مهندس مصري يبتكر جهاز لتحويل الطاقة الشمسية وطاقة البطارية

توصل المهندس المصري “أشرف رزق سعد أحمد” والذي يعمل مديراً لإدارة المشروعات بشركة مياه الشرب والصرف الصحى, إلى ابتكار جهاز (انفرتر 3000 وات) من شأنه تحويل الكهرباء المستمرة إلى كهرباء مترددة 220 فولت, الجهاز وفقاً للمهندس أشرف, به إمكانيات “الانفرتر العادي” بالإضافة إلى أمكانيات UPS, ويتميز الجهاز المبتكر بقوة التحمل والقدرة على العمل لساعات طويلة, فضلاً عن سهولة صيانته ورخص ثمنه.

الجهاز يتميز بحماية ارتفاع  وانخفاض الجهد overload and underload protection, يمكن التعديل فيه لزيادة القدرة, والجهاز يتم برمجته بلغات البرمجة المعروفة.

كما يمتلك الجهاز ميزة فى غاية الأهمية وهى توفير الاستهلاك, حيث يعتمد على تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية ومن ثم توفير استهلاك الطاقة الحكومية.

يذكر أن التكلفة الفعلية بحسب المبتكر, هى  200 دولار. أما التكلفة السوقية فقدرها المبتكر بـ  450  دولار وهو سعره بالسوق المحلى المصري.

يذكر ان الجهاز تم تصنيعه محلياً بالمجهود الذاتي للمبتكر وقام بتجربته.

الطاقة

تعتبر الطّاقة مكوناً أساسياً من مكوّنات الكون، وتعّد من أحد أشكال الوجود. وتُشتقّ الطّاقة عادةً من مصادر طبيعيّة وأخرى غير طبيعيّة، لذلك تقسم إلى نوعين رئيسيين، وهما:

الطاقة المتجدّدة، وهي التي تعتمد على المصادر الطبيعيّة.

•        الطاقات المتجددة, هي وسيلة لنشر المزيد من العدالة في العالم بين دول العالم الغني ودول العالم الفقير. وهي ليست حصراً على الذين يعيشون اليوم، فالحد الأقصى من استعمال الشمس والرياح اليوم لن يقلل من فرص الأجيال القادمة. بل على العكس، فعندما نعتمد على الطاقة المتجددة سنجعل مستقبل أولادنا وأحفادنا أكثر أماناً”، هكذا وصف وزير البيئة الألماني الجديد زيجمار غابريل الطاقة المتجددة في حديثه بمناسبة افتتاح المنتدى العالمي الثالث للطاقة المتجددة في مدينة بون. فالطاقة المتجددة بأنواعها من طاقة شمسية وطاقة رياح وطاقة هيدروليكية وطاقة عضوية وغيرها من الطاقات “الطبيعية” تعتبر بالفعل الأمل في توفير الطاقة في المستقبل. من ناحية لأنها طاقات لا تنضب، ومن ناحية أخرى لأنها غير ملوثة للبيئة. بالإضافة إلى ذلك، تطبيق التقنيات الحديثة لتوليد هذه الأنواع من الطاقة سيوفر فرص عمل متعددة للشباب.

•        الطاقة غير متجدّدة، وتعتمد على مصادر غير طبيعيّة، لكنّها تشكّلت مع الزّمن وتحت تأثير مجموعة من العوامل. وجميع أنواع هذه الطّاقة تستلزم وجود آليات، وأدوات، وتقنيّات خاصّة لاستخلاصها، وتسخيرها لصالح الإنسان،

 في موضوع بحثنا هذا سنسلط الضّوء على الطّاقة المتجدّدة وكلّ ما يتعلق بها.

فوائد الطّاقة المتجددة تتعدّد فوائد الطّاقة المتجدّدة حسب الحقل الذي يتمّ استخدامها فيه، ومن أهمّها:

•        المجال العسكري: من أهمّ التّطبيقات للطاقة المتجدّدة في المجال العسكريّ، والتي يمكن استخدامها لتسهيل الحياة في المدن العسكريّة الجديدة ما يلي : نظام التّسخين الشّمسي للكليات العسكريّة، وذلك لتلبية حاجات الطلبة. إمداد الواحدات بالمياة السّاخنة، وذلك عن طريق استخدام السّخانات الشّمسية الميدانيّة. تحلية المياه. تغذية المحطّات اللاسلكية الثّابتة

•        المجال المنزلي التّجاري: للطاقة المتجدّدة أهميّة كبيرة في حياة السّكان، ومن أهمّ استخداماتها المنزليّة: تسخين المياه لاستخدامها في أغراض التنظيف، والاستحمام، والغسيل، وذلك عن طريق استخدام المجمّعات الشّمسية، ودون تحويلها إلى أي شكل آخر من أشكال الطاقة، وتعدّ أرخص أنواع الطّاقة تماماً. تسخين المياه بالطّاقة الشّمسية عن طريق استخدام المسطّح الماصّ الشمسيّ.

•        المجال الزّراعي: تتعدّد استخدامات الطّاقة المتجدّدة في الاستعمال الزّراعي، ومن أهمّها: تجفيف المنتجات الزراعيّة. الصّوبات الشمسيّة.

•        المجال الصّناعي: تقطير وتحلية المياه. شحن البطاريات في محطّات التّقوية التليفزيونيّة واللاسلكيّة. إضاءة الممرّات الملاحيّة. أجهزة الإنذار الملاحيّة. نظام تشغيل مكبّرات الصّوت. شحن البطاريّات الكهربائيّة. توليد الكهرباء في القرى النّائية.

مكونات الطاقة الشمسية:

يتكون اى نظام شمسى solar PV system من الاتى:

1. الالواح الشمسية solar panel
2. منظم الشحن charge controller
3. المحول او العاكس inverter
4. البطاريات

اللوحة الشمسية تحول الطاقة الشمسية لكهرباء (تيار مباشر أو dc electricity). بعد ذلك، تمر هذه الكهرباء عبر المنظم إلى البطارية. وظيفة المنظم الأساسية هي التحكم في عملية شحن البطارية و الحفاظ على مستوى مناسب من التيار الكهرباء الذي يتم تخزينه في البطارية.

الشمس لا تسطع دائما و لذلك، نحتاج لوسيلة لحفظ الطاقة الكهربائية للاستفادة منها ليلا. البطاريات المستعملة في أنظمة الطاقة الشمسية ليست مثل بطاريات السيارات! عادة ما تكون مصممة لتخزين الشحنة الكهربائية لفترة أطول (deep cycle battery). بعد البطارية يأتي المحول الذي يحول الكهرباء من التيار المباشر إلى التيار الترددي (ac electricity). أغلب الأجهزة الكهربائية المنزلية تستعمل التيار الترددي (220V) و لذلك نحتاج للمحول.

في بعض أنظمة الطاقة الشمسية يمكن الاستغناء عن المحول في حال استعملنا أجهزة تعمل بالتيار المباشر مثل بعض أنظمة الإنارة (dc LED lights، وفي هذه الحالة يمكن تقليل تكلفة النظام.

قدرة الانفرتر   Rated Power

يلاحظ أن الأجهزة يعبر عن استهلاكها غالبا بالوات وبعض الانفرتر يعبر عن قدرتها بالفولت أمبير VA وهذا يستدعي الانتباه عند حساب القدرة وتحويل الفولت أمبير إلى وات يستدعي الضرب في معامل القدرة الكهربائية دعنا نفترض أنه 60% بمعنى أن الجهاز الانفرتر إذا قيل انه يخرج 1000 فولت أمبير فيكون الأجهزة التي يمكن تحميلها عليه اجمالي 600 وات. بالنسبة للمواتير التي يتم تحميلها علي النفرتر يجب حساب التيار الفعلي عند بدء تشغيل الموتور بعمل التصحيح الأزم لمعامل القدرة الكهربائية وهنا سوف تقوم بحساب الأحمال التي يتوقع أن تقوم بتحميلها ويمكنك الرجوع إلى لوحة الطاقة الخاصة بالجهاز ويكون مدون فيها هذه المعلومة أو الاسترشاد بهذا الجدول بشكل تقريبي مع وضع هامش بالزيادة تفاديا لزيادة الحمل يجب أن يكون المستخدم حريصا وعارفا لطبيعة الجهاز وعدم التحميل الزائد والاستجابة لما يصدر عن الجهاز من تحذيرات عند زياد الحمل بتخفيف الأحمال وإطفاء بعض الأجهزة أو اطفاء الجهاز بالكلية إذا كان لا يتحمل وخاصة مع الانقطاع المتكرر للكهرباء

الانفرتر المنخفض التردد والمرتفع التردد

Low frequency vs High Frequency  هناك نوعين من الانفرتر و دون الغوص في النظريات، يمكن ببساطة القول أن هناك اختلافات في الوزن و التكلفة و القدرة القصوي والضوضاء.

1. العاكس المنخفض التردد يستخدم الملفات النحاسية الكبيرة “copper transformer” لتحويل التيار و بالتالي هو ثقيل و غالي
2. العاكس المرتفع التردد يستخدم الترانزات “transistors” الألكترونية لتحويل التيار.

الانفرتر العاكس المتصل بالشبكة

• يستخدم هذا النوع في النظم المتصلة بشبكة الكهرباء
• يوجد منه مقاسات تبداء من 2 كيلو وات و حتي 1 ميجاوات
• المقاسات الصغيرة حتي 5 كيلو يكون فيها نوع التيار الخارج 1 فاز 220 فولت
• المقاسات الأكبر من 5 كيلو يكون فيها نوع التيار المتردد الخارج 3 فاز , 380 فولت
• هذا النوع من الأنفرتر يفصل التيار الكهربائي تلقائيا و ينطفيء تماما عند انقطاع التيار في الشبكة, و هذه الخاصية تحقق الأمان للعمال في حال قيام اعمال صيانة بشبكة الكهرباء اثناء انقطاع التيار.
• لأ يمكن الأستفادة من كهرباء الطاقة الشمسية عند انقطاع التيار عن الشبكة حيث يكون العاكس مطفي تماما
• يقوم العاكس بمزامنة تردد التيار الخارج (50 -60 Hertz)مع تردد تيار الشبكة باستخدام مذبذب داخلي, و ظبط الجهد مع نفس جهد الشبكة و تسمي هذه العملية بالSynchronization
• هذا العاكس يخرج تيار ذو موجة جيبية نقية Pure Sine Wave و ذلك لتتطابق الكهرباء الخارجة من العاكس مع كهرباء الشبكة في كافة الخصائص
• اغلب انواع العواكس المتصلة بالشبكة تأتي الأن من النوع المرتفع التردد High frequency الي لأ يحتوي علي ملفات نحاسية كما سبق شرحه.

طريقة عمل الانفرتر

الانفرتر جزء لا يتجزأ من التكنولوجيا الحديثة

 وقد لعب الأنفرتر دورا بارزا في العالم التكنولوجي الحديث بسبب الارتفاع المفاجئ للسيارات الكهربائية وتقنيات الطاقة المتجددة. المحولات تحويل الطاقة DC إلى طاقة التيار المتردد. كما أنها تستخدم في إمدادات الطاقة غير المنقطعة ، التحكم في الآلات الكهربائية وتصفية الطاقة النشطة.

ما هو التيار المتناوب؟

يعكس التيار المتناوب دوريا اتجاهه. لهذا السبب ، سيكون متوسط قيمة التيار المتناوب خلال دورة صفر.