-١ -  

E األمم المتحدة

اـلس االقتصـادي واالجتمـاعي

)اإلسكوا(اللجنة االقتصادية واالجتماعية لغربي آسيا

 

 

:الكهرضوئيةاألنظمة    

مكوناتها، خيارات نشرها وصيانتها

‐  (*)نسخة أولية ‐  

٢٠١٢فبراير / شباط

.طبعت هذه الوثيقة بالشكل الذي قدمت به ودون تحرير رسمي: مالحظة (*)

-٢ -  

المحتويات

الصفحة

٣  تمهيد - أوال

 ٣ تاريخية لمحة - ثانيا

 ٤ الشمسي اإلشعاع - ثالثا

 ٥ )الفولتضوئي( الكهرضوئي التأثير ماهية - رابعا

 ٥ )الفولتضوئية( الكهرضوئية األنظمة - خامسا

 ٦ الشمسية الخاليا - سادسا ٧ الشمسية الخاليا مردود -ألف ٧ concentrated photovoltaic (CPV( المرآزة الفولتضوئية الخاليا  - باء ٨ المردودية تدهور - جيم ٨ الشمسية اللوحات عمر - دال ٨ التظليل -هاء ٨ الطاقة على العائد فترة - و

 ٩ )الشاحن( الكهربائي الشحن جهاز - سابعا ٩ )التوالي على( الكهربائي بالشحن التحكم جهاز -الف ١٠ )التوازي على( الكهربائي بالشحن التحكم جهاز - باء القصوى القدرة نقطة تتبع طريق عن الكهربائي بالشحن التحكم جهاز -جيم

 maximum power point tracking MPPT(11. (ك.ت.ق.ق الكهربائي للتوليد

 ١١ )األمبير بوحدة( بالشحن التحكم جهاز حجم احتساب - دال

 ١١ :الكهربائي بالشحن التحكم جهاز في توفرها المطلوب المواصفات - هاء

 ١٢ )DC‐DC converter( المستمر التيار في الجهد محول -و

 ١٢  الشحن إلعادة القابلة البطاريات - ثامنا

 ١٢ للبطاريات الرئيسية المعالم -الف

 ١٣ المغمورة الرصاص حمض بطاريات - باء

 ١٤ المقفلة الرصاص حمض بطاريات - جيم

 ١٤ الرصاص حمض بطاريات شحن  - دال

 ١٥ الغاز توليد - هاء

 ١٥ الكبرتة -واو

 ١٦ الرصاص حمض بطاريات صيانة - زال

 ١٦ )inverter( العكسي المقوم - تاسعا

 ١٦ الحمل - عاشرا

 ١٧ اإلضاءة - ألف

 ١٧ اللقاحات لحفظ برادات تشغيل - باء

 ١٧ المياه مضخات - جيم

 ١٧ والمعلوماتية تصاالتاال أجهزة - دال

١٨ اإللكترونية الترفيه أجهزة  - هاء ٢٠ المراجع

محيطه ي الذي كان

حؤول دون

الكربوننظم همية

بدائل عن

.

١( ١٨٣ .( قائمة سية

وات طاقة فيإلى الرق ة

 

لتدميري والحؤ

ثاني أوكسيدظهرت أو. ة

ل الحيوية كب

وصيانتها رها

٣٩ عامضوئي ف لخاليا شمس

سنة 1970

اإلنسان المعاصر للتكنولوجيا

63916610

ن بتسخيره أديطات، إضافة

 )١٠( للبشرية

ال االتجاههذا

ة وباألخص مية المستدامةرجة من الكتل

سية وسبل نشر

تأثير الفولتضبأول وصف)

سنة 11875

الثورة الصناعيةدمة

1424327

 مهيد

ف من السنينبحار والمحيل

عدة حقبات تاريخية

علىع عشر فحم( حفوري

واختراعات عدل لم يسبقغ على البيئة

ما يهددفيئة البشرية هذاحثيثة للتوصلجتمعات عن

الدفيئة بعاثاتظة على التنمطاقة المستخر

الطاقة الشمس

تاريخية

Edmund  B (الت)Charles  Fritts

سنة 5,1400 سنة

الزراعة المتقدالبدائية

17126

قبات المتتالية لالنسان

-٣-

تم -أوال

الل بضع آالفرياح لعبور ا

ة للفرد الواحد خالل

القرن التاسعي الوقود األح

اكتشافاتلى المجاالت بمع

ه ضرر بالغالغازات الدفي

استدركت. يمحاوالت الحث

لدرء المج يات

االنب من فيفي مع المحافظة الرياح والط

صائص نظم

لمحة -ثانيا

Becquerel(يل

( سرلز فريت

 100,000قبل 000سنة

الزراعة سان الصياد

42434

الحق

طرد خالضلمل، وطاقة الر

الك اليومي من الطاقة

ية في بداية المخزونة في

أفضت إلو )يشري في كل دم ترتب عليه

انبعاثاتي ظام اإليكولوجي

الم، وتجري الحلول واآللي

تخفيالل سبل وقود األحفوريشمسية وطاقة

مزايا وخص رقة

ث

إدموند بيكريألميركي شار

بل 1,000,000 سنة

قبل

اإلنساإلنسان البدائي

2

سان تقدمه المزراعة والنقل

.ور الفائتة

الت تقديرية لالستهال

ورة الصناعيطاقة المكثفة اوغاز طبيعيدل التقدم البش أن هذا التقد المتراكمة فين الدقيق للنظ

األزمة تفحال حول أنسب

.عودةال

الحلول حولن استخدام الوة كالطاقة الش

.

الورفي هذه ض

لعالم الفرنسيالمخترع ادم

قب

نقلصناعة والتجارةسكن والتجارة

غذاء

استهالك الطاقة1,000 Kcal

حقق اإلنسلدواب في الزائدا في العصو

معدال: ١ توضيحي سم

الثوقامت ستعماالت الطجري ونفط و

عت من معدرغير . مثيل

يجة الزيادة ختالل التوازن

استخطر بعد ى إجماع عامخطي نقطة الال

تمحورتبالحد من ذلك

طاقة المتجددة.طاقة التقليدية

نستعرض

أكتشف التقد ١٨٨٣ نة

في النفي الصفي السفي الغ

ا

كالسا

رس

اسحجسرلهنتيباخالخإلىتخ

وذالطالط

سن

-٤ -  

أن التقدم في التقنيات العلمية غير .السيلينيوم )semiconductor( من مادة أشباه الموصالت على رقائقندما ع١٩٥٤في العام إلى مرحلة اإلنتاج التجاري سوىلم يصل لرقائق أشباه الموصالت والتصنيعية

 Bell" (بل البوراتوريز" مختبرات قامت Laboratories (الفولتضوئية المرتكزة على ابتطوير تكنولوجي $٢٥٠الكهربائي نتاج من الخاليا الشمسية لإل المجموعاتكلفة كانت حينذاك. عنصر السيليكون

 .)٢(وات/

 اإلشعاع الشمسي -ثالثا

الطاقة نبعثت .وية المتسلسلةالنو تاالنصهاراتشبه الشمس بمولد ضخم للطاقة يعمل بفعل التي تصل األرض يوميا سبع مرات ما أشعة الشمستساوي طاقة . إشعاع شمسي شكلالشمسية ب .خالل عام حاليا كافة المجتمعات البشريةتستهلكه

أهمها إلى أشكال مختلفة على األرض ة الشمسيةشعاأل طاقةتتحول الطاقة المختزنة في الكتل الحيوية بفعل التركيب الضوئي

)photosynthesis (درجات اختالفن ناتجة عفي النباتات، وطاقة الرياح الالتدفئة للكتل الهوائية المتجاورة، وطاقة الجاذبية المختزنة في المياه التي

ار الناتجة عن الغيوم المتكونة من تبخر تتجمع في المرتفعات بفعل األمطالوقود األحفوري ناتج عن الطاقة الشمسية أن كما يمكن اعتبار .المحيطات

.االف السنين منذالمختزنة في كتل حيوية منحلة

اإلشعاع الشمسي في الغالف الجوي الى االمتصاص والبعثرة واالنحراف عند بعض يتعرض يعرف هذا الجزء . كجزيئيات الهواء وبخار الماء والغيوم والغبار الخ االصطدام بعدة عناصر في الجو

من االشعاع باإلشعاع المنتشر بينما االشعاع الذي يصل سطح االرض دون انتشار يعرف باإلشعاع تتسبب . المباشرة والمنتشرة يعرف باإلشعاع الشمسي الشاملمجموع االشعاعات الشمسية . المباشر

في األيام الصافية وتصل في المائة ١٠ليص نسبة االشعاع الشمسي المباشر بنحو العوامل الجوية بتق ).١٠(خالل تجمع الغيوم الكثيفة في المائة ١٠٠الى

:تبعا للعوامل التاليةالساقط على سطح األرض الشامل تتفاوت كثافة اإلشعاع الشمسي

الموقع الجغرافي • الوقت من اليوم • فصل السنة • األرض المحلية طوبوغرافية • الطقس المحلي •

نسبة لوحدة مساحة، ووحدة القياس المستخدمة هي ) قوتها/ (قدرتهاتحديد عبر كثافة هذه التقاس وحدة فهي طاقة وكمية اإلشعاع التي تصل مساحة محددة خالل فترة زمنية محددة معدل أما . ٢م/وات

توليد كمية ل ي تصميم األنظمة الشمسيةف تستخدم وحدة القياس هذه .٢م/ساعة.قياسها هي كيلوواتالجدول التالي يتضمن معدل .كمية اإلشعاع تحتسب على مدى سنة كاملةمعدل محددة من الطاقة حيث

.اإلشعاع الشمسي السنوي لعدة مدن

)discrete 

في تونات إللكترونات

نشهد إما

ينتج .وئي

عتمد كمية مسي الذي ي جمعت طلب تحديد

 

حزم منفصلةجزء من الفوت

إثارة اإلعبر حيث ف المواد

أثير الفولتضو

عت. كهربائيةاإلشعاع الشمشعاع الشمسي األنظمة يتطل

ل اإلجمالي)٢م/ساعة.ت

١٠٠٠ ١٦٥٧ ١٨٦٨ ١٩٦٣ ٢٥١٨

)ولتضوئي

ph (ح تعادلجستوعب يء،

ونية تتجلى ع تبعا لتصنيف.ن هذه المواد

يعرف بالتأ ن

)تضوئية

شر الى طاقةعلى مستوى ااد بيانات لإلش

هلهذ القياسي .ت الشمسية

المعدلكيلووات(

٠٧٨٣٨

الفو(رضوئي

otons" (ونات

ادة إلى الضوءى طاقة الكتروفاعل تختلف كهربائي ضمن

السيليكونكت .لضوء

الفولت(ضوئية

منتشر والمباشمكان معين عنتاجها باعتما

أن التشغيل ة للوحات لمناسب

:رات عدة

ية العامة،

-٥-

الكهرة التأثير

فوتو" تدعى تعرض ماعند

إلىغناطيسية ة عن هذا التف في الجهد الكه

شبه الموصالتة المعرضة لل

الكهرضألنظمة

ع الشمسي الم النظام في مكمية المراد انتجدر اإلشارة

االنحناء الم /ة

لتضوئية خيار

وزيع الكهربائي

المدينة

ماهية -رابعا

حدات أساسيةع. مغناطيسية

الكهرومغ تهاقالناجمة ظواهر

إحداث فرق

نفة شلمصواد اي ضمن المادة

األن -خامسا

ضوئية اإلشعاعن خالل هذا احتساب الكم

ت. ظام المالئمإلمالة المناسبة

األنظمة الفول

توالغذية شبكة

برلين مدريد بغداد

أديس أبابا نأسوا

ر

ضوء من وحطاقة الكهروم

طاق ث تتحولظال .هذه المادة

المواد أوهذه

الموضوء مع ربائيجهد كه

نظمة الفولتضية المنتجة من

حيث يمكن ة لتصميم النظفي المالئم واإل

وجه استعمال

يساهم في تغ

يتألف الضbundl (من الط

حيثذه المادة موجودة في ههتفاع حرارة

تفاعل الضالتأثير هذا ن

تحول األنطاقة الكهربائي،صل األرضمناطق المعنيةتوجيه الجغراف

تتضمن أو

منها ما •

es

هذالمرإ

عن

الطيصللمالتو

اإلشعاع ت وبعضها

تها موصليي مباشرة

thick-fil

ر متبلور

كامل لتحويلي كل الحاالت

ميز بتغير مشعاع الشمسي

lm and( ة

غيرو هيكل

Stand.

تتك ف محددةثابتة في ونات

التي تتم التى تحويل اإلش

رقيقة أغشية

، أ)البلور د

ن

، كهرباءd Alone Sys

ذات وظائفض هذه المكو

الشمسيةيا

شبه الموصال الشمسية على

:يث

يكة ووحدات

ور أو متعدد

المصنعة ة ون المصنع ة لالنعكاس

الشاحن

-٦-

الكتقلة لتوزيعstem مباشرة

مكوناتعدة بعض .ت قياسية

)الشاحن

 .ونات

الخالي -ادسا

شمن رقائق تعمل الخاليا

صفاتها من حي

سمي أغشيةت

البلو يإيحاد(

خاليا الشمسيةكون السيليكوبمادة مضادة

من شبكة مستالحمل تغذى

ضوئية من عذات مواصفات

.محددة ت

:

ا(ن الكهربائي عادة الشحن

inve(

المكوخصائص

سا

م الشمسية .عبةمستو ال

ة حسب مواص

وحدات: عملة

يكل بلوري

.وصالت

من الخ مائةنظرا لك. ون

اليا الشمسية ب .ء

ءا يشكل جزمستقلة حدات

ألنظمة الفولتضاقة كهربائية ذ

استعماالتفي

: تشمل اآلتي

الشمسيةلتحكم بالشحنيات القابلة إلع

erter(عكسي )load(

ض في التالي خ

الخاليامعظم تبعا للطاقة) .ائية

لخاليا الشمسية

المواد المستع thin(؛

هيك: الجزيئيةamorph(؛

مادة شبه المو

في الم ٩٠ صر السيليكو تطلى الخالستيعاب الضوء

 الحامل

منها ما •وحمنها •

تتألف األشمسي إلى طاآلخر يستخدم ف

المكونات

الخاليا •جهاز ال •البطاري •م عمقو •( الحمل •

نستعرض

متتكون conductivity(ى طاقة كهربا

تصنف الخ

ةآاسم •n-film

البنية ا •)hous

منوعية •

أكثر منكونة من عنصاكس للضوءحسين إداء اس

الشاآل

)yإلى

مكعالتح

-٧ -  

الشمسية جراء اعتراضها لإلشعاع الشمسي بفصل للشحنات الخليةتتسبب الطاقة المستوعبة في تقريبا، وتستمر هذه العملية ما دامت الخاليا ولتف ٠،٦داخلها مما ينتج تيار ذو جهد كهربائي يعادل

تجهز الخاليا الشمسية بموصالت معدنية بأعالها وأسفلها تربط بدائرة . معرضة لإلشعاع الشمسيبما أن .الكهربائي المتولد بفعل التأثير الفولتضوئي وتوفيره إلى المستهلك التيار لتحريركهربائية

الجهد الكهربائي العملي الستخدام المستهلكين يتخطى الجهد الناتج عن خلية شمسية واحدة، تجمع عدة حاصلين على ما يسمى ) يشبك موصل إيجابي لخلية إلى موصل سلبي لخلية أخرى(خاليا في سلسلة

التيار الناتج عن هذه السلسلة متشابه في كل الخاليا، بينما الجهد الكهربائي للسلسة هو . لبالسالسالمتوفر تربط عدة سالسل التيارلزيادة .مجموع الجهد الكهربائي لكل الخاليا المترابطة في السلسلة

.بالتوازي ضمن مجموعة واحدة

 مردود الخاليا الشمسية -ألف

:عدة عوامل، أهمهاقصى للخاليا الشمسية على تحقيق المردود األيعتمد الخاليا الشمسية المتدفق على هناك عالقة مباشرة بين كمية اإلشعاع الشمسي: اإلشعاع •

 ،هاومردود

كلما ارتفعت .الخاليا الشمسية ومردودهافي حرارة الهناك عالقة عكسية بين : الحرارة •في ٠،٥نسبة بمردود في المقابل اليتدنى الحرارة في الخاليا الشمسية درجة مئوية واحدة

.المائة، وكلما تدنت الحرارة ارتفع المردود

طبقا لمعيار الجدول التالي مقارنة بين مختلف أنواع الخاليا الشمسية شاملة قياس الكفاءة يتضمن كيلو ١مساحة الخاليا الشمسية الضرورية إلنتاج قياس القياسي لالختبارات إضافة إلى ) ISO(أيزو ).kWp 1(كحد أعلى وات

المادة التكوينية للخلية الشمسية

كفاءة الخلية الخاليامساحة

الضرورية إلنتاج 1 kWp

٢م ٩ – ٧ %١٦ – ١١ حادي البلورسيليكون إ

٢م ٩ – ٨ %١٤ – ١٠ سيليكون متعدد البلورسيليكون ذو هيكل غير

٢م ٢٠ – ١٦ %٧ – ٤ متبلور

 concentrated photovoltaic( CPV(الفولتضوئية المركزة خالياال -باء

بناء على المبدأ الذي ينص على العالقة المباشرة بين كمية اإلشعاع الشمسي المتدفق على الخاليا المركزة التي األنظمة الفولتضوئيةفي السبعينيات من القرن الماضي الشمسية ومردوديتها، استحدثت

مما يزيد من معدل تتميز باستعمالها البصريات لتركيز اإلشعاع الشمسي على سطح الخاليا الشمسيةتتميز هذه األنظمة بمردود مرتفع مقارنة مع األنظمة التقليدية مما .الطاقة الشمسية التي تصب عليها

عملية لكن .ساحة الخاليا الشمسيةنظرا إلى أن تركيز األشعة يتيح تقليص ميخفض من كلفة تصنيعها لذا ال بد من إلحاق مبادل . مما يؤثر على مردودها ع حرارة الخاليا الشمسيةتركيز يزيد من ارتفاال

.)11,12( على الحرارة القياسية لعملهاهذه األنظمة للمحافظة بللحرارة

-٨ -  

 تدهور المردودية -جيم

نسبة تدهور . الخاليا الشمسية مع الوقت حيث تعرف هذه الظاهرة بالتدهور تتراجع مردوديةالهيكل اتأما الخاليا ذ. سنة ٢٥إلى ٢٠على مدى في المائة ١٣و ١٠الخاليا البلورية تتراوح بين

لهذا . خالل أول سنة خدمة في المائة ٢٥فسرعة تدهور مردوديتها عالية جدا حيث تبلغ غير المتبلور مردوديتها عند األخذ بمستوى التدهور بدلهذه الخاليا مردوديتها بعد فترة لتصنيفعتمد ب يالسب

.وضعها في الخدمة ألول مرة عمر اللوحات الشمسية -دال

فغالبا ما يتراجع أداء اللوحات الرخيصة . تبعا للجودة التصنيعية يتحدد عمر اللوحات الشمسيةاإلداء القياسي للوحات الشمسية لمدة تتراوح بين سنتين لمصنعوناعادة يكفل . سنوات قليلة خالل

.سنة على األقل ٢٥لغاية في المائة ٨٠وخمس سنوات، وإداء ال يقل عن

 التظليل -هاء

في المائة ٢على سبيل المثال تظليل . تنعكس آثار التظليل الجزئي للخاليا الشمسية على إنتاجيتهاتتحول الخاليا الشمسية في أسوأ الحاالت. في المائة ٧٠من مساحة الخلية يتسبب بتراجع اإلنتاجية

مجموع جهد الدوائر المفتوحة للخاليا يطرح منالمظللة إلى حمل حيث يتكون جهد كهربائي سلبي ى تأثير البقعة ا ما يسمالحرارة في الخاليا المظللة محدثتتسبب هذه الحالة بارتفاع . غير المظللة

عكسي التفافية diodeتعالج هذه الظاهرة بوصل . الساخنة والذي ينتج عنها تلف دائم في هذه الخالياالناتج عن التظليل يقل لدى الخاليا نذكر هنا أن انخفاض اإلنتاجية . التوازي لعزل الخاليا المظللة

.الموصولة ببعضها بالتوازي عن تلك الموصولة بالتسلسل

الغبار على الخاليا الشمسية في بعض المناطق شبيه بتأثير التظليل من حيث تدني تراكم تأثير ٢٦بعض الدراسات نتائج تراكم الغبار على سطح الخاليا حيث تتراجع اإلنتاجية أظهرت. اإلنتاجيةي تتقلص هذه المشكلة ف .يوما ١٦٧بعد في المائة ٨٢يوما دون تنظيف و ٣٠بعد مرور في المائة

.تهطل األمطار فيها حيث تعمل مياه األمطار على إزالة الغبار عن سطح الخاليا المناطق التي

تفاديا للتأثير السلبي للتظليل والغبار على انتاجية الخاليا الشمسية يستحسن األخذ باالعتبارات :التالية

)األشجاربعيدا عن (حيث ال تتعرض للتظليل تثبيت الخاليا الشمسية بطريقة سليمة • .وجوب التقيد ببرنامج تنظيف دوري •

المؤلفة من هياكل غير متبلورة تتأثر بالتظليل بشكل أقل تجدر اإلشارة هنا أن الخاليا الشمسية .من نظيراتها المؤلفة من هياكل مبلورة

 فترة العائد على الطاقة - اوو

ةشمسيال وحدات تحويل الطاقةعمل يحتاجهاتعرف فترة العائد على الطاقة بالمدة الزمنية التي فترة العائد على الطاقة لبعض نماذج الخاليا .هاتصنيعفي كمية طاقة تعادل الطاقة المستهلكة إلنتاج

:الشمسية هي كالتالي

-٩ -  

فترة العائد على الطاقة المادة التكوينية للخلية الشمسية سنة ٤-٣ البلور ةمتعددوحدات

سنة ٦-٤ ة البلوريوحدات إيحادهيكل اتوحدات أغشية رقيقة ذ

سنة ٢-١ غير متبلور

)الشاحن(جهاز الشحن الكهربائي -سابعا

:تشمل وظيفة الشاحن ضبط العمليات التالية

شحن البطاريات بطريقة سريعة، آمنة وآاملة، حتى عند انخفاض مستوى اإلشعاع الشمسي إلى • .أدنى مستوياته

.الحؤول دون خلق قصر دارة فيهاودون التفريغ العميق للبطاريات وتكبرتها الحؤول • ).٦) (acid stratification(عدم تعرض البطاريات إلى الشحن الزائد ومنع تطبق الحمض •الجهد الكهربائي في الخاليا إلى انخفاضالحؤول دون انعكاس التيار باتجاه الخاليا الشمسية عند •

.رياتدونه في البطا

بقدرته على التمييز بين مختلف أنواع البطاريات وتحديد عمرها الكفءيتميز الشاحن  integrated(بعض الشاحنات تتضمن أجهزة تكامل . وحرارتها device ( لمراقبة الحمل الكهربائي مع

.عن حد معين زاد الحملقدرة على قطع التيار إذا

عددين ميزات ومساوئ كل واحد لتحكم بالشحن منستعرض تصاميم متنوعة ألجهزة ا فيما يلي :منها

)على التوالي(التحكم بالشحن الكهربائي جهاز -ألف

) ١المفتاح الكهربائي س(القدرة ترانزستوريتصل هذا النوع من الشاحنات على التوالي مع الشمسية عنها بفتح المفتاح فور اكتمال شحن البطارية تنفصل الخاليا. ةالشمسية والبطاريوالخاليا

ويعاد ١محددة يغلق المفتاح س ةدون عتبالمخزنة في البطارية ةمستوى الطاقأما إذا انخفض .١س integrated(يتكامل جهاز التحكم مع دايود مانع . الخاليا الشمسية بالدارة الكهربائية اتصال blocking 

diode (للحماية من انعكاس التيار الكهربائي.

عند بلوغها جهد التفريغ النهائي ويعزل ٢ؤول دون التفريغ العميق للبطارية يفتح المفتاح سللح .يعاد وصل الحمل إليها تلقائيا بعد شحنها لفترة محددة وتخطي الجهد عتبة معينة. الحمل عنها

المساوئ الميزاتامكانية قطع التيار • ال خطر من حدوث بقعة حامية •

في الطاقة المولدة كلما زاد يرتفع الهدر • مستوى شحن البطارية

-١٠-  

)التوازيعلى (الكهربائي بالشحن تحكم الجهاز -باء

ومقاومة مجزئ ) ١المفتاح الكهربائي س(القدرة ترانزستوريترابط في هذا الجهاز كال من عند بلوغ الحد . بتواز مع الخاليا الشمسية والبطارية) ال يظهر في الرسم –shunt resistance(التيار

يغلق (األقصى لجهد شحن البطارية تعزل هذه األخيرة عن الخاليا الشمسية بفعل مقاومة مجزئ التيار مع يلزم تكامل جهاز التحكم. ويحول الفائض من الطاقة المولدة في الخاليا إلى حمل تواز)١المفتاح سللحماية من دائرة قصر للخاليا الشمسية التي من شأنها أن )integrated blocking diode(دايود مانع

.واحد آنتتسبب بدائرة قصر للبطارية في

. لفصلها عن حملها ٢عند اقتراب بلوغ البطارية مستوى جهد التفريغ النهائي يفتح المفتاح س

المساوئ الميزاتال يحصل تبديد في هذا الجهاز سوى •

كمية الطاقة المبددة خالل . للطاقة الفائضة ال تذكر ١س الترانزستورإغالق

ال يمكن قطع التيار المولد في الخاليا • الشمسية

يمكن حدوث بقعة حامية نتاج قصر التيار •

 

-١١-  

جهاز التحكم بالشحن الكهربائي عن طريق تتبع نقطة القدرة -جيم )maximum power point tracking MPPT. (ك.ت.ق.قوليد الكهربائي القصوى للت

غالبا ما يستخدم هذا الجهاز للتحكم بالشحن الكهربائي الناتج عن كبرى األنظمة الشمسية لتوليد وحدة تعمل هذه األجهزة على تحديد نقطة القدرة القصوى ل). kWp ١التي تزيد طاقتها عن (الطاقة ، تحويل التيار )capacitors(الشمسي عبر التحكم بالتيار المولد، تخزين الطاقة في مكثفات التوليد

، وأخيرا ةالبطاريجهد ليتالءم مع المستمر الخارج من المكثفات إلى تيار متردد، تكييف جهد التيار م زيادة في كمية ينتج عن هذا التحك. إعادة تحويله إلى تيار مستمر لتزويد البطارية بأقصى طاقة شحن

.الطاقة المنتجة من الوحدة الشمسية والتي تستخدم في شحن البطارية

فولت تيار متردد ١٧بخفض الجهد الفعلي لوحدة التوليد الشمسي من . ك.ت.ق.قيقوم جهاز ال وات من الطاقة أي ٧٢، محققا أمبير ٥،٥فولت تيار متردد ما يرفع قوة التيار إلى حوالي ١٣إلى

.عن أداء جهاز تحكم عادي في المائة ٢٠بتحسن مقداره

ذات األنظمة الشمسية فيارتفاع سعر هذا الجهاز يحصر استعماله أن تجدر اإلشارة إلى .لتوليد الطاقةالقدرات العالية

  )بوحدة األمبير(احتساب حجم جهاز التحكم بالشحن -دال

أو (ج الوحدة الشمسية من الطاقة جهاز التحكم بالشحن بتقسيم ذروة انتال التيار االسمييتحدد .على قيمة الجهد في الوحدة )الحمل استهالك

 

:الكهربائيالمواصفات المطلوب توفرها في جهاز التحكم بالشحن -هاء

  الزائدالشحن الحماية من • الحماية من التفريغ العميق • الحماية من عكس اتجاه الجهد من خالل طرفي التوصيل في البطارية • الجيدةكفاءة ال • لحرارة البطارية تأمين المراقبة • الحماية من الحمل الزائد •

ال نظام . من طاقتها المنتجة اجميع الوحدات الشمسية تبدد جزء على سبيل المثادل درة تع وة ٧٥ذو ق ار بق اس تي ى أس نف عل د ٤،٤وات مص ر وجه أمبي

ت ١٧يساوي ط ،فول تج فق ة ٥٧ين دها وات لشحن بطاري ا –فولت ١٣جه م .من طاقة النظام في المائة ٢٤يترتب عليه تبدد

ة ن الطاق اج م ية ذات ذروة انت دة شمس اج وح ال، تحت د وات ٦٠للمث ١٢وجه :فولت إلى

 أمبير ٥= فولت ١٢/ وات ٦٠

.أمبير ٥تعادل ) التيار اإلسمي(أي أن سعة جهاز التحكم بالشحن  

-١٢-  

 التشغيلية ذات الصلةالعوامل Operating Parametersضبط متغير لكل • تبدد منخفض للتيار في حالة الدائرة المفتوحة • مؤشر لمستوى الشحن •

)DC‐DC converter(محول الجهد في التيار المستمر -اوو

جهد مختلف عن جهد نظام التوليد اتيستخدم محول الجهد في التيار المستمر لتشغيل أجهزة ذفولت على نظام توليد شمسي ٦كتروني ذي جهد يعادل لجهاز االالفعلى المثال يمكن ربط . الشمسي

 buck –محول تخفيض (فولت باستعمال محول جهد ١٢ذي جهد يعادل converter ( يقوم بتخفيض جهدفي حالة ربط أجهزة يفوق جهدها جهد النظام الشمسي . فولت ٦فولت إلى ١٢النظام الشمسي من

 boost –محول زيادة (ل الجهد يقوم محو converter ( في هذه الحالة بزيادة جهد النظام ليتالءم مع جهد .األجهزة

القابلة إلعادة الشحن البطاريات -ثامنا

ضمن األنظمة الفولتضوئية لتخزين الطاقة الناتجة عن القابلة إلعادة الشحن تستخدم البطارياتتتميز الطاقة المخزنة . اآلني االستهالكائي والفائضة عن تحويل اإلشعاع الشمسي إلى تيار كهرب

.هاالشعاع الشمسي أو نقصفترات غياب ا عند الحاجة وخصوصا خالل استخدامه بإمكانية

تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية على القابلة إلعادة الشحن مبدأ عمل البطاريات يقوم تتحول الطاقة الكيميائية تلقائيا إلى ) ...مصباح أو جهاز الكتروني( البطارية بحمل عند وصل. مخزنة .ربائيةطاقة كه

 المعالم الرئيسية للبطاريات -الف

 ومخزون الطاقة السعة •

. في ظروف مثاليةكمية الطاقة القصوى التي يمكن للبطارية من اختزانها تعطي السعة فكرة عن . البطارية لتمييزقيمة السعة المثالية تستعمل ).Ah(الوحدة المستخدمة لقياس السعة هي األمبير ساعة

:اعتمادا على التالي مثالية وذلكإلى أن السعة الفعلية أقل من تقدير السعة ال يجب االنتباه لكنo طريقة شحن البطارية o كلما تدنت نسبة التفريغ كلما ارتفعت السعة الفعلية(التيار عند التفريغ قوة( o تفريغعند الالجهد النهائي o االستعمال حيث تزيد السعة مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة بالبطارية خالل

 الحرارة

التوتر اإلسمي/ والجهد المعادلة التالية تربط بين سعة البطارية الطاقة المخزنة

)ساعة.أمبير(السعة المقدرة ) = فولت(الجهد اإلسمي ÷) ساعة.وات(قة االطمخزون

:مخزون طاقة يعادل )ساعة.أمبير ١٠٠(وسعة )فولت ١٢(جهد يساوي مثال تولد بطارية ب

ساعة.وات ١٢٠٠= ١٢× ١٠٠

-١٣-  

 جهد التفريغ النهائي •

هذا الجهد األدنى .يعطلها وقد تفريغ البطارية تحت جهد أدنى يقصر من عمرهارار بجاالستالبطاريات مجهزة عادة بحماية تجنبها . وتخطيه يعرف بالتفريغ العميق يعرف بجهد التفريغ النهائي

.التفريغ العميق

بطاريات تعتبر . تطبيقاتمن الم كل واحدة منها مجموعة ئتوجد عدة مواصفات للبطاريات تاللمواصفات الفولتضوئية لتخزين الطاقة لشمولها ااألنظمة الحتياجات حمض الرصاص األنسب

)2(:التالية )استخدامات متعددة يوميا(سعة كبيرة • متالزمة مع دورة تفريغ طفيفة نسبيا دورة حياة طويلة •

من سعة البطارية في المائة ١٠٠و في المائة ٨٠تبلغ ما بين عند الحاجة،دورات تفريغ عميقة  دون التقصير من عمرها

 القدرة على تخزين الطاقة الناتجة حتى عن تيار شحن ضعيف • تفريغ ذاتي منخفض • )ةصغيرال تالوحملل(ساعة جيدة كفاءة أمبير • صيانة منخفضة • صديقة للبيئة وقابلة إلعادة التدويرو آمنة •

.نوع مغمور أو مبتل واآلخر مقفل :بطاريات حمض الرصاصيوجد نوعان من

 المغمورةبطاريات حمض الرصاص -باء

من الرصاص و آخر من أكسيد الرصاص، ويحتوي اقطب بطاريات حمض الرصاصتتضمن صلها على دائرة في حالة التفريغ كمثل و. الكبريتيك المخففحامض اإللكتروليت على محلول

لتشكيل اإليجابية والسلبية مع اإللكتروليت األقطابكهربائية خارجية تتدفق اإللكترونات وتتفاعل أما عندما تشحن بواسطة تيار كهربائي خارجي تتدفق اإللكترونات عبر . يتات الرصاص والماءكبر

عندالقطب اإليجابي ورصاص أكسيد الرصاص عند ثاني إلىالبطارية لتحول كبريتات الرصاص  .ويعاد تركيب اإللكتروليت من ماء إلى حامض الكبريتيك القطب السلبي

تفريغ    PbO2 + Pb + 2 H2SO4           2 PbSO4 + 2H2O + 2 e

‐  شحن

:تتميز هذه البطاريات بالتالي تكنولوجيا ناضجة وموثوقة •

 اسعار معقولة •

 تفريغ ذاتي منخفض •

 صيانة منخفضةكلفة •

 جهد عالي للخالياتوافر •

-١٤-  

 يمكن إعادة تدوير معظم أجزائها •

:من ناحية أخرى يتضمن هذا النوع من البطاريات بعض السلبيات، منها كثافة تخزينية ضئيلة للطاقة مما يحتم ارتفاعا في وزن البطارية •

 ضعف استقرار دورات الشحن والتفريغ والتفريغ العميق •

 إذا طالت فترة عدم االستعمال محدودةقدرة تخزينية •

حيث يلحق بها الضرر إذا تدنى جهد الخاليا دون يجب عدم تخزينها وهي فارغة من الشحن • فولت ٢،١

 .والتخوف من اضرارهالصعوبة في نقل حامض الكبريتيك •

قليلة إلدارة هو في السيارات، وتسمح بتيار كبير لفتراتأهم استعمال لهذا النوع من البطاريات ير بنية األقطاب الرصاصية من مخزونها للطاقة تتغ في المائة ١٠إذا افرغت من أكثر من . المحركات

. من سعتها يقللالتفريغ العميق المتتالي ،)الكبرتة(وتترسب عليها كبريتات الرصاص بأشكال بلورية

،حتياجات األنظمة الفولتضوئيةإلهذا النوع من البطاريات بعض مواصفات نظرا لعدم مالءمة ممة خصيصا لتخزين الطاقة وخدمة مص وجدت أنماط معدلة منها تعرف ببطاريات الدورات العميقة

آالف ) المتبقية دون استعمال في المائة ٢٠مع االحتفاظ بال تفريغ في المائة ٨٠(دورات عميقة .يم دورات التفريغ بأقل عمق ممكنتنظيلكن إلدامة عمرها قدر اإلمكان ينصح . المرات

 حمض الرصاص المقفلة بطاريات -جيم

ثابتة ال تتناقص مما يسمح ) gel(في هذه البطاريات من مادة هالمية تتكون حالة اإللكتروليت :تتميز عن مثيالتها المغمورة بالتالي. بختمها ثبات أفضل لدورات الشحن والتفريغ •

 ال تحتاج إلى صيانة •

مما يسمح باستعمالها في أماكن )األوكسيجين والهيدروجين(خطرة ال ينبعث منها غازات • مغلقة

 دالق اإللكتروليت مما يتيح نقلها دون اجراءات خاصة واستخدامها بأمانال خوف من إن •

 مقاومة للكبرتة •

.من كلفة البطاريات المقفلة مما يحفظ التنافس مع البطاريات المغمورة رفعهذه الميزات ت

 شحن بطاريات حمض الرصاص -دال

يوجه التيار . توليد الطاقة في األنظمة الشمسية التي تغذيها شحن البطاريات على يعتمدتتوقف . جهد الخاليا الكهربائي المولد في الخاليا الشمسية لشحن البطارية مما ينتج ارتفاعا بطيئا في

هنا تأتي . بالرغم من عدم اكتمال شحنها ياإلى حدوده العلمستوى الجهد يصل عملية الشحن عندما لتحكم بالشحن الكهربائي الذي يتحكم بمستوى التيار الذي يصل البطارية مخففا إياه كلما جهاز اوظيفة

).أنظر إلى الرسم(اقترب جهد البطارية من حده األقصى

-١٥-  

كبريتات الرصاص يبقى خالل كل عملية شحن تخسر البطارية قليال من سعتها ألن جزء من استخدام البطاريات تكمن في شحنها دائما قبل أفضل الممارسات في. خارج محلول اإللكتروليت

).١٤( ذات سعة إسمية أكبرالعميق المتكرر باستعمال بطاريات التفريغ، وتجنب تفريغها كامال

 توليد الغاز -هاء

من مخزونها في المائة ٩٠- ٨٠بلوغ وعند حمض الرصاص المغمورة خالل شحن بطاريةالشحن استمر تيارإذا . للطاقة يستبدل معظم حامض الكبريتيك في القطبين بثاني أكسيد الرصاص

جزيئيات عن استعمال الشحن ويهدر عبر فصل جزء منه بتغذية البطارية دون تعديل بقوته يفيض . بالتحلل الكهربائيالماء في المحلول اإللكتروليتي إلى غازات األوكسيجين والهيدروجين في ما يعرف

في أماكن مغلقة؛ لذلك ينبغي وجود في حال تراكمهاقد تتسبب بانفجار من جراء تفاعلها هذه الغازات .حيث توضع البطارياتلألمكنة تهوية كافية

 الكبرتة -واو

تعاني بطاريات حمض الرصاص المغمورة من ظاهرة تعرف بالكبرتة حيث تنمو بلورات كبيرة صفائح األقطاب مسببة انغالق المسامات فيها وارتفاع المقاومة الكهربائية كبريتات الرصاص على من

:تحدث الكبرتة عادة في الحاالت التالية. الداخلية في خاليا البطارية لحد تعطيلها في أقصى الحاالت

التفريغ الذاتي • تخزين البطاريات وهي مفرغة • شحن البطاريات بالكاملعدم •أو / غير طبيعي في مستوى اإللكتروليت سببه خسارة الماء من جراء الشحن الزائد و انخفاض •

التبخر

-١٦-  

:اإلحتياطات المقترحة للتقليل من حالة الكبرتة تشمل

تجنب التفريغ الكامل عبر إضافة حماية للمحافظة على حد أدنى من الطاقة في البطارية • شحن البطارية بالكامل قدر اإلمكان •

لفترة طويلة يستحسن اتباع حمض الرصاص المغمورة م استعمال بطارياتفي حال عد :تخزينها عندالتعليمات التالية

ع اارتف يتسارع معالذي التفريغ الذاتي بطيءلت) درجة مئوية ١٥-٥(التخزين في جو بارد • الحرارة

عدم تخزينها مفرغة • إعادة شحنها دوريا لتجنب الكبرتة وتآآل األقطاب •

 صيانة بطاريات حمض الرصاص -زال

:للمحافظة على حسن عمل البطاريات ينبغي اتباع اإلرشادات التالية

البطارية الحفاظ على نظافة سطح • التأآد من جميع الوصالت •درجة + ٤٠و -٢٠بين تكون الحرارةعلى أن قياس الحرارة والرطوبة حيث توجد البطارية •

ةفي المائ ٩٥ الرطوبةمئوية وأن ال تتخطى قياس شحنة البطارية • فحص مستوى اإللكتروليت وزيادة ماء مقطرة حسب الحاجة •فولت لكل خلية متعمدين اجتياز حالة ٢،٤جهد للبطارية حتى مستوى دوريا الشحن الكامل •

محلول الحمض إعادة مزجبتوليد الغاز لفترة عدة ساعات مما يسمح

 )inverter(المقوم العكسي -تاسعا

نحتاج اليه هو عادة بينما التيار الذي ) DC( مستمر/ الناتج عن الخاليا الشمسية متواصلالتيار ).AC(متردد

المنتج في الخاليا الشمسية إلى تيار المستمر / المقوم العكسي تحويل التيار المتواصل يؤدي االنظمة الشمسية كما يمكن استخدامه في. متردد مالئم لتغذية الشبكات الكهربائية العامة والخاصة

.)١٥( المعزولة إلمداد االجهزة الكهربائية المعدة للتشغيل على التيار المتردد فقط

 الحمل -عاشرا

يقتصر استعمال الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء حاليا على التطبيقات األساسية نظرا الرتفاع ألنظمة هي التي تعيش في المناطق الريفية ثر المجتمعات حاجة إلى هذه اأك. كلفة األنظمة الفولتضوئية

:ةالتاليتشمل التطبيقات أهم . المركزيةالعامة والتي لم تربط بشبكات الكهرباء

اإلضاءة •

-١٧-  

تبريد اللقاحات • ضخ المياه • واالتصاالت المعلوماتيةأجهزة • أجهزة الترفيه اإللكترونية •

 اإلضاءة -ألف

مقارنة مع المصباح . تحسنت كفاءة اإلضاءة الكهربائية كثيرا بفضل التطور التكنولوجي incandescent(التوهجي lamp ( يبرز مصباح الفلورسنت المدمج)compact  fluorescent 

lamp‐CFL ( من حيث استهالك الطاقة)تكنولوجيا هذه المصابيح أصبحت ). مرات أقل ٥إلى ٤، كما أن مقياس التوصيل والتركيب مالئم كينمتناول الكثير من المستهلفأصبح بسعرها وتدنى ناضجة

على استبدال المصابيح دولها ؛ وقد قامت عدة دول بدعم البيوت غير الميسورة فيمع المعايير القائمة بلدالمقدرة للالكهربائية تمديد لصالحية السعة من يؤديهما التوهجية بمصابيح فلورسنت مدمجة نظرا ل

.بناء محطات توليد الكهرباء في المستقبلكلفة في في استهالك الوقود وتوفير إضافة إلى

 Light‐Emitting(الصمام الثنائي للضوء اجهزة ى ذلك تبرز تقنيةال Diode  LED ( الواعدةإضافة إلى زيادة الكفاءة حوالي عشر مرات مقارنة مع المصباح التوهجيتحسنت .كبديل للمصابيح

.وتكلفتها عالية القدرةلكن المنتجات المطروحة للبيع حاليا محدودة . ملحوظة في عمر الخدمة

 تشغيل برادات لحفظ اللقاحات -باء

لتصميم النظام الشمسي المالئم تحديد السعة المناسبةيجب مستمر وفولت ١٢تعمل على جهد .لتغذيتها بالطاقة

 مضخات المياه -جيم

مرتبطة بشبكة كهربائية من الغير للمزارعين في المناطق الريفية االنظمة الفولتضوئية مالئمةللمضخات العاملة للمضخات لضخ مياه الشرب ومياه الري كبديل الكهربائية حيث تأمين الطاقة

:أهم المنافع التي يحصلون عليها تشمل. بواسطة محركات الديزل أويل

لمولدات الكهرباء الديزل أويلمدادات ى اعل تحررهم من اإلعتماد • مدة خدمة أطول • صيانة أقل •

عبر االستفادة من الطاقة الكهربائية خزان توزيع الىتجدر اإلشارة إلى ضرورة ضخ المياه .المولدة خالل فترات تواجد االشعاع الشمسي

 أجهزة االتصاالت والمعلوماتية -دال

غير . المحمولة القليل من الطاقة لشحن البطاريات داخلهاب الحواسهزة االتصاالت وتستهلك أج محول يربط بين هذه األجهزة والنظام أن لكل جهاز مواصفات كهربائية خاصة مما يتحتم ايجاد

هذه الوسيلة مرتبطة بقدرة الخاليا الشمسية على انتاج لكن .مباشرة الفولتضوئي لتزويدها بالكهرباء .اهيك فترات التظليلالكهرباء، أي خالل النهار ن

-١٨-  

تخزينهاللتمكن من استخدام الطاقة الشمسية في أي وقت ومهما كانت الظروف الجوية يستحسن .عند الحاجة الستعمالها في شحن أجهزة االتصاالت والمعلوماتيةفي بطارية

 أجهزة الترفيه اإللكترونية -هاء

ط االقمار االصطناعية والق) DVD(أجهزة الترفيه تشمل التلفزيون وال دي في دي )transmission  via  satellite (التقنيات تطورت كثيرا من حيث الجودة والكفاءة في استهالك . الخ

.الفولتضوئية مناسبة لهذا النوع من التطبيقات األنظمةالطاقة بما يجعل    

-١٩-  

المراجع

1. http://inventors.about.com/od/timelines/a/Photovoltaics.htm, History:  Photovoltaic  Timeline,  (retrieved 7‐10‐2011). 

2. Sarawork Amsalu et al., “Rural Electrification with Photovoltaics”, Solar Energy Foundation. 3. http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cell, Solar cells, (retrieved 12‐10‐2011). 4. http://encyclobeamia.solarbotics.net/articles/photovoltaic.html,  Photovoltaic  effect,  (retrieved  10‐10‐

2011). 5. http://www.cea.fr/var/cea/storage/static/gb/library/Clefs50/pdf/encadred.pdf, “How does a photovoltaic 

cell work?” Photos, (retrieved 10‐10‐2011). 6. http://en.wikipedia.org/wiki/Sun, The sun, (retrieved 14‐10‐2011). 7. http://www.mrsolar.com/pdf/mrsolar/Battery_Tech_Manual.pdf,  “Valve‐Regulated  Lead‐Acid  (VRLA): 

Gelled Electrolyte (gel) and Absorbed Glass Mat (AGM) Batteries”, (retrieved 20‐10‐2011). 8. http://www.helioclim.org/index.html,  The  European  Solar  Radiation  Atlas,  Vol.  1:  Fundamentals  and 

maps, (retrieved 25‐10‐2011). 9. http://www.oregon.gov/ENERGY/RENEW/Solar/docs/pvbasics.pdf?ga=t,  Photovoltaics:  Basic  Design 

Principles  and  Components,  US  Department  of  Energy,  Energy  Efficiency  and  Renewable  Energy Clearinghouse. 

10. http://www.wou.edu/las/physci/GS361/electricity%20generation/HistoricalPerspectives.htm,  Historical perspective  of  energy  consumption,  “Estimated  Daily  Consumption  of  Energy  per  Capita  at  Different Historical Points”, adapted from: E. Cook, "The Flow of Energy in an Industrial Society" Scientific American, 1971 p. 135. 

11. http://www.energysavers.gov/renewable_energy/solar/index.cfm/mytopic=50012, Solar Radiation Basics, US Department of Energy, Energy Efficiency & Renewable Energy, (retrieved 21‐11‐2011). 

12. http://en.wikipedia.org/wiki/Concentrated_photovoltaics,  Concentrated  Photovoltaic,  (retrieved  24‐11‐2011). 

13. http://www.nrel.gov/csp/concentrating_pv.html,  Concentrating  Photovoltaic  Technology,  National Renewable Energy Laboratory, U.S. Department of Energy (retrieved 24‐11‐2011). 

14. http://batteryuniversity.com/, Learning about batteries, (retrieved 28‐11‐2011). 15. http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_inverter, Solar Inverter, (retrieved 30‐11‐2011).