max} \approx 20 لوح
• V_{mp(hot)} \approx 36 V ⟹ N_{min} \approx 17 لوح

بالتالي يكون التصميم الآمن:
من 17 إلى 20 لوحًا لكل سلسلة

⸻

رابعًا: توصيات تصميمية للبيئات الحارة
• اعتماد درجات حرارة تشغيلية واقعية تصل إلى 70°C
• الحفاظ على هامش أمان لا يقل عن 10% دون الحد الأقصى لجهد العاكس
• توحيد أطوال السلاسل لكل MPPT
• التحقق من التصميم باستخدام برامج متخصصة مثل PVsyst