أنظمة الطاقة الشمسية المعزولة عن الشبكة

نظام الطاقة الشمسية المعزول عن الشبكة يجب أن يولّد ويخزّن كل وحدة طاقة سيستهلكها الموقع على الإطلاق، دون شبكة يعتمد عليها عندما لا تتعاون الشمس، ما يجعل عملية تصميمه مختلفة جوهرياً عن نظام متصل بالشبكة يعوّض ببساطة استهلاك المرافق. يبدأ تحديد الحجم من نمط حمل يومي صادق: إجمالي استهلاك الطاقة بالكيلوواط ساعة يومياً، وذروة سحب القدرة اللحظي بالكيلوواط، وكيفية توزع ذلك الحمل عبر اليوم، إذ إن الحمل الذي يعمل معظمه ليلاً (إنارة الموقع، أنظمة الأمن، معدات الاتصالات) يحتاج سعة بطارية أكبر نسبياً مقارنة بحجم المصفوفة من حمل يعمل معظمه خلال ساعات النهار حين تنتج المصفوفة مباشرة.

قيد التصميم الحرج في أي نظام معزول عن الشبكة هو الاستقلالية: عدد الأيام المتتالية ذات الشمس المنخفضة أو المعدومة التي يجب أن يحمل خلالها بنك البطاريات الحمل الكامل دون إعادة شحن. برج اتصالات أو محطة مراقبة نائية لا تتحمل انقطاع التشغيل تحتاج عدة أيام من الاستقلالية محددة وفق أسوأ سلسلة واقعية من الأيام الملبدة أو المتأثرة بعاصفة غبار يشهدها موقع الموقع تاريخياً، لا يوماً صافياً متوسطاً. متطلب الاستقلالية هذا، أكثر من رقم متوسط الطاقة اليومي، هو عادة ما يدفع حجم بنك البطاريات إلى الأعلى، والخطأ فيه يظهر كانقطاع فعلي بعد أشهر من التشغيل، لا كعيب تصميمي واضح في مواصفة النظام الأولية.

تحديد حجم المصفوفة للأنظمة المعزولة عن الشبكة يستخدم عادة نهج أسوأ شهر تصميمي: بدلاً من التحديد وفق متوسط الإشعاع السنوي، يُحدد حجم النظام وفق أقل شهر إشعاعاً يشهده الموقع، إذ إن نظاماً معزولاً عن الشبكة يلبي الحمل فقط في يوم صيفي مشمس لكنه يقصّر كل ديسمبر لا يفي فعلياً بمهمته. المولد الاحتياطي رفيق شائع لنظام شمسي وبطارية معزول عن الشبكة أكثر من كونه خياراً منافساً، ويُحدد حجمه لتغطية الحمل خلال فترة شمس منخفضة ممتدة تتجاوز ما صُممت له استقلالية البطارية، ما يتيح لمزيج الشمسي والبطارية التعامل مع الغالبية العظمى من ساعات التشغيل بينما يبقى المولد خط دفاع حقيقي أخير لا مصدر الطاقة الأساسي.

التطبيقات الشائعة في السعودية تشمل معدات الاتصالات والمراقبة في مواقع أبراج نائية تتجاوز مدى الشبكة الاقتصادي، وإنارة الأمن وأنظمة الكاميرات في معسكرات الإنشاء والمواقع النائية للمشاريع، ومعدات ضخ المياه أو التحلية في المواقع الزراعية أو الريفية. يبدأ التوريد من نمط حمل وتقييم مورد شمسي للموقع. يرسل فريق المشروع الحمل اليومي بالكيلوواط ساعة، وذروة سحب القدرة، وأيام الاستقلالية المطلوبة، وموقع المشروع، وترد إن إل إس بنظام محدد الحجم، مصفوفة PV وبنك بطاريات وعاكس، مع عرض سعر بالدولار ومدة توريد تعتمد على سعة النظام وتوفر المكونات.