انتقل إلى المحتوى
Engineerly
ENع
البطاريات وUPS والطاقة الشمسية

حاسبة تصميم منظومة طاقة شمسية مستقلة

تحجّم هذه الحاسبة منظومة طاقة شمسية منفصلة عن الشبكة انطلاقًا من استهلاكك اليومي للطاقة. وتعطي قدرة مصفوفة الألواح الشمسية بوحدة kWp وعدد الألواح، وسعة بنك البطاريات بوحدة Ah لعدد أيام الاستقلالية المطلوب، وتقديرًا لتيار منظم الشحن.

آخر مراجعة

تشحن الألواح الشمسية البطارية عبر منظم الشحن، ويغذّي العاكس أحمال التيار المتناوب. تحدد الطاقة اليومية للأحمال حجم البطارية والمصفوفة، وتحدد ساعات الذروة الشمسية عدد الألواح المطلوب.

للتقدير والتعلّم فقط، ولا يغني عن مهندس مرخّص أو عن الأكواد المعمول بها (IEC 60364 وNEC/NFPA 70 وBS 7671 واللوائح المحلية) أو عن بيانات الصانع. اقرأ إخلاء المسؤولية.

المدخلات

الطاقة والشمس

Wh/day

مجموع الواط × الساعات لكل جهاز

h/day

kWh/m²/day لموقعك وزاوية الميل

عادةً 0.75–0.80

الألواح

W
A

من ورقة البيانات؛ اتركه فارغًا لتجاوزه

بنك البطاريات

يوم

0 = بلا بطاريات

الرصاص الحمضي 0.5، وLiFePO4 ‏0.8

V

تفريغ البطارية × العاكس

النتيجة

تحجيم منظومة الطاقة الشمسية — Engineerly. تقدير لأغراض تعليمية فقط؛ تحقّق منه وفق الأكواد المعمول بها وبيانات الصانع.

حجم المصفوفة المطلوب
1.333kWp
الألواح
4× 400 W
بنك البطاريات
463Ah @ 48 V
تيار الألواح الداخل إلى منظم الشحن
26.25A
المصفوفة المركّبة
1.6kWp
السلاسل
2 × 2 ألواح
الإنتاج اليومي المتوقع
6,000Wh/day
الطاقة الاسمية للبطاريات
22.22kWh
تيار خرج منظم MPPT (تقريبي)
33.33A

خطوات الحل بأرقامك

  1. 1. قدرة المصفوفة المطلوبة
    P_array = E / (PSH × derate)
    P = 5,000 Wh / (5 h × 0.75)
    = 1,333.3 Wp
  2. 2. عدد الألواح (مقرّبًا إلى الأعلى)
    N = ⌈P_array / P_panel⌉
    N = ⌈1,333.33 / 400 W⌉
    = 4 panels
  3. 3. سعة البطاريات
    C = E × days / (V × DoD × η)
    C = 5,000 Wh × 2 / (48 V × 0.5 × 0.9)
    = 462.96 Ah
  4. 4. تيار الألواح الداخل إلى منظم الشحن
    I = 1.25 × Isc × strings
    I = 1.25 × 10.5 A × 2
    = 26.25 A
  5. 5. تيار خرج منظم MPPT (تيار الشحن)
    I_out ≈ P_array / V_batt
    I = 1,600 W / 48 V
    = 33.33 A

الافتراضات

  • ساعات الذروة الشمسية = الإشعاع اليومي بوحدة kWh/m² على مستوى اللوح (ساعات مكافئة عند 1000 W/m²).
  • معامل التخفيض الكلي 0.75 يشمل خسائر الحرارة والأتربة وعدم التوافق والأسلاك ومنظم الشحن وشحن البطاريات.
  • قدرة اللوح مقنّنة عند ظروف الاختبار القياسية STC (1000 W/m²، ودرجة حرارة خلية 25 °C).
  • حُجّمت البطاريات لـ 2 يوم بلا شمس، بعمق تفريغ قابل للاستخدام 50 % وكفاءة 90 % من البطارية إلى الحمل.
  • يُحسب تيار الألواح الداخل إلى منظم الشحن بالمعامل 1.25 × Isc المطبّق على دوائر مصدر الألواح في NEC 690.8.
الطاقة اليومية: 5000 Wh/day
ساعات الذروة الشمسية: 5 h
التخفيض: 0.75
اللوح: 400 W، وIsc ‏10.5 A، و2 في كل سلسلة
الاستقلالية: 2 يوم
البطارية: 48 V, DoD 0.5, η 0.9

تحقّق قبل الاعتماد على النتيجة

  • في الأنظمة المنفصلة عن الشبكة، استخدم ساعات الذروة الشمسية لأسوأ شهر تحتاج إلى تغطيته (غالبًا الشتاء)، لا المتوسط السنوي.
  • يجب أن يبقى جهد السلسلة ضمن حدود منظم الشحن أو العاكس عند أبرد درجة حرارة متوقعة (يرتفع Voc في البرد). هذه الأداة لا تتحقق من جهد السلسلة.
  • تخضع الموصلات والحماية من التيار الزائد في جهة الألواح الشمسية للمادة 690 من NEC أو IEC 60364-7-712 ولتعليمات المعدات.
  • للتقدير والتعليم فقط، ولا يغني عن مهندس مرخّص أو عن الكود المعمول به (IEC 60364 أو NEC/NFPA 70 أو BS 7671 أو اللوائح المحلية) أو عن بيانات الصانع.

طريقة استخدام الحاسبة

  1. تُجمع الطاقة اليومية: لكل جهاز الواط × عدد ساعات التشغيل في اليوم، ثم يُجمع الكل (Wh/day).
  2. تُدخل ساعات الذروة الشمسية لموقعك وزاوية الميل وأسوأ شهر في التصميم، وهي تساوي الإشعاع اليومي بوحدة kWh/m² على مستوى اللوح.
  3. يُبقى معامل التخفيض الافتراضي 0.75 ما لم تتوفر ميزانية خسائر مفصلة، فالقيم 0.75–0.80 نموذجية للأنظمة المنفصلة عن الشبكة.
  4. تُدخل قدرة اللوح وتيار القصر Isc وعدد الألواح في السلسلة، ثم أيام استقلالية البطاريات وعمق التفريغ وجهد البنك والكفاءة.

طريقة الحساب: المعادلة

P_array = E_day / (PSH × derate) [Wp] N_panels = ⌈P_array / P_panel⌉ (rounded up to whole strings) C_batt = E_day × days / (V_batt × DoD × η) [Ah] I_controller,PV ≥ 1.25 × Isc × strings I_MPPT,out ≈ P_array / V_batt

ساعة الذروة الشمسية هي ساعة من الإشعاع بشدة 1000 W/m²، وهو الشرط الذي تُقنَّن عنده الألواح (STC). فإذا تلقى موقعك 5 kWh/m² يوميًا، فإن مصفوفة 1 kWp تنتج نحو 5 kWh قبل الخسائر. ويغطي معامل التخفيض ارتفاع حرارة الخلايا والغبار وعدم التوافق والأسلاك والتحكم في الشحن وخسائر الشحن والتفريغ في البطاريات.

الرموز والوحدات

الرمزالمعنىالوحدة
E_dayالطلب اليومي على الطاقة عند الحملWh/day
PSHساعات الذروة الشمسية (kWh/m²/day على مستوى المصفوفة)h
derateمعامل الأداء الكلي للمنظومة—
P_panelقدرة اللوح عند STCW
DoD, ηعمق التفريغ القابل للاستخدام؛ والكفاءة من البطارية إلى الحمل—
Iscتيار القصر للوح عند STCA

مثال محلول

استهلاك 5000 Wh/day، و5 ساعات ذروة شمسية، ومعامل تخفيض 0.75، وألواح 400 W ‏(Isc = 10.5 A) اثنان في كل سلسلة، ويومان من الاستقلالية على بنك 48 V بعمق تفريغ 50 % وكفاءة 90 %:

P_array = 5000 / (5 × 0.75) = 1333 Wp → 4 panels × 400 W = 1.6 kWp C_batt = 5000 × 2 / (48 × 0.5 × 0.9) = 463 Ah at 48 V I_PV = 1.25 × 10.5 × 2 strings = 26.3 A I_MPPT,out ≈ 1600 / 48 = 33.3 A

الافتراضات

  • موازنة الطاقة على أساس يومي لشهر التصميم.
  • يغطي معامل التخفيض جميع خسائر المنظومة، وتنطبق كفاءة البطاريات هنا على الطاقة المسحوبة خلال أيام الاستقلالية.
  • الألواح مقنّنة عند STC.

حدود الاستخدام

  • يجب أن يبقى جهد السلسلة ضمن حدود منظم الشحن والعاكس عند أبرد درجة حرارة، لأن Voc يرتفع مع انخفاض الحرارة، وهذا غير مفحوص هنا.
  • التظليل والاتجاه والتغير الموسمي تحتاج إلى قاعدة بيانات إشعاع مناسبة أو إلى محاكاة (مثل PVGIS أو PVWatts من NREL).
  • سعة البطاريات بوحدة Ah لا تشمل التقادم ودرجة الحرارة ولا السعة الإضافية اللازمة للتعافي بعد فترات الغيوم.
  • تتبع الأسلاك والحماية المادة 690 من NEC أو IEC 60364-7-712 وتعليمات المعدات.

المراجع

معايير ومراجع تتناول هذا الموضوع؛ اعتمد الإصدار المعمول به في بلدك.

  • IEC 60364-7-712، التمديدات الكهربائية منخفضة الجهد — متطلبات التمديدات الخاصة — أنظمة التغذية بالطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV).
  • NFPA 70، كود NEC المادة 690 (الأنظمة الكهروضوئية الشمسية)، بما فيها البند 690.8 بشأن معامل 125 % لتيار دوائر مصدر الألواح.
  • IEEE Std 1562، دليل تحجيم المصفوفة والبطاريات في الأنظمة الكهروضوئية المستقلة.
  • IEC 61215 / IEC 61730 — تأهيل تصميم الوحدات الكهروضوئية وسلامتها؛ وشروط STC معرّفة بالطيف المرجعي في IEC 60904-3.

أسئلة شائعة

من أين أحصل على ساعات الذروة الشمسية؟

من قاعدة بيانات للإشعاع مثل PVGIS التابعة للمفوضية الأوروبية أو أدوات NREL، باستخدام المتوسطات الشهرية على زاوية ميل ألواحك. وفي تصميم الأنظمة المنفصلة عن الشبكة يُؤخذ أسوأ شهر تحتاج المنظومة إلى تغطيته.

لماذا 1.25 × Isc لمنظم الشحن؟

في الأيام المشمسة الباردة قد تنتج الألواح تيارًا أكبر منه عند STC، والأكواد الكهربائية تعامل تيار الألواح على أنه تيار مستمر الحمل. ويحدد البند NEC 690.8 أقصى تيار لدائرة الألواح بنسبة 125 % من مجموع Isc، وتُختار منظمات الشحن عادةً على الأساس نفسه. ويجب دائمًا التحقق من حدود الدخل الخاصة بالمنظم.

هل معامل التخفيض 0.75 متشائم أكثر من اللازم؟

هو واقعي للأنظمة المنفصلة عن الشبكة المزوّدة ببطاريات؛ فخسائر الحرارة وحدها تبلغ غالبًا 8–15 % في المناخات الحارة، وتضيف خسائر الشحن والتفريغ في البطاريات المزيد. أما الأنظمة المرتبطة بالشبكة بلا بطاريات فتبلغ غالبًا 0.80–0.85.

كم يومًا من الاستقلالية أحتاج؟

يومان إلى ثلاثة أيام شائعة للمنازل. وقد تحتاج الأحمال الحرجة في المناخات الغائمة إلى خمسة أيام أو أكثر، وغالبًا مع مولدة احتياطية. وزيادة أيام الاستقلالية تعني بطاريات أكبر ومصفوفة أكبر لإعادة شحنها.

حاسبات ذات صلة

تضمين هذه الحاسبة في موقعك

الصق هذه الشيفرة في صفحتك لعرض الحاسبة داخل إطار. يجب أن يبقى رابط النسبة ظاهرًا. الصفحة المضمّنة خالية من الإعلانات ولا تخزّن أي بيانات.

كيف جرى التحقق من هذه المعادلات: المنهجية والاختبار.