دراسة جدوى اقتصادية لمشروع محطة کهرباء للاستخدام المنزلي بالطاقة الشمسية

مقدمه الدراسة

     دراسة جدوى مشروع الطاقة الشمسیة من المتطلبات الضروریة التی یجب أن یقوم بها الإنسان لکی یستطیع تنفیذ مشروع الطاقة الشمسیة، حیث أن هذا المشروع یلزمه دراسة جدوى دقیقة.

حیث أنه من المشاریع الحدیثة فی ظل السعی الدائم من قبل الدولة للاعتماد على الطاقة الشمسیة بصفتها طاقة نظیفة بدلاً من إستخدام الوقود الذی ینفذ مع مرور الوقت بالإضافة إلى کونه أحد ملوثات البیئة.

أهمیة الدراسة للمشروع الطاقة الشمسیة

     تتمثل أهمیة مشروع الطاقة الشمسیة فی الطاقة الکهربائیة النظیفة التی یمکن الحصول علیها، بالإضافة إلى قدرة بیع هذه الطاقة بأسعار کبیرة، وفی نفس الوقت توفیر الطاقة الغیر متجددة مثل الفحم والبترول والغاز الطبیعی والذین یکونون بتکلفة عالیة، مما یعمل على خفض میزانیة أی دولة.

کما أن أهمیة هذا المشروع تتمحور فی الربح الکبیر الذی یحصل علیه کل من یفکر فی إقامة هذا المشروع، بالإضافة إلى الحصول على الطاقة من الشمس وهی طاقة لا تنفذ بأسعار قلیلة، بدلاُ من الإعتماد على الغاز والبترول أسعارها المرتفعة.

الهدف من دراسة المشروع الطاقة الشمسیة

     یعد مشروع الطاقة الشمسیة من المشاریع المفیدة والتی تهدف إلى الإستفادة من الطاقة الشمسیة بواسطة بعض الأدوات وتحویل هذه الطاقة إلى طاقة کهربائیة یتم استخدامها فی المنازل والمصانع.

کما یهدف هذا المشروع إلى الحصول على الطاقة النظیفة من الشمس بدلاً من إستخدام الطاقة الغیر متجددة والتی تضر البیئة بشکل کبیر بکل ما فیها.

مشکلة الدراسة

     تنبع مشکلة الدراسة فی وجود مصدر للطاقة الکهربائیة لمنزل بمزرعة او منطقة بعیدة عن الشبکة الحکومیة للکهرباء وبالتالی یمکن تلخیص المشکلة فی السؤال التالی:

هل یمکن تزوید منزل بعید عن شبکة الکهرباء الحکومیة بالکهرباء عن طریق الطاقة الشمسیة بأسلوب اقتصادی واقل تکلفة من تکالیف مد شبکة الکهرباء الحکومیة لموقع المنزل؟

فروض الدراسة

لا یوجد وسیلة تزوید کهرباء للمناطق النائیة بمشروعات الطاقة الشمسیة

ویتفرع من هذا الفرض الفروض الاتیة:

الفرض الفرعی الأول: لا تتوفر فی مصر وسائل بناء محطات منزلیة للتزوید بالکهرباء بالطاقة الشمسیة

الفرض الفرعی الثانی: تکالیف بناء محطات کهرباء منزلیة بالطاقة الشمسیة باهظة التکالیف

الاطار النظری

العوامل التی یتوقف علیها متوسط الطاقة الشمسیة الواصلة إلى سطح الأرض :

إن کمیة الإشعاع الشمسی الذی یصل إلى نقطة ما من سطح الأرض تختلف وفقاً لـ :

1. الموقع الجغرافی من سطح الأرض أی بعدها وقربها من خط الاستواء ومن مستوى سطح الأرض.
2. درجة میل الأشعة .
3. مدى صفاء السماء .
4. مقدار ما یمتص منهما فی الغلاف الجوی .

المتطلبات اللازمة لمشروع الطاقة الشمسیة

1. یتطلب هذا المشروع بعض المستلزمات الضروریة والتی تلزم لتولید الطاقة الشمسیة، وأولها هی الشمس، حیث تعد العنصر الأساسی لهذا المشروع، حیث أن طاقتها هی من تشغیل المشروع.
2. الألواح الشمسیة: توجد الألواح الشمسیة من خلال نوعین اساسین وهما الألواح الأحادیة والتی تعرف باسم “مونو”، ویتمیز بأنه یعمل بقدرة أکبر فی الأماکن التی تکون باردة.

• والنوع الثانی هی الألواح متعددة الکریستالات، والتی تتمیز بأنها تعمل بقدرة أکبر فی الأماکن التی تکون فیها الحرارة مرتفعة، لذلک فإن فی بلداننا العربیة یتم الإعتماد على هذا النوع.

1. البطاریات الخاصة بالطاقة الشمسیة: یحتاج المشروع إلى عدد من بطاریات الطاقة الشمسیة، والتی تتلخص وظیفتها فی تخزین الطاقة الشمسیة فی فترة النهار، وذلک لإستخدامها فی فترة اللیل، ویوجد منها عدد من الأنواع.

-    بطاریات الرصاص المفتوحة: یعتبر هذا النوع من البطاریات من الأنواع التی تستخدم بکثرة بالنسبة لهذا المشروع، ولکنه یتم تغییر السائل الذی یوجد بها من فترة لأخرى.

-    بطاریات الرصاص العازلة للماء: تعتبر هذا النوع من البطاریات یشبه إلى حد کبیر بطاریات الرصاص، ولکنه یختلف بأنه لا یحتاج إلى تغییر السائل.

وتتمیز هذا النوع بأنها ذات جودة جیدة بالإضافة إلى السعر المناسب، کما أنها طویلة بالنسبة لعمرها الافتراضی، کما أنها لا تتطلب صیانة کبیرة، کما أنها تعتمد على تیار ضعیف لکی تشحن، بالإضافة إلى مقاومتها للحرارة.

-    بطاریات النیکل والکادمیوم وکذلک هیدرید المعادن: تتسم هذان النوعان من البطاریات بأنها ذات قدرات صغیرة، بالإضافة إلى أشکالها المختلفة، کما أنها أصغر من بطاریات الرصاص، ولکنها ذات مساویء خاصة بفراغ شحنها بشکل تلقائی.

-    بطاریات اللیثیوم: تعتبر من الأنواع المستخدمة فی مشروع الطاقة الشمسیة، حیث تعتبر من البطاریات التی تستخدم بکثرة فی الأجهزة الدقیقة مثل الهواتف المحمولة والسیارات الکهربائیة، وتمیز بأنها سریعة فی الشحن.

ولکن هذا النوع غیر مناسب لنظام الطاقة الشمسیة بصورة کبیرة، حیث أنها یتم شحنها بصورة دقیقة، بالإضافة إلى أنها قد تنفجر إذا تجاوزت الحد الأقصى من الشحن، لهذا یجب إستخدام منظم شحن یتمیز بجودته العالیة.

الغرض من البطاریات الشمسیة: تحول الطاقة الشمسیة إلى طاقة کهربائیة بطریقة مباشرة.

استخدامها: تستخدم فی الآلات الحاسبة والأقمار الصناعیة والساعات .

اختیار المکان المناسب لإقامة مشروع الطاقة الشمسیة

• مشروع الطاقة الشمسیة من المشاریع المختلفة نسبیاُ، حیث أنه لا یحتاج إلى مکان مغلق أو تأجیر شقة أو بناء مصنع، ولکن هذا المشروع یمکن تنفیذه حیث توجد الشمس بصورة کبیرة فی الیوم.

• حیث یجب اختیار مکان یتناسب مع متطلبات المشروع مثل الشمس، لذلک فإن هذا المشروع یمکن تنفیذه فوق أسطح المنازل أو المصانع أو الشرکات، کما یمکن تنفیذه فوق قطعة من الأرض، والشرط الأساسی هو وجود الشمس.

ممیزات هذا المشروع

     یعتبر هذا المشروع مربح من الناحیة المادیة ومن الناحیة الاستهلاکیة، حیث أنه بالرغم من تکلفة الطاقة الشمسیة المرتفعة، إلا أن هذه الطاقة تستمر لمدة 25 عاماً، وهو ما یجعلها الأفضل.

یعتبر وسیلة نظیفة تحافظ على البیئة حیث لا ینتج عن استخدامها أی ملوثات للهواء مثل تولید الکهرباء من المولدات الغازیة او البترولیة.

تعتبر مصدر متجدد حیث ان الطاقة الشمسیة مصدر دائم لا ینفذ ابدا مثل الغاز او البترول

یمکن بیع الطاقة الکهربائیة للجمهور فی حالة عدم توفر مصدر حکومی لهم

یمکن بیع الطاقة الکهربائیة للشرکة الکهرباء الحکومیة فی حالة وصول الشبکة الى موقع المحطة بعد بناءها

دراسة جدوى مشروع الطاقة الشمسیة للمنازل

تعد دراسة جدوى مشروع الطاقة الشمسیة للمنازل من الأشیاء البسیطة والتی من الممکن تنفیذها بسهولة، وذلک لسهولة تنفیذ هذا المشروع فوق المنزل، کما أن دراسة جدوى مشروع الطاقة الشمسیة للمنازل توضح بشکل مفصل ما یحتاج إلیه هذا المشروع.

کیف تحسب تکلفة مشروع الطاقة الشمسیة؟

• إن تکلفة مشروع الطاقة الشمسیة تختلف باختلاف الأدوات التی یتم إستخدامها بالإضافة إلى عدد الألواح والبطاریات التی یتم شراؤها، ویتوقف تکلفة مشروع الطاقة الشمسیة على المساحة التی یمکن عمل المشروع علیها، وکذلک الطاقة المطلوبة، بالطبع تختلف إحتیاجات المنزل عن المصنع.
• حیث أن الألواح الشمسیة من الممکن أن یتکلف الواحد 130 دولار وذلک لتولید 250 وات، بالإضافة إلى أسعار البطاریات.

حساب الأرباح من هذا المشروع

• یجب أن یقوم صاحب المشروع بحساب التکالیف اللازمة لهذا المشروع، وذلک من خلال حساب عدد الألواح التی قام بشرائها وعدد البطاریات، ثم الحساب الدقیق لکمیة الوات التی تم إنتاجها، والبحث عن شرکة أو مصنع لشراء هذه الطاقة بأسعار عالیة.
• وبعد أن یتم بیع هذه الطاقة من خلال اتفاقیات مسبقة، یتم حساب الأرباح المتوقعة من خلال طرح التکالیف من الناتج العام من المشروع، وإذا کان الناتج أکبر فذلک دلیل على نجاح المشروع، أما إذا کان العکس، فیجب مراجعة هذا المشروع مرة أخرى من خلال التعدیل فی دراسة جدوى مشروع الطاقة الشمسیة.

فکرة مبسطة عن کیفیة العمل:

     یتضمن التصمیم المقترح للمحطة الشمسیة المتکاملة بالشبکة الکهربائیة یتکون التصمیم من ثلاث مراحل حیث تضم مجموعة من الخلایا الشمسیة هذا بالإضافة إلى المحطة الثانویة للطاقة الکهربائیة ومحولات للتیار الکهربائی المستمر إلى تیار متناوب ثلاثی الطور. وبذلک یتم تجهیز الطاقة  الکهربائیة المنتجة فی المحطة . التی تعمل على تغذیة  الشبکة الکهربائیة بالطاقة الکهربائیة المنتجة خلال فترة وجود الإشعاع الشمسی تجهز الطاقة الکهربائیة المنتجة المصفوفة الألواح الشمسیة إلى المحطة الثانویة للطاقة الکهربائیة (بالإضافة إلى شحن مجموعة من المجمعات الکهربائیة (بطاریات).. وثم یتم بعد ذلک تغیر نوعیة هذه الطاقة عن طریق محولات التیار الکهربائی و رفع التوتر بحیث یساوی توتر الشبکة.

وتعمل المحطة فی فترة اللیل أو فی فترة غیاب الإشعاع الشمسی عن طریق المجمعات الکهربائیة التی تم شحنها فی فترة ظهور الإشعاع الشمسی فان تصمیم المنظومة الشمسیة المباشرة یمکن أن یتکون منمصفوفة ألواح شمسیة مثبته عند زاویة میل محددة بالنسبة للمستوی الأفقی وموجه نحو الجنوب أو مصفوفات للألواح الشمسیة المجهزة بأنظمة التحکم لتوجیه هذه المصفوفات ومتابعة الحرکة الظاهریة للشمس.

خطوات العمل

1. حساب قدرة أجهزة المنزل بالکیلو واط ساعة للأجهزة على مدار الیوم.
2. حساب الطاقة المتبددة فی الانفرتر ومنظم الجهد
3. حساب الطاقة المطلوبة لتزوید المنزل بها بالکامل من الواح الطاقة الشمسیة
4. حساب عدد الواح الطاقة الشمسیة المطلوبة وتکلفتها
5. حساب المساحة المطلوبة فوق سطح المنزل لوضح الالواح الشمسیة علیها
6. حساب عدد البطاریات المطلوبة لتخزین الطاقة بها وتکلفتها
7. حساب تکلفة الملحقات (منظم الجهد. والانفرتر والاسلاک)
8. الحساب الإجمالی فی النهایة

مخطط کفاءة الأجهزة المستخدمة

شکل یوضح مسار التیار الکهربائی من الخلایا الشمسیة الى منظم الجهد لشحن البطاریات والتحویل التیار الثابت الى تیار متردد الى تشغیل الأجهزة المنزلیة

الطاقة المتبددة فی الانفرتر ومنظم الجهد

ذروة عدد ساعات الاشعاع الشمسی تقریبا 5.479

الطاقة المطلوبة لتشغیل الأجهزة المنزلیة 22.34  KW/DAY

الطاقة المفروض تغزی الانفرتر بها = 22.34 / 0.87 = 25.678 KW/DAY

للفقد فی الکفاءة 0.13 من الانفرتر والطاقة المفروض تغذی منظم الجهد بها = 25.678/0.88 = 29.179 KW/DAY للفقد فی الکفاءة 0.12 من منظم الجهد.

اذن المطلوب حوالى 29.179 کیلو واط لتزوید الانفرتر

ومنظم الجهد من الخلایا الشمسیة خلال 5.4 ساعة على مدار الیوم

والمطلوب خلال الساعة الواحدة = 291.179/5.4 = 5.4  KW/H کیلو واط ساعة.

لوحات الطاقة الشمسیة

     وبالعودة إلى ترکیب معدات الطاقة الشمسیة فهناک نوعان أساسیان من الألواح المستخدمة وهما الألواح الأحادیة ” مونو” والألواح المتعددة الکریستالات “بولی” أمّا الفرق بینهما فهو أنّ الألواح الأحادیة تعمل بکفاءة أکبر فی المناطق الباردة مقارنة بالألواح متعددة الکریستالات التی تعمل بکفاءة أکبر فی المناطق الحارة لذا هذا النوع یعتبر الاکثر استخداماً فی مناطق الدول العربیة ولحسن الحظ فإنّه أقل سعراً من نظیره.

وتترواح قدرة اللوح الواحد الإنتاجیة بین 100 و 350 وات، أما الألواح الأکثر استخداماً فهی التی تنتج الـ 250 وات.أ

تکلفة الالواح الشمسیة

سعر اللوح ذات قدرة 250 وات ومن نوع متعدد الکریستالات فیترواح بین الـ130 دولار و200 دولار لکل لوح شمسی إلاّ أنّ السعر قد یتفاوت ویتبدل بحسب معاییر أخرى ومنها نذکر اسم الشرکة المنتجة، وجودة الألواح وحتى ایضاً شروط الضمان.

وهنا علینا أن نذکر أنّ 4 ألواح مجتمعة یمکنها أن تولد واحد کیلو وات، لذا فإنّ تکلفة واحد کیلو وات تتراوح بین 520 دولار و 800 دولار.

     اما تکلفة الوات الواحد من الکهرباء فی الطاقة الشمسیة فهو تقریباً 1.6 دولار وهذا الرقم یتناقص مع التطور المستمر الذی یحدث فی هذا المجال.

فی حین تکلفة الطاقة الشمسیة لشقة عادیة فهی 200 کیلو وات أی تقریباً 2400 دولار، والجدیر ذکره أنّ هذه التکلفة لیست بسیطة إلاّ أنّها تدوم لمدة 20 سنة. أی انک کشخص لن تدفع فاتورة الکهرباء لمدة 20 سنة

إضافة إلى کون اسعار تجهیزات الطاقة الشمسیة قد انخفضت من 6000 دولار إلى 1500 دولار.

ومساحة اللوح الشمسی متر فی نصف متر ینتج 150  W/H  واط ساعة اذا المتر یعطی 300 W/H  واط ساعة مکون من لوح خلایا شمسیة والمطلوب = 5.4   KW/H کیلو واط ساعة أی 5400/300 W/H  واط ساعة = 18 متر مربع أی 36 لوح طاقة شمسیة متر فی نصف متر  أی 40 لوح تقریبا.

بطاریات الطاقة الشمسیة

     وظیفتها تخزین الطاقة الکهربیة التی ولدتها الألواح اثناء سطوع الشمس فی ساعات النهار. و نستخدم هذه الطاقة الکهربیة المخزنة اثناء فترة غیاب الشمس بالمساء. هذه الفکرة تستخدم فی معظم النظم الکهروضوئیة المستقلة عن الشبکة بالنسبة لأعمدة الأنارة فغالبا ما یتم الأکفاء ببطاریة واحدة أو اثنین.

اما الطلمبات فعادة لا تحتاج الی تخزین طاقة و یتم الأکتفاء بالری النهاری.

و لا یمکن استخدام بطاریة السیارة فی النظم الفوتوفولطیة لان بطاریة السیارة ستفسد بعد فترة قصیر لانها مصممة لکی تعطیک کمیة کبیرة من الشحنة الکهربیة فی فترة قصیرة.
وهذه الفترة هی فترة بدایة دوران المحرک و باقی الوقت یتم شحنها عن طریق الدینامو فی السیارة.

و ذلک علی عکس بطاریات الطاقة الشمسیة التی هی مصممة لکی یتم شحنها طوال فترة سطوع الشمس ثم تقوم بتفریغ شحنتها طوال اللیل و تسطیع ان تقوم بعملیة الشحن فی وقت طویل وبتیار منخفض وکذلک تستطیع تفریغ الشحنة فی وقت طویل.

کما ان یمکن شحنها و تفریغها بنسبة تصل الی 50% لتعیش 3000 دورة،  وهذا رقم کبیر جدا مقارنة ببطاریة السیارة التی لن تعیش اکثر من 100 دورة عند تفریغها بنسبة 50%
و تسطتیع بطاریة الشحن العمیق ان تفرغ شحنتها کاملة دون ان تتلف 200 مرة أما بطاریة السیارة العادیة فقد تتحمل تفریغ ما بین 12 الی 15 مرة فقط.

حساب تکلفة البطاریات

تستخدم بطاریات 24 فولت 200 امبیر / ساعة یتم توصیلها على التوازی ولحساب عدد البطاریات المطلوب تزویدها بها الطاقة المفروض تغذیة البطاریات بها بعد عبور منظم الجهدED) ) 25.678  KW/DAY

بافتراض أن کفاءة البطاریات هی = 0.85 EFF))

وبافتراض أیضا ان عمق الشحن = 0.75 DOD))

سعة التیار المطلوب للبطاریات تضح من العلاقة التالیة:

C_AH = ED/(DOD X EFF) = 25.678/(0.75 X 0.85 X 24) = 16783

تشحن البطاریات لمدة یوم ونصف = 16783  X  1.5 = 2517.45

عدد البطاریات المطلوبة 2517.45/200 = 12.58725 اى 13 بطاریة تقریبا

اذا المطلوب 13 بطاریة تقریبا یتم توصیلها على التوازی

البطاریة المطلوبة خاص لأستخدامات الطاقة الشمسیة یجب ان تکون بطاریات شحن عمیق حاصلة علی شهادات الجودة ISO!.

منظم الشحن

منظم الشحن (solar charge controller) جهاز الکترونی یقوم بتنظیم الجهد الکهربائی الوارد من الخلایا قبل مروره الی البطاریات والصادر من البطاریة الى الحمل الکهربائی وذلک للمحافظة على البطاریات المستخدمة والتاکد من شحنها واستخدامها بصورة أمثل.

وظائف الشاحن الشمسی

• تنظیم شحن البطاریات بمعنى السماح بالشحن الکامل دون الوصول إلى حالة الشحن الزائد. فمثلأ لو کانت البطاریات المستخدمة من نوع الجل من المعروف ان جهد 12.85 یعنی وصول البطاریة الی شحن بنسبة 100%, نجد المنظم یقوم بعملیة شحن سریع حتی الوصول الی جهد 12.60 فولت (75% نسبة شحن). ثم بعدها تتناقص تدریجیا سرعة الشحن بصرف النظر عن التیار القادم من الألواح حتی یتم الوصول الی الجهد 12.85 (شحن کامل), و بعدها تتوقف عملیة الشحن تماما و یتم فصل التیار القادم من الألواح. کل هذه العملیة هدفها الحفاظ علی عمر بطاریات النظام.
  • تنظیم الجهد الکهربائی الوارد من الألواح قبل مروره الی البطاریات مثال: مع العرف ان الألواح القیاسیة 250-265 وات جهدها Voc=37.5 عند توصیل عدد 2 لوح علی التوالی یکون الجهد القادم من الخلایا 75V مطلوب شحن بنک بطاریات 48 فولت یتکون من 4 بطاریات 12V علی التوالی هنا یقوم منظم الشحن بتخفیض الجهد لشحن البطاریات من 75 الی 51هذه الوظیفة الأساسیة للمنظم تؤدی الی الحفاظ علی البطاریة. و قد یبدو للمبتدئین ان شحن البطاریة سریعا من الخلایا بدون منظم مثل التونجر الشعبی شیء فعال و عملی و لکنه فی النهایة یؤدی الی تلف و خسائر سریعة ایضا من الملاحظ ایضا ان جهد شحن بطاریات الطاقة یجب ان یزید عن ال48 حتی تتم عملیة الشحن. کما لأ یمکن توصیل لوح اوحد فقط جهده 37.5 لیقوم بشحن مجموعة بطاریات حهدها اکبر و لیکن 48V مثلأ…. (فی تلک الحالة یجب ان یکون جهد بنک البطاریات 24 او 12.
  • حمایة الأنواع القدیمة لألواح من التلف وذلک بمنع مرور التیار الکهربائی بشکل عکسی من بطاریات النظام الى الألواح فی المساء (حیث فی الظلام تعتبر الخلیة کحمل مستهلک للطاقة). و بالنسبة للنوعیات الحدیثة من الخلایا الجیدة فمن المعلوم انها تحتوی علی دایود یحمیها من هذه التیار العکسی علی ای حال.
  • فصل التیار الکهربائی عن البطاریات عند وصولها الى حدودها الدنیا من التخزین هذه الخاصیة یطلق علیها Low Voltage Disconnect (LVD), فمثلأ معروف من جدول جهد البطاریات عند نسب الشحن المختلفة ان وصول البطاریة لجهد 12.2v یعنی ان نسبة الشحن اصبحت 50% فقط. و هی النسبة التی یجب عندها فصل البطاریة و عدم السماح بالمزید من التفریغ للحفاظ علیها. فهنا یتم برمجة منظم الشحن لیقوم بفصل بنک البطاریات عند بلوغ جهد 12.2V و عندما یکون النظام 48v یتم برمجة الکنترولر لیفصل البطاریات عند جهد 48.8V و هکذا. من الملاحظ ان العدید من الناس یستخدم عدد بطاریات قلیل لأ یفی باحتیاجات النظام ثم یقومون ببرمجة الکنترولر لیفصل عند قیم اقل من نسبة 50% شحن لتحقیق کفائة وهمیة فی حجم التخزین, هذه الطریقة الفاشلة فی التحایل تؤدی دائما الی تلف البطاریات سریعا.
  • یحمی النظام من التیارات الکهربائیة الزائدة او الناقصة او المتقلبة بفضل احتواءه على فیوزات ودوائر خاصة لذلک.
  •  یعمل کنظام مراقبة عن طریق المقاییس المستخدمة فیه بحیث یمکن أن یعطی ضوء إنذار عند حالات العمل غیر النظامیة.

الانفرتر

هو جهاز یقوم بتحویل التیار المستمر الى تیار متردد .کتحویل جهد بطاریة السیارة الى کهرباء منزلیة

استخدمات الانفرتر

هو مصدر کهرباء متنقل لتشغیل الاجهزة المنزلیة الکهربائیة فی حالة انقطاع التیار الکهربائی هوم باور یستطیع تشغیل أکثر من جهاز منزلی فی نفس الوقت وبدون ضوضاء.

اکثر استخدام للانفرتر یکون مع الواح الطاقة الشمسیة حیث تقوم الالواح بشحن بطاریات ویقوم الانفرتر بتحویل التیار المستمر المخزون فى البطاریات الى تیار متردد. ( عادة ما یکون ذلک فی الاماکن التی لایصلها کهرباء الشبکة.

معاییر اختیار الانفرتر:

اولا: قدرة الانفرتر المطلوب فمثلا هل ترید تشغیل کمبیوتر فقط ام ستقوم بتوصیل التلفزیون وبعض اللمبات ام تحتاج لتشغیل احمال اکثر وتقاس قدرة الانفرتر بـالوات بحسبة بسیطة یمکنک حساب استهلاکک او یمکنک سرد الاجهزة التى ستقوم بتشغیلها وسیقوم البائع بتحدید القدرة المناسبة التى تحتاجها لتشغیل تلک الاجهزة.

ثانیا: کفائة تحویل الطاقة(Power Efficiency) وهى تحدد جودة الانفرتر فى تحویل التیار المستمر الى تیار متردد وتقاس بنسبة مئویة فمثلا الانفرتر الذى کفائته 86 % یعتبر جید وافضل من الانفرتر الذى کفائته 80%

انواع الحمایات الموجودة بالانفرتر فمثلا هل یحتوى على حمایة:

1. من الحمل الزائد(Overload)
2. قصر الدائرة  (Short-circuit)
3. الحرارة الزائدة (over heat)
4. الحمایة من ضعف البطاریة عند وصولها الى حد معین حتى لا تتلف وغیرها من الحمایات الأخرى
5. اى انواع البطاریات یمکن استخدامها مع الانفرتر فمثلا 12 فولت او 24 فولت قم باختیار الانفرتر المناسب لنوع البطاریات التى یمکنک الحصول علیها بسهولة

التحذیر:

الانفرترات الصینى ذات السعر المنخفض کثیرا ما تکون القدرة الاسمیة او القدرة المدونة علیها اقل بکثیر من القدرة الفعلیة فعلى سبیل المثال قد تقوم بشراء انفرتر بسعر 280 جنیه على انه واحد کیلو وات (1000 وات) ولکن عندما تضع احمال علیه اکثر من 300 وات تجده لا یستطیع تشغیلها والسبب هو ان قدرته الفعلیة لا تتعدى ال300 وات.

تثبیت الألواح

یمکن تنقسم هیاکل تثبیت الألواح الشمسیة الی ثلأث انواع رئیسیة من حیث الحرکة:

1. الهیاکل الثابتة: یتم تثبیت الألواح الشمسیة علی زاویة میل ثابتة تعطی افضل انتاجیة للألواح الشمسیة خلال العام
2. هیاکل متحرکة فی محور واحد: فی هذا النوع یتم تعدیل زاویة میل الخلایا الشمسیة و تحریکها

-       یدویا مرتین او اربع مرات فی العام فی بدایة کل موسم

-       عن طریق موتور یعمل فی محور واحد یقوم بتحریک الألواح عدة مرات فی یوم من الشروق حتی الغروب.

1. هیاکل متحرکة فی محورین: یتم ترکیب بموتور “tracker” یتتبع اشعة الشمس و تتحرک الخلایا خلال الیوم لتکون دائما عمودیة علی اشعة الشمس, و ذلک بغرض الوصول الی اقصی انتاجیة ممکنة للنظام الشمسی. و یتم الحرکة فی محورین.

-    محور شرق – غرب: حیث یتم توجیه الألواح نحو الشرق فی الصباح و تتحرک خلأل النهار حتی یصل بها المطاف الی الغرب عند الغروب.

-    محور رأسی: عند الشروق تکون الخلایا عمودیة علی اشعة الشمس و بالتالی تکون زاویة توجیها رأسیة، و تبداء هذه الزاویة فی الأنخفاض خلأل التهار مع ارتفاع الشمس فی السماء حتی تصل الی اقل قیمة فی الظهر, وبعدها تبداء زاویة توجیه الألواح فی الأرتفاع لتصل الی الوضعیة الرأسیة مرة اخری عند الغروب.

کابلات الطاقة الشمسیة و مشتملتها

کابلات الطاقة الشمسیة من اهم عناصر المنظومة.
الکثیر من المشاکل التطبیق تکون ناتجه عن اهمال الأقطار المناسبة للکابلات
یتم استخدام کابلات خاصة معزولة بعزل حراری و مائی طبقأ للمواصفات الفنیة.
جمیع کابلات الطاقة الشمسیة مصنوعة من شعیرات النحاس المقصدر Tinned Copper عالی الجودة.

اول خطوة فی تصمیم مقطع السلک هو تحدید شدة التیار المار به هذه الخطوة سهلة بالنسبة دوائر التیار المستمر القادم من الخلایا , حیث یتم استخدام قیمة Isc الموجودة فی مواصفات الألواح فی حال وجود اکثر من مصفوفة شمسیة علی التوالی یکون شدة التیار = عدد المصفوفات علی التوازی × Isc
اما فی حال التیار المتردد فیتم حساب شدة التیار بناء علی الpower factor

حمایة منظومة الطاقة الشمسیة

     الفیوزات و القواطع تستخدم فی حمایة منظومة الطاقة الشمسیة من اصطیاد النار إذا حدث ماس کهربائی، کما تحمی الأسلاک من السخونة الزائدة التی تتسبب فی الحرائق.

خطورة الحرائق فی المنظومة الشمسیة لها عدة اسباب :

     الشمس تقوم بتولید الطاقة الکهربائیة بصفة مستمرة, و بالتالی فی حال حدوث ای ماس کهربائی لأ یمکن فصل التیار الأ من خلال هذه القواطع. و الوضع نفسه صحیح بالنسبة الی البطاریات التی تقوم بتفریغ شحنتها الکهربائیة فی النظام بصرف النظر عن وجود ماس کهربائی من عدمه, حتی یتم تفریع هذه البطاریات بالکامل.

فی التیار المتناوب AC هناک مرور الطبیعی الی جهد صفر مع کل دورة 50 مرة فی الثانیة الواحدة، عکس التیار المستمر DC حیث الجهد ثابت و التیار یتدفق فی اتجاه واحد بصورة منتظمة.

ممنوع تماما فی النظم الشمسیة استخدام ای قواطع تیار AC عادیة غیر مخصصة للطاقة الشمسیة فی لوحات الحمایة لأنها لن تؤدی عملها فی نظم الطاقة الشمسیة و لن تحمی من النار و الحرائق فی حال وجود ای مشکلة. یحدث هذه القوس الناری ایضا عند فصل الأحمال عن التیار المستمر.

قاطع اوفر لود

الدراسة المیدانیة

التکالیف

1. سعر لوح خلایا شمسیة بولی کریستال 150 وات، ینتج 18 فولت بسعر 1500 جنیه  تکلفة الالواح = 40 لوح X 1500 = 60000جنیة  بعمر افتراضی من 20 الى 25 عام.
2. تکلفة البطاریات 200  امبیر24 فولت = 5100 جنیه مصری  X  13 بطاریة  = 66300 جنیه العمر الافتراضی من 10 الى 15 عام.
3. منظم شحن طاقة شمسیة 12/24 فولت دیجتال 50 امبیر سعر 849 جنیه مصری.
4. سعر الانفرتر  7470.5  جنیه مصری .
5. سعر الهیکل الثابت 2000 جنیه من الالمنیوم.
6. سعر الکابلات نحاس  6 مم2       لفة متر50           745 جنیة.
7. سعر 4 قاطع 180 جنیة مصری.

التکالیف البیئیة لاستخدام مولد کهربائی:

• ·                     أولا: تلوث البیئة

الملوثات الرئیسیة للهواء من الحصول على الطاقة الکهربائیة من مولد کهرباء یعمل بالدیزل

• فی الجانب الاول من حسابات التلوث الهوائی نلاحظ ان تراکیز الملوثات الناتجة من المولدات العاملة بالدیزل تساوی تقریبا (10%)  من اول اوکسید الکربون وتکون اعلى من المحدد المسموح به (35 ppm) وهذا بدوره یساعد على ازدیاد تلوث الهواء بنسبة کبیرة وتکون مرکبات الرصاص منعدمة فی الدیزل ومقارنة بترکیز SO2  الناتج من مولدات  الدیزل وهو اعلى من المحدد المسموح به (0.1ppm) فی حالة مولدات الدیزل. اما مجموعة الدقائق العالقة فیقصد بها دقائق الدخان المنبعث والابخرة الهیدروکربونیة والسخام وقد تکون صلبة او سائلة وهی ذات احجام اقل من ( (10 مایکرو متر ونلاحظ بان مقدارها فی مولدة الدیزل حیث ان مشکلة محرکات الدیزل الرئیسیة هی الرائحة والدخان . ومن الناحیة الاقتصادیة یعتبر الدیزل اکثر اقتصادا للوقود واکثر امان من ناحیة اخطار الحریق حیث ان وقود الدیزل اقل تطایرا من  یضاف الى ذلک ان محرکات الدیزل فان سرعة دورانها بطیئة وعالیة العزم وان عملیة الاشتعال فی محرک الدیزل بطبیعتها تحتاج الى وقت اکثر لذلک محرک  یدور عدد دورات اکثر فی الدقیقة الواحدة.
• اختلاف تراکیز الملوثات التی تسببها والدیزل حیث تزداد تراکیز الملوثات وهی Soot,Pb, SO2,NO,CO) ) الناتجة من مولدات الدیزل.
• اما فی الجانب الثانی من الدراسة حیث تعتبر المولدات الکهربائیة من الاجسام التی تبعث بالموجات الصوتیة فی جمیع الاتجاهات والتی تنتشر بشکل کروی حول موقع المصدر اذا کان فی الهواء لذلک اخذنا فی دراستنا المعدل من4)) اتجاهات. وتختلف اتجاهیة هذه الموجات الصوتیة حسب موقع هذا المصدر بالنسبة للسطوح المجاورة مما یؤثر على قیم کثافة الطاقة الصوتیة ومنسوب الضوضاء المنبعثة منه (مجید,2008). کذلک نلاحظ ان الفرق فی مستوی الصوت فی البدایة بین المسافات یکون اکبر ثم یبدأ بالتناقص تدریجیا مع کبر المسافة.ومن على بعد (10م) نجد ان مقدار الضغط الصوتی  لمولدة  (73م) ولمولدة الدیزل بوجود کاتم (63.1 م) ولمولدة الدیزل بدون کاتم (  89.2م) وبناء على الاستنتاج السابق بانه عند مضاعفة المسافة یقل الضغط الصوتی بمقدار (7-6) م نجد اننا نحتاج  وضع مولدة على بعد (80) م على الأقل  لکی نحصل على مقدار ضغط صوتی مقارب الى شروط منظمة الصحة العالمیة و نحتاج وضع مولدة الدیزل (بوجود کاتم)  على بعد (40 )م او اکثر لکی نحصل على مقدار ضغط صوتی مقارب الى شروط منظمة الصحة العالمیة و نحتاج  وضع مولدة الدیزل (بدون کاتم) على بعد نصف کیلو متر فما فوق  لکی نحصل على مقدار ضغط صوتی مقارب الى شروط منظمة الصحة العالمیة. نلاحظ ان ازدیاد درجة حرارة الهواء تزید من سرعة الضوضاء وکذلک تتأثر شدة الضوضاء بالرطوبة النسبیة وان سرعة الریاح واتجاهها تؤثر على انتقال الضوضاء.

آثار التلوث

• إصابة معظم الناس بنوبات من التوتر النفسی والأرق والضغوطات العصبیّة، وما ینتج عنها من إضطرابات فیسیولوجیّة کأمراض الضغط والسکری وآلام الرأس، وارتفاع نسبة الکولیسترول، واضطرابات البصر، ومشاکل الغدد الصماء فی الجسم.
• انخفاض قدرة الإنسان الإنتاجیّة بنسبة کبیرة، نظراً لصعوبة الترکیز فی العمل، وإرتفاع معدل الإصابة بالإرهاق.
• التأثیر المباشر على صحّة الإنسان، والتسبب بالکثیر من الأورام السرطانیّة الخبیثة.
• تلف الکثیر من المحاصیل الزراعیّة، وانخفاض معدلات الإنتاج، وتدنی نوعیتها، وتغیرات واضحة فی الشکل والرائحة والطعم.
• إرتفاع نسبة الإصابة بالعقم الدائم لدى الرجال والنساء.
• حدوث إضطراب أو طنین أو تلف دائم فی حاسة السمع لدى الکثیرین من الناس.

نتائج الدراسة

حساب الطاقة المسحوبة فی الیوم والشهر للأجهزة المنزلیة طبقا لاسعار الشرکة القابضة للکهرباء بمتوسط 30 فرش للکیلوواط ساعة على 30 یوم شهریا

• المکیف = (1 X 8 X 1200) / 1000 = 9.6 کیلوواط / یوم
• التکلفة = 8 X 30 X (1200/1000)  X 30 = 8640 قرش شهریا
• لمبات = (10 X 6 X 40) / 1000 = 2.4 کیلوواط / یوم
• التکلفة = 6 X 30 X (400/1000)  X 30 = 260 قرش شهریا
• مراوح = (3 X 8 X 100)/ 1000 = 2.4 کیلوواط / یوم
• التکلفة = 8 X 30 X (300/1000)  X 30 = 260 قرش شهریا
• تلفزیون ورسیفر = (1 X 10 X 100) / 1000 = 2.4 کیلوواط / یوم
• التکلفة = 10 X 30 X (100/1000)  X 30 = 900 قرش شهریا
• لاب توب = (1 X 6 X 80) / 1000 = 0.48 کیلوواط / یوم
• التکلفة = 6 X 30 X (80/1000)  X 30 = 432 قرش شهریا
• مکواة = (1 X 0.16 X 1000) / 1000 = 0.16 کیلوواط / یوم
• التکلفة = 5 X (1000/1000)  X 30 = 150 قرش شهریا
• ثلاجة = (1 X 24 X 200) / 1000 = 4.8 کیلوواط / یوم
• التکلفة = 24 X 30 X (200/1000)  X 30 = 4320 قرش شهریا
• الغسالة = (1 X 0.75 X 1200) / 1000 = 0.9 کیلوواط / یوم
• التکلفة = 0.75 X 30 X (1200/1000)  X 30 = 810 قرش شهریا
• المکنسة = (1 X 0.25 X 1600) / 1000 = 0.4 کیلوواط / یوم
• التکلفة = 0.25 X 30 X (1600/1000)  X 30 = 360 قرش شهریا
• أجهزة متنوعة = (2 X 100) / 1000 = 0.2 کیلوواط / یوم
• التکلفة = 2 X 30 X (100/1000)  X 30 = 180 قرش شهریا

جدول رقم (1) تحلیل تکالیف بناء محطة تولید طاقة شمسیة فوق سطح المنزل وهی کا الاتی:

     یتضح من الجدول السابق ان أسعار لوحات تولید الطاقة الشمسیة لازالت مرتفعه رغم التقدم الهائل فی تصنیعها وهذا راجع الى ارتفاع تکالیف بناء المصانع الخاصة ببناء الخلایة الشمسیة ویحتقر تصنیعها بعض الدول فی العالم ولکن معدل استهلاکها عالی أیضا یصل الى 25 سنة عکس باقی المهمات التی اقتصر معدل لستهلاکها الى عشر سنوات.

جدول رقم (2) معدل استهلاک الطاقة الکهربائیة فی منزل بمنطقة صحراء برج العرب اذا وجد شبکة الکهرباء الحکومیة قریبة من المکان

     یتضح من الجدول السابق لحساب الطاقة المستخدمة لشالیة عادی فی صحراء برج العرب نجد التکلفة لا تتجاوز 2413.44 جنیة فی حالة وجود الدعم أی هاتکون نسبة الاستفادة من عدم دفع فاتورة الکهرباء2413.44/ 137544.5 = 2% فقط سنویا

     ولکن فی حالة الغاء الدعم هاتکون نسبة الاستفادة من عدم دفع الفاتورة 8044.8 / 137544.5 = 6%

وفی کلا الحالتین لا یکون مغری لای مالک عقار اللجوء الى بناء محطة تولید للکهرباء خاصة ان نسب فوائد البنوک تصل الى 12.5% أی ضعف ما یستفیدة من بناء المحطة ولا یعتقد الباحث ان یلجأ الى بناء المحطة فی الوقت الحالی الا اذا کان مضطر ویصعب علیه التوصیل من الشبکة الحکومیة خاصة ان مستوى استهلاک الکهرباء ینخفض للربع اثناء فترات الشتاء لعدم تشغیل المکیف وانخفاض تشغیل الثلاجة وعدم السهر لساعات طویلة لیلا امام التلفزیون وهذه الحالة هی التی یتم دراستها حالیا.

     ولکن فی حالة صحراء برج العرب الأمور تختلف تماما حیث یستغل الشالیه فقط اثناء فترة الصیف لفترة قصیرة وبعدها یمکن استغلال المحطة فی بیع انتاجها للحکومة فی حالة قربها من الشبکة فقط وبالتالی تکون اقتصادیة تماما.

تکالیف إنتاج الکهرباء عبر الطاقة الشمسیة ما زالت عالیة مقارنة بشراءها من الدولة، غیر أن التطور التقنی وزیادة بناء محطات طاقة شمسیة حول العالم خلال الأعوام القلیلة الماضیة لمقابلة الضغوط البیئیة ومواکبة ارتفاع أسعار الوقود الأحفوری، أدى إلى خفض التکالیف بنسبة کبیرة عما کانت علیه ولکنها مع ذلک ما زالت مرتفعة مقارنة بإنتاج الکهرباء من المصادر التقلیدیة باستخدام الغاز أو البترول فی بدایة الامر.

النتائج

نقارن  تکالیف انتاج الطاقة الکهربائیة عن طریق الطاقة الشمسیة السابقة بالتکالیف انتاج الطاقة الکهربائیة بالوسائل التقلیدیة (مولد دیزل) وهی کالاتی:

فی البدایة نحسب تکالیف علاج التلوث من استخدام المولد الکهربائی یعمل بالدیزل

التکلفة الخاصة بعلاج اثار التلوث البیئی من تشغیل مولد کهربائی بالدیزل

یتم حساب التکلفة للعلاج عن طریق عمل بولیصة تأمین صحی ضد امراض التلوث البیئی لجمیع افراد العائلة المکونة من اربع افراد طبقا للبیانات الاتیة:

بالإضافة الى تکالیف الوقود واختارنا وقود الدبزل لانه الارخص

تکلفة معدلات استهلاک المولد الکهربائی على فترة خمس سنوات

أی التکالیف الیومیة باستخدامة مولد کهربائی تکون کا الاتی:

فی حین تکالیف انتاج الیوم الواحد من الکهرباء بالطاقة الشمسیة 28 بتوفیر 156 جنیة یومیا

نقارن  تکالیف انتاج الطاقة الکهربائیة عن طریق الطاقة الشمسیة السابقة بالتکالیف انتاج الطاقة الکهربائیة بالوسائل التقلیدیة (الشبکة الحکومیة) وهی کالاتی:

جدول (7) تکالیف الکهرباء بشراءها من شرکة الکهرباء الحکومیة

فی حین تکالیف انتاج الیوم الواحد من الکهرباء بالطاقة الشمسیة 28 بزیادة 6 جنیة یومیا الا ان عدم وجود تکالیف لشراء الوقود مثل الدیزل یجعل من الطاقة الشمسیة مصدر اقتصادی بعد استیفاء قیمة الانشاء کاملة علاوة على بیع الفائض اذا امکن للغیر او اذا تم ترکیب شبکة فیما بعد فی المنطقة.

وبناءا علیة یتضح عدم صحة الفرض الرئیسی للدراسة

"لا یوجد وسیلة تزوید کهرباء للمناطق النائیة بمشروعات الطاقة الشمسیة" بل یوجد وسیلة تزوید کهرباء للمناطق النائیة بمشروعات الطاقة الشمسیة

وبالتلی عدم صحة الفرض الفرعی الأول: "لا تتوفر فی مصر وسائل بناء محطات منزلیة للتزوید بالکهرباء بالطاقة الشمسیة" بل تتوفر فی مصر وسائل بناء محطات منزلیة للتزوید بالکهرباء بالطاقة الشمسیة

وعدم صحة الفرض الفرعی الثانی: "تکالیف بناء محطات کهرباء منزلیة بالطاقة الشمسیة باهظة التکالیف" بل تکالیف بناء محطات کهرباء منزلیة بالطاقة الشمسیة غیر باهظة التکالیف

التوصیات

انطلاق مشاریع الزاعة معتمدة تماما على مصادر للطاقة الکهربائیة المعتمدة على الطاقة الشمسیة

التغلب على المشاکل التی تواجه المشاریع فی المناطق النائیة بالعلم والبحث بتوظیف التکنولوجیا فی زراعة الصحراء واستخدام مصادر الطاقة المتجددة