أنظمة الضخ والرّي بالطاقة الشمسية

تساهم أنظمة الضخ بالطاقة الشمسية بالتقليل بشكل كبير من تكاليف طرق الريّ التقليدية والتي تعتمد على الوقود بشكل أساسي. تزداد فرص الاستفادة من الطاقة الشمسية مع عمل المضخة لوقت أطول، وإن إضافة البطاريات أو أنظمة تخزين أخرى تمكننا من الاستفادة من الطاقة الإضافية المولدة من الطاقة الشمسية في الليل عوضاً عن الاعتماد عليها في النهار فقط.

تعد أنظمة الضخ بالطاقة الشمسية خياراً ممتازاً للريّ باستخدام تقنيات الري العالية الكفاءة مثل الري بالتنقيط والري الآلي. أما تأمين الطاقة لضخ المياه الكافية لعمليات الري بالغمر فيتطلب استثمارات أكبر وأنظمة طاقة شمسية بقدرات عالية والتي تشكل تكلفة إضافية على المزارع.

الريّ في الشرق الأوسط وشمال إفريقيا

تعتمد العديد من دول المنطقة على الزراعة كمنتج ومصدر حياة العديد من المواطنين ولكن التغيرات المناخية التي ظهرت في الأعوام الماضية ساهمت بشكل كبير في تقليل كمية المياه السطحية. ومع تواجد الأراضي الزراعية في مناطق بعيدة عن الشبكة الكهربائية كان لابد من اللجوء لحل بديل لتأمين الطاقة لتشغيل المضخات المائية للحصول على المياه الجوفية. كما اعتمد ومازال يعتمد العديد من السكان على مولدات الديزل لسهولة عملها وتوفرها ولكنها سببت في رفع التكاليف على المزارعين بشكل كبير وعرضتهم لمخاطر التقلبات في أسعار النفط في الآونة الأخيرة.

بناء على ذلك، اتجه المزارعون للاعتماد على الطاقة الشمسية في الفترات الماضية لتشغيل المضخات لتأمين المياه. ومع تطور التقنيات وانخفاض أسعار الطاقة المنتجة من الألواح الشمسية بالمقارنة مع الأعوام السابقة والدعم المتمثل بالقروض من الجهات المهتمة بالمناخ، فقد ازداد مؤخراً الاعتماد على أنظمة الضخ بالطاقة الشمسية في العديد من الدول والمناطق وتعمل الشركات على تطوير سلاسل منتجاتها آخذة بعين الاعتبار حاجة هذا القطاع وبالتالي توفير منتجات مناسبة لأنظمة الضخ بالطاقة الشمسية.

أنظمة الريّ بالطاقة الشمسية

يمكن استخدام مضخات الشمسية بعدة طرق لعمليات الريّ ويمكن أن نذكرها كما يلي:

مضخات الطاقة الشمسية ثلاثية الطور

يتألف هذا النظام من منظومة ألواح كهروضوئية متصلة بمحرك متغير السرعة (VSD) ومضخة ثلاثية الطور تعمل بالتيار المتناوب، حيث يتم وصل الألواح الكهروضوئية إلى قضيب تجميع على الطرف الجهد المستمر للـ (VSD).

تعد هذه الأنظمة مناسبة أكثر لتطبيقات الضخ الكبيرة، وستسمح للمضخة بالعمل عند مستويات الإشعاع الشمسي المنخفضة ولو كان ذلك بسرعة أقل (مثلاً في حالة انخفاض التدفق، أو عدم وجود تدفق).0

دمج مضخات الطاقة الشمسية مع مولدات الديزل

تعد هذه الطريقة مكلفة للغاية، ولا تستخدم عادةً للمزارع صغيرة الحجم والمتوسطة. في هذا التطبيق، تكون المنظومة الكهروضوئية المتزامنة مع المحركات الكهربائية، مع منظم لتنظيم الحمل على مولد الديزل لضمان سحب أكبر قدر ممكن من الاستطاعة من المنظومة الكهروضوئية.

التطبيق المثالي يكون لحالات الجفاف العميقة، حيث نحتاج لضخ المياه في النهار والليل مما يبرر تكاليف النظامين. يتطلب هذا النوع من الأنظمة تشغيل المضخات أغلب الوقت في النهار، لمدة 6 أشهر أو أكثر في السنة لتكون استثماراً مالياً جيداً.

يتم استخدام المنظومات الكهروضوئية المتزامنة مع المحركات الكهربائية في عمليات التنقيب والعمليات على المستوى الصناعي.

أنظمة الضخ المعدة المسبقة

تتألف أنظمة الضخ المعدة مسبقاً من منظومة كهروضوئية ومضخة متوافقة تماماً مع هذه المنظومة ويكثر استخدامها في أنظمة الريّ بالتنقيط والأنظمة التي تعمل على المرشات، حيث من المهم الحصول على المياه للري خلال النهار، أو يمكن استخدام خزان للري في الليل.

تكون هذه المضخات (الغاطسة أو السطحية) بشكل عام، مرتبطة مباشرةً بالمنظومة الكهروضوئية لكونها تعمل بالتيار المستمر ولا تحتاج لعاكس شمسي (solar inverter). تعد هذه الأنظمة فعالة بشكل كبير (كفاءتها أكبر من 90%) ومتوفرة بأحجام مختلفة من عدة مئات من الواط إلى حوالي 21 كيلوواط (مؤمنةً تدفق قدره 2500 لتر\ الدقيقة).

تعد هذه الأنظمة مكلفة بالمقارنة مع المضخات الكهربائية التقليدية.

استخدام خزانات المياه

يعد نظام الضخ بالطاقة الشمسية مكلفاً كاستثمار أولي ولكن الإشعاع الشمسي مجاني، لذلك من المعقول جداً تركيب أنظمة صغيرة الحجم قدر الإمكان وجعلها تعمل لأكبر فترة زمنية ممكنة. ولكن هذا يعني أن هذه الأنظمة لن تقوم بضخ كميات كبيرة من المياه في فترة قصيرة من الزمن ولكن يمكنها أن تعمل لساعات طويلة. لذلك فإن استخدام خزان مياه مع المنظومة مهم جداً.

يمكن تحديد سعة خزان المياه من معدل التدفق ومدة التخزين التي نحتاجها (السعة = زمن التخزين × معدل التدفق). حيث يتم ذلك اعتماداً على ظروف المنبع المائي والطقس، ونمط الطلب على المياه فإننا قد نحتاج لخزان يكفي لعدة أيام (2 لـ 5 أيام).

قد يكون استخدام خزان كبير مكلفاً لذلك يجب إجراء تحليل مالي لتحديد فترة استعادة المال من المشروع. ويترتب على التخزين بالسدود أو الخزانات الطبيعية تكاليف خاصة بما يتعلق بالماء المتسرب من شقوق جدران السد أو الماء المتبخر خلال ساعات النهار. يكثر استخدام هذا النظام في الريّ عندما يكون هنالك قيود معينة تخضع لها عملية الضخ في المزرعة.

أبرز النقاط التي نحتاجها لتحديد حجم نظام الضخ بالطاقة الشمسية للري

– تحديد الرأس الديناميكي الكلي (أقصى ارتفاع سيتم ضخ المياه إليه) والمعروف بـ TDH للنظام باستخدام معطيات معدل التدفق (لتر\ الدقيقة)، طول الأنبوب وقطره والمسافة بين نقطة سحب المياه ونقطة خروجها.

TDH = الرأس الثابت + الرأس الديناميكي (احتكاك خطي).

– تحديد حجم التدفق اليومي (م3\اليوم) وعدد الأسابيع المتوقعة لضخ المياه خلال العام.

– اختيار مضخة سطحية أو غاطسة اعتماداً على المنبع المائي.

– استخدام منحنيات التصنيع للمضخات، نقوم باختيار المضخة المناسبة وفقاً لمتطلبات الرأس والتدفق.

– معرفة متطلبات الطاقة، ووقت التشغيل للمضخة المختارة، وتحديد شكل الحمل الكهربائي المتمثل بعمل المضخة بهدف تحديد حجم المنظومة الشمسية المستخدمة.

– يتم تحديد حجم خزان المياه أو السد بالاعتماد على معدل التدفق التي تحتاجها العملية، ومدة التخزين، والتي يجب أن تكون مساوية لفترة زمنية خارج ساعات التشميس والتي تكون فيها المضخة تعمل.

– خذ بعين الاعتبار استخدام بطاريات أو دمج أنظمة الضخ مع مولدات الديزل أو غيرها.

ما الذي يجب أن أفكر فيه قبل اختيار اللوح الشمسي المناسب لنظام الضخ الخاص بمشروعي؟

تتطلب أنظمة الضخ بالطاقة الشمسية عمل الألواح الشمسية في مناطق مفتوحة وفي أغلب الأوقات في أراضٍ بعيدة عن المالكين لذلك يجب اختيار الألواح المستخدمة في المنظومة بعناية:

  • الاستطاعة: يجب القيام بالحسابات بشكل صحيح ومن قبل مهندسين مختصين للتأكد من أن الألواح المختارة ستكون كافية لتقديم الاستطاعة اللازمة لعمل المضخة طوال الفترة المطلوبة.

  • الجودة: اختيار الألواح من شركات معروفة عالمياً وتتمتع بشهادات موثوقية وجودة حيث تقوم بإخضاع ألواحها لاختبارات عديدة موثقة لضمان عملها بأفضل شكل ممكن طوال فترة حياة المشروع وهي تقدم ضمانات وكفالات لعمل ألواحها لفترات تصل لأكثر من 25 عاماً.

  • حجم اللوح وأبعاده: قد تكون المساحة محدودة لتركيب المنظومة والمضخة بالقرب من المنبع المائي لذلك يجب التأكد من اختيار أبعاد اللوح المناسبة والمتوافقة مع الاستطاعة المطلوبة لعدم حدوث مشاكل أو عوائق اثناء التركيب.

  • صيانة منخفضة: إن اختيار ألواح عالية الجودة ومتمتعة بضمانات وكفالات تشغيلية طويلة تعني صيانة قليلة للنظام ولا يتطلب إلا زيارات دورية متباعدة وهذا الأمر يكون مفيداً عندما تكون أنظمة الضخ بعيدة عن مراكز المدن ومكان تواجد ورشات الصيانة.

ما الذي تقدمه ترينا سولار لهذا القطاع؟

لطالما قدمت ترينا سولار أفضل أنواع المنتجات للعملاء حول العالم من الألواح الشمسية الكهروضوئية حيث تم استخدام سلسلة ألواح “TALLMAX” في العديد من مشاريع الريّ لما تقدمه من ميزات تتمثل بالجودة العالية والتقنيات الحديثة (خطوط توصيل متعددة، نصف الخلية، الخ) والاستطاعة العالية تتراوح بين (430ّ~450) واط.

عملت ترينا سولار لعدة سنوات على تطوير ألواحها وتقنياتها بناءً على حاجة السوق وإمكانياته وتوصلت لتطوير تقنيات ألواح “TALLMAX” الرائجة والرائدة وكانت النتيجة تقديم سلسلة ألواح Vertex التي تتراوح استطاعتها من (500~600+) واط.

تتميز سلسلة ألواح فيرتكس «Vertex» بتوافرها بعدة استطاعات (500~600+) واط وجميعها مُكونة من خلايا من وايفر «M12» الحديثة ومقطعة بتقنية ترينا للتقطيع الغير مدمر «non-destructive cut».

كما تعتمد سلسلة ألواح «Vertex» تقنية خطوط التوصيل المتعددة «MMB» والتي تساهم في تقليل التظليل وتساعد في زيادة الضوء المحتبس ضمن الخلايا.

تقدم سلسلة ألواح «Vertex» الفوائد العديدة لاستخدام خلايا من وايفر «M12» حيث تتمتع هذه الألواح بالكثافة العالية من خلال تقليل المسافات بين الخلايا ضمن اللوح الواحد مما يزيد من كفاءته.

تعتبر سلسلة ألواح «Vertex» حلاً متطوراً لأنظمة الضخ بالطاقة الشمسية حيث تقدم استطاعات عالية بأحجام ألواح صغيرة ومُصنعة بأفضل وأحدث التقنيات التي تهدف لرفع كفاءة الألواح ونقلها لأعلى مستويات الجودة وإضافة لكفالة للعمل لأكثر من 25 عاماً.

تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…

نتمنى لكم يوماً مشمساً!

حنا ندروس

مهندس طاقة كهربائية محرر في القسم التعليمي وأخبار الطاقة المتجددة ومهتم بأبحاث الطاقة المتجددة بشكل عام والطاقة الشمسية بشكل خاص.

0 0 votes
Article Rating
Subscribe
نبّهني عن
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments