ما حجم نظام الطاقة الشمسية المطلوب لري المزارع؟

الكهرباء الموثوقة ضرورية لعمليات الزراعة الحديثة، لا سيما عندما يعتمد الري على المضخات الكهربائية ومعدات إدارة المياه. وللعديد من المزارع، يشكّل الري جزءًا كبيرًا من إجمالي استهلاك الطاقة، لأن المضخات قد تحتاج إلى العمل لساعات عدّة يوميًّا، وأحيانًا خلال فترات انقطاع التيار الكهربائي من الشبكة أو ارتفاع تكلفة وقود الديزل.

وهذا ما جعل الطاقة الشمسية خيارًا جذّابًا متزايدًا للري الزراعي.

مع ذلك، فإن تحديد الحجم المناسب لنظام الطاقة الشمسية ليس أمرًا بسيطًا كاختيار عددٍ معين من الألواح الشمسية. ويجب أن يراعي نظام الري الشمسي المصمم بشكلٍ سليم سعة مضخة الري، والاحتياجات المائية، وجدول التشغيل، والظروف الشمسية المحلية، ومتطلبات تخزين البطاريات، والتنمية الزراعية المستقبلية. .

أما بالنسبة للمزارع الواقعة في المناطق النائية أو خارج الشبكة الكهربائية، فإن التحدي يكون أكبر. فقد يحتاج النظام إلى تزويد طاقةٍ موثوقةٍ دون دعم من الشبكة العامة، مع الحفاظ على عملية الري خلال فترات انخفاض إنتاج الطاقة الشمسية.

وهنا يأتي دور نظامٍ هندسيٍّ مُصمَّم بدقةٍ نظام طاقة شمسية بقدرة ٥٠٠ كيلوواط أو نظام ري شمسي أصغر حجمًا، أو تكوين شمسي مدمج مع وحدات تخزين، والذي يمكن أن يوفِّر حلًّا عمليًّا يعتمد على نطاق العملية الزراعية.

وفي شركة تانفون، نعتمِد في منهجيتنا على تحديد حجم الأنظمة الشمسية الزراعية استنادًا إلى المتطلبات الكهربائية والتشغيلية الفعلية، بدلًا من الاعتماد على التكوينات الموحَّدة.

لماذا تزداد شعبية الطاقة الشمسية في مجال الري الزراعي؟

يعتمد القطاع الزراعي على توافر المياه بشكلٍ موثوق، وغالبًا ما تُعَد أنظمة الري من أكثر الأحمال استهلاكًا للطاقة في المزرعة.

يمكن لمصادر الطاقة التقليدية مثل كهرباء الشبكة والمولدات الديزل أن تُسبِّب عدة تحديات:

• ارتفاع تكاليف الكهرباء والوقود
• عدم استقرار إمدادات الشبكة الكهربائية
• احتياجات الصيانة العالية للمولدات
• صعوبات نقل الوقود إلى المناطق النائية
• الضوضاء والانبعاثات الناتجة عن المولدات الديزلية
• ازدياد تكاليف التشغيل مع توسع الإنتاج الزراعي

توفر طاقة الشمس بديلًا يسمح للمزارع بتوليد الكهرباء محليًّا.

يمكن لنظام الطاقة الشمسية تغذية مضخات الري ومعدات معالجة المياه والآلات الزراعية والإضاءة والتبريد والمباني الزراعية وغيرها من الأحمال الكهربائية.

مع ذلك، تتميَّز الريّ بخاصيةٍ فريدةٍ: إذ يعتمد مقدار الكهرباء المطلوبة مباشرةً على كمية المياه التي يجب نقلها وظروف الضخ المطلوبة.

وهذا يعني أنَّه ينبغي تصميم النظام الشمسي وفقاً لتطبيق الريّ تحديداً، وليس فقط وفقاً للمساحة المتاحة للتثبيت.

وبالنسبة للمزارع التي تحتاج إلى ريّ خارج ساعات الذروة الشمسية، يمكن أن تحسِّن وحدات التخزين بالبطاريات مرونة النظام أكثر فأكثر. إذ يمكن تخزين الطاقة الشمسية الزائدة المنتجة خلال النهار واستخدامها لاحقاً، مما يجعل جدول الريّ أقل اعتماداً على إنتاج الطاقة الشمسية الفعلي في اللحظة.

ما العوامل التي تُحدِّد حجم نظام الريّ الشمسي؟

لا يوجد حجم واحد لنظام شمسي يناسب جميع المزارع.

فالسعة المطلوبة تعتمد على عدة عوامل تقنية وتشغيلية.

١. قدرة مضخة الريّ

وغالباً ما تكون مضخة الريّ واحدةً من أهم الأحمال الكهربائية في المشاريع الزراعية الشمسية.

يجب على المهندسين تحديد ما يلي:

• القدرة الاسمية للمضخة
• فولتاج المحرك
• تكوين ثلاثي الطور أو أحادي الطور
• خصائص بدء التشغيل
• ساعات التشغيل اليومية
• عدد المضخات
• ما إذا كانت المضخات تعمل في وقتٍ واحدٍ أم لا
• معدل تدفُّق المياه المطلوب
• الرأس التوصيلي المطلوب للضخ

على سبيل المثال، قد تتطلّب مزرعةٌ تستخدم مضخة ري واحدة صغيرة نسبيًّا نظامًا مختلفًا تمامًا عن عملية زراعية كبيرة تستخدم عدة مضخات عالية القدرة تعمل في وقتٍ واحدٍ.

تكتسب خصائص بدء تشغيل المضخة أهميةً بالغة.

قد تحتاج المحرك إلى طاقةٍ أكبر بكثير أثناء التشغيل الأولي مقارنةً بحالتها أثناء التشغيل العادي. ولذلك، يجب اختيار العاكس ليس استنادًا فقط إلى القدرة الاسمية للمضخة أثناء التشغيل، بل أيضًا وفقًا لخصائص بدء التشغيل والتشغيل الفعلي لها.

وهذا أحد الأسباب التي تجعل مجرد مطابقة حجم المصفوفة الشمسية مع التصنيف المدوّن على لوحة بيانات المضخة يؤدي إلى تصميم نظامٍ غير مناسب.

٢. الطلب على المياه وجدول الري

الطلب الكهربائي مرتبط ارتباطًا وثيقًا باحتياجات المياه.

تتطلّب المحاصيل المختلفة أنماط ري مختلفة. وقد تختلف احتياجات المياه اختلافًا كبيرًا بين مزارع الخضروات ومزارع الحبوب وبساتين الفاكهة والمراكز الزراعية الخاصة بالشتلات والمشاريع الزراعية الكبيرة.

لذلك يجب على المهندسين أن يفهموا ما يلي:

• حجم المياه اليومي المطلوب
• تكرار الري
• مدة الري
• التغيرات الموسمية في الطلب على المياه
• مصدر المياه
• مسافة الضخ
• ضغط الماء المطلوب
• سعة خزان التخزين

فعلى سبيل المثال، قد تحتاج مزرعة إلى ري مكثف خلال فترة نمو معينة، بينما تحتاج إلى كمية ماء أقل بكثير في فترات موسمية أخرى.

وهذا يؤثر في كلٍّ من سعة توليد الطاقة الشمسية المطلوبة ومقدار التخزين البطاري الذي قد يلزم توفيره.

ينبغي أن يعتمد نظام الري الشمسي المصمم تصرّفًا صحيحًا على الطلب على الطاقة المستمد من احتياجات المياه الفعلية ، بدلًا من اختيار مصفوفة ضوئية أكبر بشكل بسيط.

٣. المورد الشمسي وظروف الموقع

يعتمد إنتاج الطاقة الشمسية اعتمادًا كبيرًا على الموقع الجغرافي.

فقد يكون بمقدور مزرعة تقع في منطقة تتمتع بموارد شمسية قوية طوال العام توليد الطاقة المطلوبة باستخدام مصفوفة ضوئية أصغر من تلك التي تحتاجها مزرعة تتعرّض لتقلبات موسمية كبيرة في الإشعاع الشمسي.

وينبغي أن تشمل تقييمات الموقع ما يلي:

• متوسط الإشعاع الشمسي
• ساعات الذروة الشمسية
• الأنماط المناخية الموسمية
• هطول الأمطار
• درجة الحرارة
• التظليل
• المساحة المتاحة من الأرض أو السطح
• اتجاه اللوح وميله
• ظروف البيئة

وفي المشاريع الزراعية، غالبًا ما تكون أنظمة الألواح الضوئية المُركَّبة على الأرض خيارًا متاحًا عند توفر مساحة كافية من الأرض.

مع ذلك، لا ينبغي أن يُحدَّد حجم النظام فقط بالمساحة المتاحة.

لا يعني امتلاك قطعة أرض كبيرة تلقائيًّا أن المزرعة تحتاج إلى صفٍّ شمسيٍّ كبير.

يجب أولاً تحديد حجم النظام وفقًا لطلب الكهرباء، ثم تحسينه وفقًا للمساحة المتاحة للتثبيت.

ساعات التشغيل اليومية

يؤثر عدد الساعات التي يعمل فيها نظام الري يوميًّا تأثيرًا مباشرًا على متطلبات الطاقة.

على سبيل المثال، خذ في الاعتبار مضخة ري مُصنَّفة بقدرة ١٠٠ كيلوواط.

إذا عملت أربع ساعات يوميًّا، فإن متطلباتها الأساسية اليومية من الطاقة تكون تقريبًا:

١٠٠ كيلوواط × ٤ ساعات = ٤٠٠ كيلوواط·ساعة/يوم

هذه حسابات مبسَّطة فقط. أما الحساب الفعلي لحجم النظام فيجب أن يأخذ أيضًا في الاعتبار كفاءة العاكس، وكفاءة المضخة، وخسائر النظام، وظروف توليد الطاقة الشمسية، وفقدان الطاقة أثناء شحن البطاريات وتفريغها، والأحمال الكهربائية الأخرى.

ومع ذلك، يوضِّح هذا السبب الذي يجعل قدرة المضخة وحدها غير كافية لتحديد حجم نظام الري الشمسي.

السؤال ليس ببساطة:

«كم كيلوواط تبلغ قدرة المضخة؟»

السؤال الأهم هو:

«كم طاقة يحتاجها نظام الري يوميًّا، وفي أي وقت يحتاجها؟»

وهذا التمييز أساسيٌّ في تصميم أنظمة الطاقة الشمسية الاحترافية.

كيف يحسِّن تخزين البطاريات أداء الري الشمسي

ينخفض إنتاج الطاقة الشمسية ويرتفع بشكل طبيعي خلال اليوم، بينما قد لا تتزامن احتياجات الري دائمًا مع أوقات الذروة في إنتاج الطاقة الشمسية.

قد تحتاج بعض المزارع إلى تشغيل مضخات الري:

• في الصباح الباكر
• في وقت متأخر من بعد الظهر
• أثناء الفترات الغائمة
• في الليل
• وفقًا لجداول إدارة المحاصيل المحددة

توفر تخزين البطاريات وسيلةً لفصل توقيت توليد الطاقة الشمسية عن توقيت استهلاك الكهرباء.

أثناء فترات الإضاءة الشمسية القوية، يمكن لمصفوفة الألواح الشمسية تغذية أحمال الري مع شحن البطارية بالطاقة الزائدة.

وبعد ذلك، يمكن استخدام الطاقة المخزَّنة لدعم عمليات الري أو غيرها من الأحمال الزراعية الحرجة.

هذا يجعلها نظام الطاقة الشمسية مع تخزين البطارية أكثر مرونةً من نظام الألواح الشمسية فقط.

كما يمكن لتخزين البطاريات توفير مرونة إضافية عندما يعمل المزرعة في منطقةٍ لا تتوفر فيها كهرباء الشبكة بشكلٍ موثوقٍ أو لا توجد فيها أي اتصالٍ بشبكة الكهرباء.

وبالتالي، قد تتضمَّن البنية التحتية العامة لمشاريع الزراعة خارج الشبكة ما يلي:

الألواح الشمسية + تخزين البطاريات + عاكس هجين + مولد ديزل احتياطي

والتكوين الدقيق يعتمد على ملف أحمال المزرعة ومتطلبات الموثوقية.

ما سعة البطارية التي تحتاجها المزرعة؟

يجب حساب سعة البطارية انطلاقًا من متطلبات الطاقة الفعلية، بدلًا من اختيارها كنسبة مئوية ثابتة من سعة النظام الشمسي.

تشمل العوامل المهمة ما يلي:

• المدة المطلوبة لتشغيل النظام الاحتياطي
• الأحمال الزراعية الحرجة
• استهلاك الكهرباء ليلاً
• ملف توليد الطاقة الشمسية
• عمق تفريغ البطارية
• كفاءة البطارية
• عدد دورات التشغيل المتوقعة
• متطلبات الطاقة الموسمية

على سبيل المثال، قد تحتاج مزرعة تتطلب فقط بضعة ساعات من الدعم الاحتياطي للأحمال الحرجة إلى سعة بطارية أقل بكثير مقارنةً بمُنشأة زراعية تتطلب تشغيلًا ليليًّا.

للمشاريع الأكبر حجمًا، يمكن النظر في استخدام نظام تخزين طاقة داخل حاويات حلٍّ مُعبَّأ في حاويات.

يمكن أن يدمج الحل المُعبَّأ في حاويات وحدات البطاريات وأنظمة إدارة البطاريات والإدارة الحرارية ونظم الحماية من الحرائق ومعدات تحويل القدرة والمكونات الأخرى في بنية مركزية لتخزين الطاقة.

وقد يكون هذا مفيدًا جدًّا في المشاريع الزراعية الكبيرة والمزارع النائية وغيرها من التطبيقات التي تتطلب تخزين طاقة قابل للتوسُّع.

مِثَالٌ واقعيٌّ: نظام مزرعة شمسية بقدرة ٥٠٠ كيلوواط في بابوا غينيا الجديدة

يأتي مثالٌ عمليٌّ من تجربتنا في المشاريع الزراعية من مورهيد، بابوا غينيا الجديدة حيث زوَّدت شركة تانفون مركز تدريب زراعي بنظام طاقة شمسية.

وكان الموقع يقع في منطقة ضاحية نائية لا تتوفر فيها إمكانية الاتصال بشبكة الكهرباء العامة. وقبل تنفيذ المشروع، اعتمدت المنشأة على ٦٥ كيلوفولت أمبير مولد كهربائي لتأمين التيار الكهربائي للسكن الجماعي، ومرافق التدريب الزراعي، والإضاءة، ومعدات إمداد المياه.

وواجه العميل عدة تحديات، منها ارتفاع تكاليف الوقود، وصيانة المولد، والضوضاء الناتجة عنه، وعدم استقرار تكاليف الطاقة على المدى الطويل.

وبدلًا من استبدال المولد فقط بمجموعة ألواح شمسية (PV)، صممنا نظامًا هجينًا متكاملًا.

وشمل التكوين النهائي ما يلي:

• نظام مزرعة شمسية هجينة بسعة ٥٠٠ كيلوواط  
• مع تخزين بطاريات ليثيوم حديد فوسفات سعة ٤٣٠ كيلوواط·ساعة  
• ٣٥٢ لوحة شمسية بقدرة ٦٠٠ واط  
• نظام عاكس هجين MPS بقدرة ٥٠٠ كيلوواط  
• نظام إدارة الطاقة الذكي  
• مولد ديزل احتياطي  
• تكوين خارج الشبكة لتطبيقات الزراعة

يُظهر هذا المشروع مبدأً مهمًّا في تصميم أنظمة الطاقة الشمسية للزراعة:

يجب تصميم المصفوفة الشمسية ووحدات تخزين البطاريات والمحول والمولد الاحتياطي كنظام طاقة منسَّق واحد.

خلال الظروف المشمسة، يمكن لمزرعة الألواح الشمسية تلبية الطلب اليومي الكامل على الكهرباء للمنشأة، ما يسمح لمركز الزراعة بالعمل دون استخدام المولد الديزلي.

أما في الأجواء الماطرة أو الغائمة، فيوفِّر المولد الديزلي دعمًا احتياطيًّا تلقائيًّا للحفاظ على توافر التيار الكهربائي.

وقد حقَّق المشروع تشغيلًا يعمل بالطاقة الشمسية على مدار ٢٤ ساعة في الأجواء المشمسة، وقلَّل من استهلاك الديزل ووقت تشغيل المولد، وحسَّن الاستدامة العامة للطاقة في المنشأة. وتذكر صفحة المشروع عائد استثمار مُقدَّرًا يبلغ نحو سنتين.

وهذا مثال جيد على سبب عدم اعتماد تصميم مشاريع الطاقة الشمسية الزراعية على سعة الألواح الكهروضوئية فقط.

صُمِّمَ النِّظَامُ وَفْقَ احْتِيَاجَاتِ الْمَزْرَعَةِ وَمَرْكَزِ التَّدْرِيبِ الْفِعْلِيَّةِ، وَتَوَفِّرُ بَطَّارِيَاتُ التَّخْزِينِ وَالدِّيْزِلُ الْكَهْرَبَائِيُّ دَعْمًا إِضَافِيًّا لِمَرُونَةٍ أَكْثَرَ عِنْدَمَا تَكُونُ إِنْتَاجِيَّةُ الطَّاقَةِ الشَّمْسِيَّةِ غَيْرَ كَافِيَةٍ.

لِمَاذَا لَيْسَ نِظَامُ الطَّاقَةِ الشَّمْسِيَّةِ بِسِعَةِ ٥٠٠ كيلوواطٍ دَائِمًا مُتَمَاثِلًا؟

يُقَدِّمُ مَشْرُوعُ بَابُوا غِينِيَا الْجَدِيدَةِ دَرْسًا هَامًّا آخَرَ.

يُمْكِنُ لِمَزْرَعَتَيْنِ أَنْ تُثَبِّتَا كِلْتَاهُمَا نظام طاقة شمسية بقدرة ٥٠٠ كيلوواط ، وَلَكِنْ يُمْكِنُ أَنْ تَكُونَ تَرْكِيبَاتُ النِّظَامِ الْفِعْلِيَّةِ لَهُمَا مُخْتَلِفَةً تَمَامًا.

وَقَدْ تَحْتَاجُ إِحْدَى الْمَزَارِعِ إِلَى:

٥٠٠ كيلوواطٍ فُوتُوفُولْتَايِك + ٢٠٠ كيلوواط-سَاعَةٍ بَطَّارِيَة

بَيْنَمَا تَحْتَاجُ الْمَزْرَعَةُ الْأُخْرَى إِلَى:

٥٠٠ كيلوواطٍ فُوتُوفُولْتَايِك + ٤٣٠ كيلوواط-سَاعَةٍ بَطَّارِيَة + دَعْمٌ دِيْزِلِيّ

وَيَتَوَلَّدُ هَذَا الْفَرْقُ بِسَبَبِ:

• استهلاك الطاقة اليومي
• نمط الحمل
• متطلبات الري
• توفر الشبكة
• المدة المطلوبة لتشغيل النظام الاحتياطي
• ظروف الطقس
• الأحمال الحرجة
• التوسع المستقبلي

وبالتالي، فإن عبارة «٥٠٠ كيلوواط» تصف السعة الاسميّة للطاقة لمكوّنٍ ما في النظام، لكنها لا تصف بمفردها الحلّ الكامل لاحتياجات الطاقة.

في المشاريع الزراعيّة، فإن العلاقة بين سعة الألواح الكهروضوئيّة، وسعة العاكس، وسعة البطارية، وطلب التحميل أهمُّ بكثيرٍ من حجم النظام الإجمالي المذكور في العناوين.

كيف تختار بين نظام كهروضوئي فقط ونظام شمسي مدمج مع تخزين

قد يكون النظام الكهروضوئي فقط مناسبًا عندما يمكن جدولة عمليات الري بشكل رئيسي خلال ساعات النهار، وللمزرعة موارد شمسيّة كافية.

أما النظام الشمسي المدمج مع التخزين فقد يكون أكثر ملاءمةً في الحالات التالية:

• يجب أن يستمر الري بعد غروب الشمس
• وتكون طاقة الشبكة غير موثوقة
• تُشغِّل المزرعة معدات كهربائية حاسمة
• يجب نقل طاقة الطاقة الشمسية إلى ساعات لاحقة
• يُطلَب وجود طاقة احتياطية
• الموقع معزول تمامًا عن الشبكة الكهربائية

للمشاريع الزراعية النائية، يُمكِن أن يوفِّر دمج الطاقة الشمسية والبطاريات ومولِّد احتياطي توازنًا عمليًّا بين استغلال الطاقة المتجددة وموثوقية التغذية الكهربائية.

مركز تدريب الزراعة في بابوا غينيا الجديدة هو مثال جيِّد على هذه الطريقة. وتستخدم المنظومة الطاقة الشمسية كمصدر رئيسي للطاقة، وتخزين البطاريات لتحسين توافر الطاقة، ومولِّد ديزل احتياطيًّا أثناء الظروف الجوية غير الملائمة.

لماذا يمكن أن تستفيد المزارع الكبيرة من نظام تخزين الطاقة المُعلَّب؟

مع توسُّع العمليات الزراعية، قد تزداد متطلباتها من الكهرباء أيضًا.

قد تحتاج المزارع الكبيرة إلى الكهرباء لأغراض مثل:

• عدة مضخات ري
• معالجة المياه
• التبريد
• التخزين البارد
• المعالجة الزراعية
• ورش عمل
• إسكان العمال
• إضاءة
• أنظمة الاتصال

في هذه التطبيقات، يتطلب الأمر نظام تخزين طاقة داخل حاويات يمكن أن يوفّر نهجًا قابلاً للتوسّع لتخزين البطاريات.

وبالمقارنة مع تركيبات البطاريات الموزَّعة الأصغر حجمًا، يمكن لنظام تخزين الطاقة في الحاويات أن يركّز معدات تخزين الطاقة ويُبسّط دمج النظام للمشاريع الأكبر حجمًا.

وبحسب متطلبات المشروع، يمكن لنظام تخزين الطاقة في الحاويات أن يدمج ما يلي:

• وحدات بطاريات ليثيوم حديد فوسفات (LiFePO4)
• نظام إدارة البطارية
• نظام تحويل الطاقة
• إدارة الحرارة
• حماية من الحريق
• نظام إدارة الطاقة
• معدات المراقبة والاتصال

وهذا النوع من التكوين له أهمية خاصة في المرافق الزراعية البعيدة عن الشبكة الكهربائية، حيث توجد حاجة كبيرة إلى سعة تخزين طاقة.

أهمية اختيار العاكس لأنظمة الري بالطاقة الشمسية

والعاكس هو مكوّنٌ بالغ الأهمية آخر في نظام الري الشمسي.

وغالبًا ما تستخدم مضخات الري محركات حثية أو معدات أخرى تعمل بالمحركات وتحتاج إلى طاقة تشغيل أولية كبيرة.

ولذلك، ينبغي على المهندسين تقييم ما يلي:

• القدرة المقناة للمحرك
• تيار البدء
• نوع المحرك
• الجهد الكهربائي
• تكوين الطور
• التشغيل بتكرار متغير
• ملف تشغيل المضخة

يجب أن يكون العاكس المختار بشكل مناسب قادرًا على التعامل مع الخصائص الكهربائية الفعلية للمضخة، بدلًا من مجرد مطابقة القدرة المُصنَّفة بالمِلْوَات للمضخة.

في الأنظمة الزراعية الأكبر حجمًا، يمكن للعاكسات الهجينة تنسيق توليد الطاقة الشمسية وشحن البطاريات والطاقة الكهربائية من الشبكة والدعم بواسطة المولدات.

وهذا يُنشئ بنية تشغيل أكثر مرونة، ويسمح للنظام بالاستجابة لتغيرات ظروف الإنتاج الشمسي والأحمال.

لماذا يهم تحديد حجم النظام بدقة احترافية؟

من الأخطاء الشائعة في مشاريع الطاقة الشمسية الزراعية تحديد حجم النظام استنادًا فقط إلى عدد الألواح الشمسية التي يمكن تركيبها في المساحة المتاحة من الأرض.

قد يؤدي هذا النهج إلى تصغير الحجم أو تضخيمه دون ضرورة.

فقد يفشل النظام المصغر في تلبية متطلبات الري خلال فترات الطلب المرتفع.

أما النظام المُكبَّر أكثر من اللازم فقد يرفع الاستثمار الأولي دون تحقيق فوائد متناسبة.

لذلك يجب أن يتبع تحديد حجم النظام بشكل احترافي عملية منهجية:

الخطوة الأولى: تقييم الأحمال الكهربائية

تحديد المضخات والمحركات والإضاءة وأنظمة التبريد وأنظمة المياه والمعدات الكهربائية الأخرى.

الخطوة الثانية: تحليل ساعات التشغيل

تحديد أوقات تشغيل كل حمل ومدة تشغيله اليومي.

الخطوة الثالثة: حساب الطلب اليومي على الطاقة

تقدير إجمالي متطلبات الكيلوواط ساعة اليومية.

الخطوة الرابعة: تقييم موارد الطاقة الشمسية

تحليل الإشعاع الشمسي المحلي والظروف الموسمية.

الخطوة الخامسة: تحديد سعة الألواح الكهروضوئية

اختر حجم صفيف شمسي مناسب بناءً على الطلب على الطاقة والتوليد المتوقع.

الخطوة ٦: تحديد سعة البطارية

احسب كمية الطاقة التي يجب تخزينها ومدة التخزين المطلوبة.

الخطوة ٧: اختيار العاكس

خذ في الاعتبار كلًّا من الحمل المستمر ومتطلبات تشغيل المحركات.

الخطوة ٨: دمج طاقة النسخ الاحتياطي

حدد ما إذا كانت المشروع يحتاج إلى اتصال بالشبكة الكهربائية أو مولد ديزل احتياطي.

هذه العملية تُنشئ نظامًا يستند إلى ظروف التشغيل الفعلية بدلًا من الافتراضات.

اختيار الشريك الشمسي المناسب للمشاريع الزراعية

ري الطاقة الشمسية يتضمَّن أكثر بكثير من شراء وحدات التصنيع الضوئي.

يعتمد الأداء طويل الأمد للنظام على:

• تقييم الحمولة بشكلٍ مناسب
• توافق المعدات
• تحديد حجم العاكس بدقة
• تكوين البطارية
• ظروف البيئة
• جودة التركيب
• المراقبة
• الصيانة
• الدعم الفني

في المشاريع الزراعية، تكتسب الموثوقية أهميةً خاصةً لأن فشل أنظمة الري قد يؤثر مباشرةً على إنتاج المحاصيل وإدارة المياه.

وبالتالي، يجب أن يكون المورِّد قادرًا على فهم معدات الطاقة الشمسية ليس فقط، بل أيضًا المتطلبات التشغيلية الخاصة بالتطبيقات الزراعية.

في شركة تانفون، تشمل مشاريعنا الزراعية بيئات تشغيل متنوعة، بدءًا من المزارع النائية غير المتصلة بالشبكة وحتى تطبيقات الطاقة الشمسية المدمجة مع أنظمة التخزين الأكبر حجمًا.

ويُجسِّد مشروع بابوا غينيا الجديدة نهجنا: إذ لا يعتمد النظام على مصدر طاقة وحيد، بل يدمج توليد الطاقة الشمسية، وتخزين البطاريات الليثيومية، والإدارة الذكية للطاقة، والدعم الديزلي حسب المتطلبات الفعلية للموقع.

أفكار ختامية

السؤال «ما حجم نظام الطاقة الشمسية المطلوب لري المزرعة؟» لا يمكن الإجابة عن هذا السؤال بالاعتماد على قدرة المضخة أو المساحة المتاحة فقط.

يَعتمد حجم النظام الصحيح على الملفّ الطاقي الكامل للعملية الزراعية.

يجب على المهندسين أخذ ما يلي في الاعتبار:

• قوة مضخة
• طلب المياه
• ساعات التشغيل
• الموارد الشمسية
• استهلاك الطاقة اليومي
• متطلبات البطارية
• طاقة احتياطية
• التوسّع الزراعي المستقبلي

أما بالنسبة لمزرعة صغيرة، فقد يكون الحلُّ الملائم هو نظام ري شمسيٌّ مدمج نسبيًّا.

أما بالنسبة لعملية زراعية كبيرة، فقد يزداد المتطلّب ليصبح نظام طاقة شمسية بقدرة ٥٠٠ كيلوواط مقترنًا بقدرة تخزين بطاريات كبيرة وتوليد احتياطي.

وبالنسبة للمشاريع التي تتطلّب سعة تخزين طاقة كبيرة، يمكن أن يوفّر نظام تخزين طاقة داخل حاويات هندسةً قابلة للتوسّع.

وفي الحالات التي يلزم فيها كهرباءٌ موثوقةٌ خارج ساعات النهار، فإن نظام شمسي بقدرة ٥٠٠ كيلوواط مع تخزين بطاري يمكن أن يوفّر مرونة تشغيلية أكبر بكثير مقارنةً بتثبيت يعمل بالطاقة الشمسية فقط.

أهم درسٍ هو بسيطٌ جدًّا:

أفضل نظام زراعي شمسي ليس بالضرورة الأكبر حجمًا، بل هو النظام المصمَّم بدقة لتلبية احتياجات المزرعة الفعلية من الطاقة والري والمتطلبات التشغيلية.

وباستخدام هندسةٍ صحيحة، يمكن للطاقة الشمسية أن تقلِّل الاعتماد على الديزل والكهرباء المشبَّكة، مع توفير مصدر طاقةٍ أكثر موثوقية واستدامةً للزراعة الحديثة.

الأسئلة الشائعة

كم عدد الألواح الشمسية المطلوبة لنظام ري المزرعة؟

يعتمد عدد الألواح على السعة المطلوبة للطاقة الشمسية، وقوة اللوح بوحدة الواط، وظروف الإشعاع الشمسي المحلية، وخسائر النظام، والاستهلاك اليومي للطاقة اللازم للري. ويجب إنجاز تقييمٍ احترافيٍّ للأحمال ومصادر الطاقة الشمسية قبل تحديد العدد النهائي للألواح.

هل نظام الطاقة الشمسية بسعة ٥٠٠ كيلوواط مناسبٌ لمزرعة؟

يُمكن أن يكون نظام الطاقة الشمسية بقدرة ٥٠٠ كيلوواط مناسباً للمنشآت الزراعية الكبيرة التي تتطلب كمّاً كبيراً من الكهرباء، مثل تلك التي تضمّ مضخّات عدّة أو معدّات معالجة أو أحمال كهربائية عالية القدرة. ويجب تحديد السعة المناسبة عبر تحليل دقيق للأحمال.

ما هو نظام الطاقة الشمسية بقدرة ٥٠٠ كيلوواط مع تخزين بالبطاريات؟

أ نظام شمسي بقدرة ٥٠٠ كيلوواط مع تخزين بطاري يجمع بين نظام توليد طاقة شمسية من فئة ٥٠٠ كيلوواط وبطاريات لتخزين الطاقة الزائدة لاستخدامها لاحقاً. وتشكّل سعة البطاريات معلّمة تصميمية مستقلّة، ويجب حسابها وفقاً لمدّة الدعم المطلوبة والطلب على الطاقة.

ما هو نظام التخزين المُغلف في حاويات؟

أ نظام تخزين طاقة داخل حاويات هو حلّ متكامل لتخزين الطاقة بالبطاريات، مُدمج داخل غلاف معياري على شكل حاوية. وقد يشمل البطاريات ونظام إدارة البطاريات (BMS) ومعدّات تحويل القدرة والإدارة الحرارية وحماية الحريق وأنظمة إدارة الطاقة.

هل يمكن للطاقة الشمسية أن تحلّ محلّ مولّدات الديزل في المزارع؟

في بعض التطبيقات، يمكن للطاقة الشمسية أن تقلل بشكل كبير أو حتى تقضي تمامًا على تشغيل مولدات الديزل الروتيني خلال الفترات التي تتوفر فيها إنتاجية شمسية كافية. أما بالنسبة للمزارع النائية أو تلك الواقعة خارج الشبكة الكهربائية، فإن النظام الهجين المزود بخزانات بطاريات ودعم ديزل احتياطي يوفّر موثوقية أعلى أثناء الظروف الغائمة أو الممطرة.

هل تحسّن خزانات البطاريات الريَّ بالطاقة الشمسية؟

نعم. فخزن الطاقة في البطاريات يسمح بتخزين الكهرباء الشمسية الزائدة التي تُولَّد خلال فترات الإنتاج المرتفع واستخدامها لاحقًا. وهذا مفيدٌ جدًّا عندما لا تتزامن جداول الري تمامًا مع أوقات إنتاج الطاقة الشمسية.