تطبيق محول التردد في مجال مضخات المياه الشمسية
أجبر التلوث البيئي العالمي ونقص الطاقة الناس على بذل جهود أكبر لإيجاد وتطوير مصادر طاقة جديدة. وفي هذا البحث والتطوير، يتجه الناس بطبيعة الحال نحو مصادر الطاقة البديلة والمتجددة، بما في ذلك طاقة الرياح، والطاقة النووية، والطاقة الكهرومائية، والطاقة الشمسية، وتوليد الطاقة الكهروضوئية. ورغم محدودية التطبيق العملي لتوليد الطاقة الكهروضوئية، إلا أنه مع انخفاض تكاليف توليد الطاقة الكهروضوئية، وارتفاع تكلفة توليد الطاقة المعدنية، وانخفاض الطاقة المعدنية، يدخل توليد الطاقة الكهروضوئية تدريجيًا إلى المرحلة التجارية.
١. المبادئ الأساسية لتوليد الطاقة الكهروضوئية: تُصنع الخلايا الشمسية أساسًا من السيليكون أحادي البلورة. يُستخدم هذا السيليكون أحادي البلورة لإنشاء وصلة p-n مشابهة لتلك الموجودة في الصمام الثنائي، ومبدأ تشغيله مشابه لمبدأ تشغيل الصمام الثنائي. مع ذلك، في الصمام الثنائي، تُحرك حركة الفجوات والإلكترونات عند وصلة p-n بواسطة مجال كهربائي خارجي، بينما في الخلية الشمسية، تُحرك حركة الفجوات والإلكترونات عند وصلة p-n وتتأثر بالفوتونات الشمسية والحرارة الإشعاعية (*). يُعرف هذا عادةً باسم التأثير الكهروضوئي. حاليًا، تتراوح كفاءة التحويل الكهروضوئي، أو الخلايا الكهروضوئية، بين ١٣٪ و١٥٪ تقريبًا للسيليكون أحادي البلورة، وبين ١١٪ و١٣٪ للسيليكون متعدد البلورات. وتشمل أحدث التقنيات أيضًا الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة.
٢. تصنيف أنظمة توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية: تُقسّم أنظمة توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية حاليًا إلى ثلاث فئات: أنظمة تخزين الطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة، وأنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة، والأنظمة الهجينة من النوعين الأولين. تُعدّ أنظمة تخزين الطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة تطبيقًا شائعًا للطاقة الشمسية، وقد استُخدمت محليًا ودوليًا لسنوات عديدة. تتميز هذه الأنظمة بالبساطة النسبية وقابلية التكيف على نطاق واسع. ومع ذلك، فإن استخدامها محدود بسبب الحجم الكبير وصعوبة صيانة أنواع بطاريات التخزين المختلفة.
3. مكونات نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية
● الخلايا الشمسية الكهروضوئية (الركائز الشمسية): تقوم بالتحويل الكهروضوئي.
● البطارية: تُعدّ البطاريات من المكونات الأساسية في أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية، حيث تُخزّن الكهرباء المُحوّلة من الخلايا الكهروضوئية. حاليًا، لا توجد في بلدي بطاريات مُخصصة لأنظمة الطاقة الكهروضوئية؛ وتُستخدم بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية بدلاً منها.
● عاكس التيار المستمر: وظيفته تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد، لذا فإن أهم مؤشرات أداء هذا المكون هي الموثوقية وكفاءة التحويل. يُحسّن عاكس التيار المتردد كمية الطاقة المُحوّلة من الخلايا الكهروضوئية إلى أقصى حد، ويُغذّيها بالشبكة أو مباشرةً إلى الأجهزة المُستهلكة للطاقة.
4. نظام ضخ المياه الكهروضوئي هو نظام نموذجي متكامل يجمع بين العناصر البصرية والميكانيكية والكهربائية. يستخدم هذا النظام الخلايا الشمسية لتحويل الطاقة الشمسية مباشرةً إلى كهرباء، والتي تُحوّل بدورها إلى طاقة تيار متردد عبر عاكس. تُشغّل هذه الطاقة محرك تيار متردد غير متزامن يضخ المياه من الآبار العميقة والأنهار والبحيرات والبرك ومصادر المياه الأخرى. يُستخدم هذا النظام على نطاق واسع في مكافحة التصحر، وفي الحياة السكنية، وفي الري الزراعي، وري المناظر الطبيعية، وتربية الحيوانات في المراعي، والنوافير ذات المناظر الخلابة، ومشاريع معالجة المياه. يتميز نظام ضخ المياه الكهروضوئي بالخصائص التالية:
يعمل نظام مضخة المياه الكهروضوئية تلقائيًا بالكامل، دون أي تدخل بشري. يتكون النظام من خلايا كهروضوئية (ركائز شمسية)، وبطاريات (مُصممة خصيصًا)، وعاكس كهروضوئي مُخصص، ومضخة مياه، ووحدة تخزين مياه.
● عاكس مُخصص لمضخات المياه الكهروضوئية، يُضبط سرعة المضخة بناءً على تغيرات شدة ضوء الشمس، مما يضمن اقتراب طاقة الخرج من الحد الأقصى لطاقة مجموعة الألواح الشمسية. عند وفرة ضوء الشمس، تبقى سرعة المضخة ضمن السرعة المُصنّفة. عند نقص ضوء الشمس، تتوقف المضخة تلقائيًا عند الوصول إلى الحد الأدنى لتردد التشغيل المُحدد.
● تعمل المضخة بمحرك تيار متردد ثلاثي الطور، وتسحب المياه من بئر عميق وتضخها في خزان/بركة مياه، أو تتصل مباشرة بنظام الري. تتوفر أنواع مختلفة من المضخات حسب متطلبات النظام وظروف التركيب.
● نحن قادرون على تقديم حلول فعالة من حيث التكلفة ومصممة خصيصًا لتلبية الاحتياجات الإقليمية واحتياجات العملاء المحددة.
تستفيد أنظمة مضخات المياه الكهروضوئية من طاقة الشمس الدائمة، وتعمل من شروق الشمس إلى غروبها. لا تتطلب هذه الأنظمة إشرافًا بشريًا، ولا وقودًا أحفوريًا، وتعمل بشكل مستقل، ويمكن دمجها مع شبكة الكهرباء حسب الحاجة. إنها آمنة وموثوقة. دون الحاجة إلى أي طاقة خارجية، يمكن استخدامها بمرونة في ري الأراضي الزراعية، وتوفير مياه الشرب للبشر والماشية، وتطوير الحدائق، وتجميل المتنزهات، وبناء النوافير الملونة، وتهوية تربية الأحياء المائية، وإمدادات المياه وتصريفها في المسطحات الملحية الساحلية. تعالج هذه الأنظمة بفعالية مشاكل ري الأراضي الزراعية، وتزيد من الغلة، وتحافظ على المياه والطاقة، وتقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة والكهرباء التقليديين. كما أنها توفر مزايا مثل العمر الطويل، وانخفاض استهلاك الطاقة، وانخفاض مستوى الضوضاء، وتنظيم السرعة بشكل متوازن، واستقرار التشغيل، وعدم تداخله. لذلك، أصبحت أنظمة مضخات المياه الكهروضوئية الطريقة الأكثر فعالية لاستبدال الوقود الأحفوري بالطاقة النظيفة، ومنتجًا رئيسيًا جديدًا في مجال الطاقة والتكنولوجيا في الحلول الشاملة لتحديات الغذاء والطاقة العالمية.
