من تغذية المولّد إلى الطاقة الشمسية + التخزين بالبطاريات: مشروع طاقة في غابة خارج الشبكة

نظرة عامة على الحالة

بدأ مشروع غابة نائية بمولّد صغير وتحدٍّ عملي: كيف يمكن إنشاء منظومة طاقة موثوقة لموقع لا يزال قيد التطوير، مع توقّع طلب مستقبلي على الكهرباء من المباني والمضخات والبوابات والإنارة ومعدات أخرى؟

عملت GeePower مع العميل لفهم الأحمال المتوقّعة ومتطلبات المشروع، ثم جهّزت نظام تخزين طاقة بقدرة وسعة 20kW / 51.2kWh للموقع.

شمل التوريد الكامل الألواح الشمسية ونظام تخزين الطاقة بالبطاريات والعاكس ومكوّنات النظام ذات الصلة. ونُفّذ التركيب محلياً، مع تقديم GeePower دعماً فنياً عن بُعد عبر الهاتف والبريد الإلكتروني وWhatsApp أثناء التركيب والاختبار والتشغيل الأولي.

عند توثيق المشروع، كان نظام الطاقة الشمسية + البطاريات يعمل بالفعل منذ عدة أشهر، بينما كان تطوير الغابة نفسها لا يزال مستمراً.

ملاحظة بشأن المواد الإعلامية: تستند لقطات المشروع وتعليقات العميل وملاحظات التشغيل إلى مواد قدّمها مالك المشروع أو نشرها. وتعكس أرقام الأداء المعروضة في هذه الحالة هذا التركيب تحديداً وظروف تشغيله ومرحلة تطوّر المشروع.

النظام في لمحة 

التحدّي: تأمين كهرباء موثوقة لموقع ناءٍ

قبل تركيب النظام الجديد، كانت الكهرباء في موقع الغابة تُوفَّر بمولّد صغير.

كان ذلك كافياً للتغذية المؤقتة، لكن المشروع كان يتوسّع.

كان الموقع سيحتاج لاحقاً إلى الكهرباء في مناطق متعددة، منها:

• المبنى الرئيسي؛
• غرفة المضخات؛
• بوابات المدخل؛
• الساحة السفلية؛
• كشّافات إنارة مستقبلية حول الغابة؛
• أدوات الإنشاء والأحمال الكهربائية المؤقتة.

لذلك احتاج العميل إلى نظام يدعم مرحلة الإنشاء الحالية والطلب الأعلى على الكهرباء مع تطوّر الموقع.

تكوين النظام وفق متطلبات المشروع

قبل توريد المعدات، تواصلت GeePower مع العميل بشأن التطبيق المقصود والأحمال المتوقّعة ومتطلبات المشروع العامة.

استناداً إلى تلك المتطلبات، جرى تكوين النظام باستخدام عاكس بقدرة 20kW وسعة بطاريات 51.2kWh، بجهد اسمي للبطاريات قدره 512VDC.

يدعم النظام دخلاً كهروضوئياً يصل إلى 30kW من الدخل الكهروضوئي PV، مع قناتَي MPPT ونطاق تشغيل MPPT من 150–850VDC.

ورّدت GeePower المكوّنات الرئيسية اللازمة للمشروع، ومنها:

• الألواح الشمسية؛
• نظام تخزين الطاقة بالبطاريات؛
• العاكس؛
• معدات النظام ذات الصلة.

لم يكن الهدف مجرّد توفير خزانة بطاريات، بل مواءمة نظام التخزين وتحويل القدرة مع التطبيق الذي خطّط له العميل خارج الشبكة.

تجهيز الموقع لنظام تخزين الطاقة

قبل وضع معدات البطارية والعاكس في مواقعها، كان لا بد من تجهيز منطقة التركيب.

رُكّبت قنوات كابلات القدرة أولاً لإتاحة تمرير الكابلات المطلوبة تحت الأرض.

ثم صُبَّ أساس خرساني لتوفير قاعدة ثابتة لمعدات البطارية والعاكس.

بعد اكتمال الأساس، وُضع نظام تخزين الطاقة والخزائن الكهربائية الخارجية الخاصة بالمشروع في مواقعها.

أنشأت هذه البنية نقطة تغذية مركزية يمكن منها توزيع الكهرباء لاحقاً إلى مناطق مختلفة من موقع الغابة.

توزيع مخصّص للكهرباء في أنحاء الموقع

صُنّعت للمشروع خزانتان كهربائيتان خارجيتان مخصّصتان من فولاذ مجلفن ومطلي بالمسحوق.

استُخدمت إحدى الخزائن الكهربائية الخارجية لتوصيلات الكهرباء الواردة، بينما احتوت الثانية على معدات التوزيع الرئيسية.

من نقطة التوزيع، تمتد قنوات أرضية نحو مناطق متعددة في الموقع، منها غرفة المضخات والبوابات والساحة السفلية. كما خُطّط لبنية إضافية لإنارة الغابة مستقبلاً.

تشمل منظومة التوزيع لوحة مصاهر ثلاثية الطور وحماية من الارتفاعات العابرة للجهد.

كابل مدرّع بأسلاك فولاذية (SWA) ثلاثي الطور بمقطع 25mm² يربط نظام العاكس بلوحة التوزيع، إلى جانب قاطع دائرة بعلبة مصبوبة (MCCB) بتيار 80A يُستخدم لفصل العاكس عن منظومة التوزيع الكهربائي في الموقع.

تركيب مصفوفة الألواح الشمسية المكوّنة من 36 لوحاً

يستخدم المشروع 36 لوحاً شمسياً رُكّبت على سطح المبنى الرئيسي في الموقع.

قُسّمت المصفوفة إلى ثلاث سلاسل تضم كل منها 12 لوحاً.

وُضع المبنى منذ البداية مع مراعاة التعرّض للشمس. ورغم أن الأشجار المحيطة تُلقي بعض الظلال خلال أجزاء من اليوم، فقد أنتجت المصفوفة قدرة ملحوظة في الظروف المناسبة.

مُرّرت الكابلات الشمسية في قنوات حماية الكابلات بين الألواح قبل مواصلة مسارها نحو العاكس ونظام البطاريات.

ساعد ذلك في تنظيم الكابلات وحمايتها في البيئة الخارجية.

التأريض والحماية الكهربائية

قضيبان، بطول 2 متر لكل قضيب تأريض رُكّبا ضمن المنظومة الكهربائية.

يشمل التركيب أيضاً الحماية من الارتفاعات العابرة للجهد وقواطع الدائرة ومعدات حماية شمسية مخصّصة.

تشكّل هذه المكوّنات جزءاً مهماً من التركيب الكامل خارج الشبكة، إلى جانب المصفوفة الشمسية والعاكس ونظام البطاريات.

الاختبار والتشغيل الأولي: حين لم يبدأ النظام كما كان متوقّعاً

لم تنجح عملية الاختبار والتشغيل الأولي بصورة مثالية من المحاولة الأولى.

بعد توصيل المعدات، لم يعمل النظام بصورة صحيحة في البداية.

وصّل العميل حاسوباً محمولاً لتشخيص المشكلة، واستخدم مولّداً مؤقتاً لتوفير شحن كافٍ لإعادة تشغيل النظام.

بعد شحن البطارية وحل مشكلة الاختبار والتشغيل الأولي، عاد النظام إلى التشغيل الطبيعي.

خلال التركيب والاختبار والتشغيل الأولي، قدّمت GeePower إرشاداً فنياً عن بُعد عبر الهاتف والبريد الإلكتروني وWhatsApp، مما أتاح مناقشة المشكلات وأسئلة التكوين دون الحاجة إلى حضور مهندس في الموقع.

لذلك كان استخدام المولّد الظاهر في المشروع جزءاً من عملية الاختبار والتشغيل الأولي، وليس مبدأ التشغيل الأساسي للنظام المكتمل.

التشغيل الفعلي

عندما وثّق مالك المشروع التركيب، كان النظام يعمل بالفعل منذ عدة أشهر.

وكان تقييمه مباشراً:

«يعمل بكفاءة ممتازة منذ بضعة أشهر.»

لم يكن التحدّي غير المعتاد في هذه المرحلة نقص الكهرباء.

لأن المبنى الرئيسي كان لا يزال قيد الإنشاء، لم يكن الموقع يستهلك بعد ما يكفي من الكهرباء لإخضاع بطارية 51.2kWh لدورات شحن وتفريغ منتظمة.

لإجراء دورة تفريغ أعمق للبطارية، كان المالك يوقف المصفوفة الشمسية أحياناً لمدة يومين تقريباً، فيتيح لأحمال الموقع القائمة تفريغ البطارية قبل إعادة توصيل المنظومة الكهروضوئية PV.

عند تشغيل الألواح الشمسية مجدداً، أمكن إعادة شحن البطارية من التوليد الشمسي.

من المتوقّع زيادة استهلاك الكهرباء في الموقع مع تشغيل مبانٍ ومضخات وإنارة وأحمال إضافية أخرى.

إنتاج الطاقة الشمسية المرصود في الموقع

أثناء التصوير، رُصد إنتاج النظام لنحو 13–18kW من الطاقة الشمسية في ظروف ضوء شمسي متغيّرة.

يتّسق ذلك مع نظام مصمّم لاستقبال دخل كهروضوئي PV يصل إلى 30kW، مع أن الإنتاج الشمسي الفعلي يعتمد على المصفوفة المركّبة واتجاه الألواح والتظليل والطقس والموسم وظروف الموقع الأخرى.

الأرقام أعلاه ملاحظات خاصة بهذا التركيب، ولا ينبغي تفسيرها كأرقام إنتاج مضمونة لمشاريع أخرى.

في هذه المرحلة من تطوير الغابة، تجاوز التوليد الشمسي المتاح أحياناً الطلب على الكهرباء في الموقع غير المكتمل.

من التغذية المؤقتة بالمولّد إلى منظومة طاقة شمسية + تخزين

التغيّر العملي في الموقع أوسع من مجرّد تركيب خزانة بطاريات.

اعتمد ترتيب التغذية المؤقت الأصلي على مولّد صغير. أما البنية الجديدة فتجمع:

منظومة كهروضوئية PV → العاكس → التخزين بالبطاريات → الحماية والتوزيع → أحمال الموقع

يستطيع ذلك النظام الآن تلبية الطلب الحالي على الكهرباء مع إتاحة مجال لأحمال إضافية مع تطوّر الموقع.

يوضح المشروع أيضاً لماذا لا يمكن تحديد مواصفات تركيب خارج الشبكة اعتماداً على سعة البطارية وحدها. إذ يجب النظر معاً في الدخل الكهروضوئي PV وقدرة العاكس والأحمال المتوقّعة وبنية التوزيع والتوسّع المستقبلي.

في هذه الحالة، شمل دور GeePower فهم متطلبات العميل وتكوين حل تخزين الطاقة، وصولاً إلى توريد معدات النظام الرئيسية وتقديم دعم التركيب عن بُعد.

نظام صُمّم لمشروع لا يزال قيد التطوير

لم يكتمل تطوير الغابة بعد.

رُكّبت البنية الكهربائية بينما كان المبنى الرئيسي وأجزاء أخرى من العقار لا تزال قيد التطوير، مما أتاح بدء تشغيل منظومة الطاقة قبل بلوغ منحنى الأحمال النهائي للمشروع.

من المتوقّع طلب مستقبلي من أحمال مبانٍ إضافية وضخ المياه والبوابات والإنارة الخارجية ومعدات أخرى في الموقع.

وهذا يجعل المشروع مثالاً عملياً مفيداً على تصميم نظام خارج الشبكة يراعي كلاً من الطلب الحالي والتوسّع المستقبلي، بدلاً من تحديد حجمه لمرحلة الإنشاء وحدها.

هل تخطّط لمشروع تخزين طاقة خارج الشبكة؟

قد تختلف متطلبات القدرة كثيراً بين العقارات النائية والمزارع والورش ومواقع الإنشاء وغيرها من التطبيقات خارج الشبكة.

لا تكفي سعة البطارية وحدها لتحديد النظام المناسب.

للوصول إلى تكوين عملي، هناك عوامل مثل:

• الحمل الأقصى والمستمر؛
• قدرة العاكس المطلوبة؛
• قدرة المنظومة الكهروضوئية PV؛
• الاستهلاك اليومي للطاقة؛
• متطلبات التغذية الاحتياطية؛
• الأحمال المستقبلية المتوقّعة؛

ينبغي النظر فيها معاً.

​