الطاقة الشمسية لكاميرات المواقع البعيدة: حساب اللوح والبطارية

عمود كاميرا في مزرعة أو موقع إنشاءات أو محطة على طريق صحراوي، ولا يوجد مصدر كهرباء على بعد مئات الأمتار. الطاقة الشمسية هنا هي الحل الطبيعي، لكن أغلب الأنظمة الفاشلة التي نراها لم تفشل بسبب الشمس، بل بسبب لوح أصغر من اللازم، أو بطارية تطبخ داخل صندوق معدني تحت الشمس، أو منظم شحن لا يناسب نوع البطارية. هذا المقال يركز على هندسة منظومة الطاقة نفسها: حساب الحمل، واللوح، والبطارية، ومنظم الشحن، والكابلات.

ابدأ بحساب الحمل الحقيقي

كل حساب بعد ذلك مبني على هذا الرقم، والخطأ فيه يتضاعف. اجمع استهلاك كل جهاز سيعمل على المنظومة من ورقة بياناته، وانتبه إلى ثلاث نقاط:

• الاستهلاك ليلًا أعلى: الأشعة تحت الحمراء والسخان الداخلي في بعض الكاميرات ترفع الاستهلاك. استخدم المتوسط على 24 ساعة، وإذا لم يتوفر فخذ القيمة القصوى للاحتياط.
• الراوتر 4G يعمل باستمرار: وغالبًا ينسى المصمم احتسابه.
• تحويل الجهد له فاقد: الكاميرا التي تعمل بـ PoE تحتاج محول DC-DC يرفع 12 فولت إلى جهد PoE، وكفاءة هذه المحولات ليست 100%.

مثال محسوب: عمود بكاميرتين وراوتر 4G

لنفترض عمودًا عليه كاميرتا IP بنظام PoE، متوسط استهلاك كل منهما 6 وات، وراوتر 4G يستهلك 6 وات، ومحول PoE بكفاءة 90% تقريبًا.

الكفاءة الكلية 75% تغطي فاقد منظم الشحن ودورة الشحن والتفريغ في البطارية والكابلات وارتفاع حرارة اللوح والأتربة. ولماذا 200 وات بدلًا من 160؟ لأن اللوح يجب أن يغطي الاستهلاك اليومي ويعيد شحن البطارية بعد يوم غائم أو عاصفة ترابية. مع 200 وات يكون إنتاج اليوم الشتوي نحو 200 × 4 × 0.75 = 600 وات ساعة، أي فائض 120 وات ساعة يوميًا لتعويض العجز.

رقم 4 ساعات ذروة اختيار متحفظ لشهور الشتاء في شمال مصر، والقيمة أعلى في الصعيد. للحصول على رقم دقيق لموقعك استخدم أدوات مجانية مثل PVGIS أو Global Solar Atlas، واعتمد أضعف شهر في السنة وليس المتوسط السنوي.

وإذا بدا لك أن الأرقام كبيرة، فتذكر أن المنظومة يجب أن تعمل في أسوأ أسبوع من الشتاء، وليس في يوم مشمس من يونيو. التصميم على الحالة الأسوأ هو ما يفرق بين كاميرا تعمل طوال العام وكاميرا تحتاج زيارة كل أسبوع.

البطارية: الليثيوم أم الرصاص؟

بطاريات LiFePO4 أغلى في الشراء، لكنها تسمح بعمق تفريغ أكبر، وتتحمل عددًا أكبر بكثير من دورات الشحن، ووزنها أقل من نصف وزن بطاريات الرصاص المكافئة تقريبًا. في المثال السابق تكفي بطارية ليثيوم واحدة 100 أمبير ساعة بدلًا من بطاريتي رصاص، وهذا فرق كبير على عمود يُركب على ارتفاع.

الحرارة هي العدو الأول في مصر. صندوق معدني مغلق تحت شمس الصيف قد تتجاوز حرارته الداخلية 60 درجة مئوية. كثير من بطاريات LiFePO4 تحدد نطاق الشحن المسموح به بنحو 0 إلى 45 درجة في ورقة البيانات، وبطاريات الرصاص يقل عمرها إلى النصف تقريبًا مع كل 8 إلى 10 درجات فوق 25 درجة.

نصيحتنا للفنيين: ضع صندوق البطارية في الظل، على الجانب الشمالي من العمود أو أسفل اللوح نفسه، واستخدم صندوقًا بتهوية مع حماية من الأتربة، وابتعد عن الطلاء الداكن. بضع درجات أقل تعني سنوات إضافية من العمر.

منظم الشحن: MPPT أم PWM؟

منظم PWM يوصل اللوح بالبطارية مباشرة تقريبًا، فيعمل اللوح عند جهد البطارية وليس عند جهد قدرته القصوى. هذا مقبول مع ألواح 36 خلية التي يبلغ جهد قدرتها القصوى نحو 18 فولت مع بطارية 12 فولت. أما الألواح الكبيرة ذات الجهد الأعلى فتضيع جزءًا كبيرًا من إنتاجها مع PWM.

منظم MPPT يتتبع نقطة القدرة القصوى ويحول الجهد الزائد إلى تيار شحن، ويعطي عادةً طاقة أكبر من اللوح نفسه، ويتيح استخدام ألواح بجهد أعلى. للمنظومات التي تتجاوز بضع عشرات من الوات نوصي بـ MPPT.

حساب تيار المنظم

مع لوحين 100 وات وبطارية 12 فولت، تيار الشحن الأقصى تقريبًا 200 ÷ 13.5 ≈ 15 أمبير، فنختار منظم MPPT بتيار 20 أمبير. وإذا وُصلت الألواح على التوالي، تأكد أن مجموع جهد الدائرة المفتوحة Voc أقل من الحد الأقصى لجهد الدخل في المنظم، مع هامش لأن Voc يرتفع في الصباح البارد.

ونقطتان لا تُهملان: اضبط المنظم على نوع البطارية الصحيح، فبروفايل شحن الرصاص لا يناسب الليثيوم. واستخدم خرج الحمل المزود بفصل عند انخفاض الجهد (LVD) لحماية البطارية من التفريغ العميق.

الكابلات: فاقد الجهد في منظومات 12 فولت

عند 12 فولت، كل جزء من الفولت مهم. لنفترض أن المنظم في صندوق أسفل العمود والألواح على بعد 10 أمتار، والتيار 15 أمبير. مقاومة النحاس نحو 0.0175 أوم لكل متر لمقطع 1 مم²، والمسار ذهابًا وعودة 20 مترًا:

• كابل 4 مم²: المقاومة = 20 × 0.0175 ÷ 4 ≈ 0.088 أوم، والفاقد ≈ 15 × 0.088 ≈ 1.3 فولت، أي نحو 7% من جهد 18 فولت.
• كابل 6 مم²: الفاقد نحو 0.9 فولت، أي قرابة 5%.
• كابل 10 مم²: الفاقد نحو 0.53 فولت، أي أقل من 3%.

الحل إما كابل بمقطع أكبر، أو تقريب المنظم من الألواح. واستخدم كابلات مخصصة للطاقة الشمسية مقاومة للأشعة فوق البنفسجية في المسارات المكشوفة.

التركيب والصيانة

وجه اللوح نحو الجنوب الحقيقي، بزاوية ميل قريبة من خط عرض الموقع، وهو نحو 30 درجة في القاهرة. وإذا كان الهدف أداء الشتاء فزد الميل بضع درجات. أبعد اللوح عن ظل الأشجار والمباني طوال اليوم، لأن ظلًا جزئيًا على خلايا قليلة قد يخفض إنتاج اللوح كله بنسبة كبيرة.

الأتربة في المواقع الصحراوية والزراعية تقلل الإنتاج بشكل ملحوظ، فأدرج تنظيف اللوح في جدول زيارات الصيانة. واحم المنظومة نفسها بتأريض العمود، وبجهاز حماية من التيارات العابرة على كابل الشبكة إذا كان يمتد إلى مبنى. وفي المواقع البعيدة يفيد اختيار منظم يعرض قراءات البطارية عن بعد، فتعرف بتراجع الأداء قبل أن تتوقف الكاميرا.

أخطاء نصادفها في منظومات الكاميرات الشمسية

• حساب اللوح على متوسط الإشعاع السنوي، فتعمل المنظومة صيفًا وتتوقف كل ليلة في يناير.
• تجاهل استهلاك الراوتر ومحول PoE، فيظهر عجز يومي صغير يتراكم حتى تفرغ البطارية.
• بطارية سيارة عادية بدلًا من بطارية مخصصة للتفريغ العميق، فتنتهي خلال شهور.
• منظم مضبوط على بروفايل الرصاص مع بطارية ليثيوم، أو العكس.
• تفعيل التسجيل المستمر بأعلى دقة ومعدل إطارات دون حاجة، مع أن خفض معدل الإطارات أو الاعتماد على تسجيل الأحداث يقلل الحمل في بعض الكاميرات.
• عدم ترك مساحة في الصندوق للتهوية، أو تركيب الصندوق في مواجهة الشمس المباشرة.

كيف تساعدك دو لينك

نوفر ضمن حلول أنظمة المراقبة كاميرات Hikvision IP وكاميرات Uniview IP ذات الاستهلاك المنخفض، وراوترات 4G للمواقع غير المتصلة، وكاميرات EZVIZ بالبطارية للنقاط الصغيرة، إلى جانب مزودات تغذية الكاميرات. فريقنا الفني يساعدك في حساب الحمل واختيار كاميرات تناسب ميزانية الطاقة، ونقدم أسعار مشروعات وجملة، مع توصيل إلى كل المحافظات وضمان لمدة سنة.

أرسل لنا عدد الكاميرات وموقع المشروع، وسنساعدك في حساب الحمل اليومي واختيار الأجهزة. تواصل مع فريقنا من هنا.

منتجات مقترحة من دو لينك

Hikvision DS-2CD2665G0-IZS 6 MP IR Varifocal Bullet Network CameraDS-2CD2665G0-IZSUniview PKC2640@Z28-IR-P 4MP LPR Bullet Camera 2.8-12mm IRPKC2640@Z28-IR-PD-Link DWR-930M LTE 4G/HSPA 3000mAh battery router with support LTE BandDWR-930MEZVIZ CS-BC1-B1 2 MP Outdoor Battery Camera Kit with HubCS-BC1-B1

تصفح المزيد في متجر دو لينك