تطبيق العاكس الشمسي في مجال مضخات المياه الشمسية
أجبر التلوث البيئي العالمي ونقص الطاقة الناس على بذل جهود أكبر لإيجاد وتطوير مصادر طاقة جديدة. وفي خضم عملية إيجاد وتطوير مصادر طاقة جديدة، يتجه الناس بطبيعة الحال نحو مصادر الطاقة البديلة المتجددة، مثل طاقة الرياح، والطاقة النووية، والطاقة الكهرومائية، والطاقة الشمسية، وغيرها. ومن بينها توليد الطاقة الكهروضوئية. ورغم وجود قيود مختلفة على التطبيق العملي لتوليد الطاقة الكهروضوئية، إلا أنه مع انخفاض تكاليف توليد الطاقة الكهروضوئية، وارتفاع تكاليف توليد الطاقة المعدنية، وانخفاض الطاقة المعدنية، دخل توليد الطاقة الكهروضوئية تدريجيًا مرحلة التسويق التجاري.
1. المبادئ الأساسية لتوليد الطاقة الكهروضوئية
تُصنع الخلايا الشمسية بشكل أساسي من السيليكون أحادي البلورة. يُستخدم السيليكون أحادي البلورة لصنع وصلة p-n مشابهة للثنائي، ومبدأ عمله مشابه لمبدأ الثنائي. في الثنائي، يُحرك المجال الكهربائي الخارجي حركة الفجوات والإلكترونات في وصلة p-n، بينما في الخلية الشمسية، تُحرك فوتونات الشمس وحرارة الإشعاع الضوئي (*) حركة الفجوات والإلكترونات في وصلة p-n وتؤثر عليها. يُعرف هذا أيضًا بمبدأ التأثير الكهروضوئي. تتراوح كفاءة التحويل الكهروضوئي، أي كفاءة الخلايا الكهروضوئية، بين 13% و15% للسيليكون أحادي البلورة، وبين 11% و13% للسيليكون متعدد البلورات. تشمل أحدث التقنيات أيضًا الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة.
2. تصنيف أنظمة توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية
في الوقت الحالي، يمكن تقسيم أنظمة توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى ثلاث فئات: نظام تخزين الطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة، ونظام توليد الطاقة الكهروضوئية المتصل بالشبكة، والنظام الهجين من النوعين الأولين. يُعد نظام تخزين الطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة طريقة شائعة لتطبيقات الطاقة الشمسية، وقد استُخدم محليًا ودوليًا لسنوات عديدة. يتميز النظام ببساطته النسبية وقدرته على التكيف الواسعة. إلا أن نطاق استخدامه محدود بسبب الحجم الكبير وصعوبة صيانة سلسلة بطارياته.
3. تركيب نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية
1) الخلايا الشمسية الكهروضوئية (ركائز الطاقة الشمسية): تحقيق التحويل الكهروضوئي
٢) بطاريات التخزين: تُعدّ بطاريات التخزين من المكونات الرئيسية في أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية، وتُستخدم لتخزين الكهرباء المُحوّلة من الخلايا الكهروضوئية. حاليًا، لا توجد بطاريات خاصة بأنظمة الطاقة الكهروضوئية في بلدي، ولكن تُستخدم بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية.
٣) عاكس التيار المستمر: وظيفته تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد، لذا فإن أهم مؤشرات هذا المكون هي الموثوقية وكفاءة التحويل. يُحسّن عاكس التيار المتردد من الطاقة المحولة من الخلايا الكهروضوئية إلى شبكة الكهرباء أو يُغذيها مباشرةً للمعدات الكهربائية.
4. مقدمة لنظام مضخة المياه الكهروضوئية
نظام ضخ المياه الكهروضوئي هو نظام متكامل يجمع بين الضوء والآلة والكهرباء. يستخدم الخلايا الشمسية لتحويل الطاقة الشمسية مباشرةً إلى طاقة كهربائية، ثم تحويلها إلى طاقة تيار متردد عبر وصلة العاكس، وتشغيل محرك التيار المتردد غير المتزامن لتشغيل مضخة المياه، وسحب المياه من الآبار العميقة والأنهار والبحيرات والبرك ومصادر المياه الأخرى. يُستخدم هذا النظام على نطاق واسع في التحكم في المناطق الصحراوية، وتحسين حياة السكان، والري الزراعي، وري المساحات الخضراء، وتربية الحيوانات في المراعي، والنوافير ذات المناظر الخلابة، ومشاريع معالجة المياه، وغيرها. يتميز نظام ضخ المياه الكهروضوئي بالخصائص التالية:
١. نظام ضخ المياه الكهروضوئية آلي بالكامل ولا يتطلب إشرافًا يدويًا. يتكون النظام من خلايا كهروضوئية (ركائز شمسية)، وبطاريات (حسب احتياجات العميل)، ومحولات كهروضوئية مخصصة، ومضخات مياه، وأجهزة تخزين مياه، وغيرها.
2) استخدم عاكسًا مخصصًا لمضخات المياه الكهروضوئية لضبط سرعة مضخة المياه وفقًا للتغيرات في شدة ضوء الشمس، بحيث تكون طاقة الخرج قريبة من الحد الأقصى لطاقة مجموعة الخلايا الشمسية؛ عندما يكون ضوء الشمس كافيًا، تأكد من أن سرعة مضخة المياه لا تتجاوز السرعة المقدرة؛ عندما يكون ضوء الشمس غير كافٍ، سيتوقف تلقائيًا عن العمل وفقًا لما إذا كان يتم استيفاء الحد الأدنى لتردد التشغيل المحدد، وإلا فسيتوقف عن العمل تلقائيًا.
٣. تُشغَّل مضخة المياه بمحرك تيار متردد ثلاثي الطور لسحب المياه من بئر عميق وحقنها في خزان/بركة مياه، أو توصيلها مباشرةً بنظام الري. يمكن استخدام أنواع مختلفة من مضخات المياه وفقًا لمتطلبات النظام الفعلية وظروف التركيب. ٤. يمكن توفير حلول اقتصادية وفعالة وفقًا لاحتياجات المناطق المختلفة واحتياجات العملاء.
5. خصائص وتطبيقات محولات سلسلة SU100
العاكس هو سلسلة جديدة من المنتجات التي طورتها شركة زد كيه بناءً على خصائص العاكسات الكهروضوئية بعد اختبارات ميدانية متكررة. ويُستخدم حاليًا على نطاق واسع في عشرات الدول والمناطق القريبة من خط الاستواء في آسيا وأفريقيا وأمريكا الجنوبية. وقد نال أداؤه الممتاز وتشغيله المستقر والموثوق إشادة واسعة من العملاء. ومن ميزات هذا المنتج:
(1) نظام ام بي بي تي لتتبع أقصى نقطة طاقة لمجموعة الخلايا الكهروضوئية عالية الدقة المدمجة، والتتبع الذكي لأقصى نقطة طاقة، والاستجابة السريعة، والاستقرار العالي والكفاءة العالية.
(2) اكتشاف حالة التشغيل الجاف ومعالجتها
(3) التحكم في مستوى مياه الخزان
(4) عندما يكون الضوء غير كافٍ، يمكنه تحقيق التبديل التلقائي مع الطاقة الرئيسية بالاشتراك مع الأجهزة الطرفية لضمان موثوقية النظام؛
(5) نطاق واسع للتكيف مع الجهد الكهربائي، والتكيف بشكل أفضل مع البيئة الخارجية؛
(6) شاشة عرض قاد لحالة النظام والمعلمات في الوقت الفعلي، ونظام مراقبة عن بعد في الوقت الفعلي يعتمد على RS485
(7) تصميم التثبيت السريع، لا يتطلب صيانة إضافية؛
(8) آلية الحماية والتشخيص الشاملة المدمجة.
6. استخدام عاكس SU100 في المجالات الخارجية
مصر جافة وعديمة الأمطار، ومناخها حار وجاف. ويعمل أكثر من ثلث السكان العاملين في الزراعة. وتبلغ مساحة الأراضي الصالحة للزراعة في مصر 3.1 مليون هكتار، أي ما يعادل حوالي 3.7% من إجمالي مساحة الأرض. معظمها أراضٍ مروية. وهي الدولة ذات أعلى إنتاجية لكل وحدة مساحة في أفريقيا. وتحتل الزراعة مكانة مهمة في الاقتصاد الوطني المصري، إلا أن مصر تواجه مشاكل خطيرة تتعلق بنقص مياه الري، مثل التوزيع غير المتكافئ للأمطار، والجفاف المتكرر، وندرة موارد الكهرباء والديزل للري بشكل خاص. ومع ذلك، فقد منحت الظروف الجغرافية الفريدة مصر موارد غنية من الطاقة الشمسية. ومع انخفاض تكلفة الوحدات الكهروضوئية، أصبح اتجاه الري الكهروضوئي في الزراعة المصرية واضحًا، كما أن وتيرة استخدام الطاقة الشمسية النظيفة تتسارع بشكل أكبر.
بعد إطلاق سلسلة SU100 من زد كيه لمحول الطاقة الكهروضوئية المخصص لمضخات المياه، تم تطبيقه محليًا بسرعة، ويعمل بثبات وموثوقية، ونال استحسان العملاء. بعد عام واحد من الاستخدام، وفّر للمستخدمين 60% من التكلفة.
