محول SP5KL يمد المزارع المستدامة بالطاقة في جوهانسبرغ، جنوب أفريقيا

1خلفية العملاء

السيد (سميث) يملك مزرعة عائلية تبلغ مساحتها 5 هكتارات في ضواحي جوهانسبرغ بجنوب أفريقيازراعة الخضروات العضويةومعالجة الحليب على نطاق صغيرلسنوات واجهت المزرعة تحديات:

• الاعتماد الشديد على مولدات الديزل (تكلفة الوقود حوالي 500 دولار شهريًا ، مع انقطاع متكرر).
• نظام شمسي قديم متصل بالشبكة (تم تثبيته قبل 8 سنوات ، يحتوي على عوائل غير فعالة وبطاريات رصاص حمض متدهورة).
• شبكة محلية غير موثوق بها3~5 انقطاع أسبوعياً(تستمر كل ساعة لمدة 2-4 ساعات) ، مما يسبب خطر تدمير منتجات الألبان وتلف المحاصيل بسبب انقطاع الري.

2نقاط الألم الرئيسية والمتطلبات

• خفض التكاليف: ارتفاع تكاليف الديزل وارتفاع أسعار الكهرباء جعل الطاقة ثاني أكبر نفقات المزارع.
• طاقة احتياطية موثوق بها: الحملات الحرجة (5kW التبريد، مضخة الري 3kW) تتطلب حماية صفر - وقت توقف أثناء انقطاع الشبكة.
• توافق النظام:
  • إعادة استخدام الموجودةبطاريات الرصاص والحمض 48 فولت(لتجنب تكلفة استبدال النظام بالكامل).
  • دمج وحدات الطاقة الكهروضوئية الجديدة عالية الكفاءة (2 × 450W لوحات أحادية البلورات) مع لوحات متعددة البلورات القديمة (2 × 300W ، تم تثبيتها في عام 2018).
• المرونة البيئية: جوهانسبرغدرجات حرارة صيفية تصل إلى 42 درجة مئوية,ظروف جافة وغبارية، وارتفاع 1700 متر(مع العواصف الرعدية بين الحين والآخر في موسم الأمطار).
• السلامة والامتثال: تلبي معايير الكهرباء في جنوب أفريقيا (SABS) وحماية من موجات البرق (الشائعة في العواصف الصيفية).

3اختيار المحول: SP5KL

بعد التقييم الفنيSP5KLتم اختيار هذا النموذج ليتوافق بشكل مثالي مع احتياجات المزرعة.

4التكيف التقني: كيف حل SP5KL نقاط الألم

(1) كفاءة الطاقة وتوفير التكاليف

• الكفاءة من الطاقة الشمسية إلى التيار المتردد: معالكفاءة القصوى 97.3%والكفاءة الأوروبية 96.8%، SP5KL تقلل من فقدان الطاقة أثناء تحويل الطاقة الشمسية. عاكس النظام القديم (مع كفاءة 85٪) يضيع 15٪ من الطاقة الشمسية؛ SP5KL خفضت هذه الخسارة بنسبة 12٪،زيادة الإنتاج اليومي من الطاقة الشمسية بنسبة 18%.
• كفاءة البطارية إلى التيار المتردد: أالكفاءة القصوى 94.3%انخفاض خسائر التفريغ من بطاريات الرصاص الحمضي القديمة.انخفض وقت تشغيل مولد الديزل من 10 ساعات / يوم إلى ساعتين فقط (في الأيام الغائمة للغاية فقط)، خفض تكاليف الوقود بنسبة 80% (توفير 400 دولار شهرياً).

(2) التوافق بين النظام الكهروضوئي

• تصميم MPPT مزدوج: مجهزة2 قناة MPPTونطاق فولتاج MPPT 70V540V، SP5KL تتبع بكفاءة الطاقة من التليفزيون الكهروضوئي المختلط:
  • ألواح البوليكريستالين القديمة (300W، Vmp = 30V) تعمل على MPPT 1.
  • لوحات أحادية البلورات الجديدة (450W، Vmp = 40V) تعمل على MPPT 2.
  • حتى خلال شتاء جوهانسبرغ (مع صباح ضعيف الضوء) ، MPPT تعديل ديناميكيا لاستخراج أقصى قدر من الطاقة، وزيادة الاستهلاك الذاتي للطاقة الشمسية بنسبة 25٪.
• قدرة الدخول الكهروضوئية العالية:10طاقة الدخول الكهروضوئية القصوى ،000 واطسمح للمزرعة بتوسيع شبكتها (من 4 كيلوواط إلى 8 كيلوواط) دون ترقية العاكس ، مما يضمن مستقبل النظام.

(3) مرونة البطارية وموثوقية الاحتياطي

• دعم بطارية مزدوجة: SP5KL متوافق معكل من بطاريات ليثيوم - أيون والحمض الرصاصياستعادت المزرعة استخدام بنك الرصاص والحمض 48 فولت الموجود (وتوفرت 2000 دولار على استبدال البطارية) مع الاحتفاظ بخيار إضافة بطاريات ليثيوم أيون في المستقبل.
• طاقة النسخ الاحتياطي وسرعة النقل:
  • الـ5طاقة الخروج الاحتياطية الاسمية 000 واطتتطابق مع الحمل الحرج للمزرعة (تبريد 5 كيلوواط + مضخة 3 كيلوواط ، تعمل في المناوبات).
  • معوقت النقل < 10ms (عادة)في الأشهر الستة الأولى، وقعت 12 انقطاعا، ولم تسبب أي منها في تآكل الحليب أو تأخيرات الري.

(4) الامتثال للبيئة والسلامة

• مقاومة المناخ القاسي:
  • حماية IP65منع الغبار والماء من الدخول (حاسمة لصيف جوهانسبرج الجاف والغبار).
  • الـتصميم التبريد الطبيعيتخلصت من الحاجة إلى المروحيات المعرضة للصيانة، مما يقلل من مخاطر التوقف.
  • الـنطاق درجة حرارة التشغيل من - 25°C إلى 60°C (مع تخفيض درجة الحرارة فوق 45°C): في الصيف (بدرجة حرارة قصوى تبلغ 42 درجة مئوية) ، يعمل المحول بقدرة 95٪ دون ارتفاع درجة الحرارة، مع الحفاظ على طاقة كاملة لمدة 95٪ من ساعات العمل.
  • الـالحد الأقصى لارتفاع التشغيل عند 4000 متر (مع تحديد ارتفاع أعلى من 2000 متر): على ارتفاع 1700 متر، لم يكن هناك حاجة إلى تخفيض، مما يضمن القدرة الكاملة.
• الحماية من الزيادة والسلامة:
  • أجهزة إيقاف التيار المستمر من النوع الثالث وAC من النوع الثالثمحمية من ضربات البرق (ثلاث عواصف ضربت المزرعة في 6 أشهر ، ولم يحدث أي تلف في النظام).
  • الحماية من الفئة 1 ، مكافحة الجزر ، وحماية التسرب الحاليةتلبية معايير السلامة SABS، وضمان سلامة المشغلين والمعدات.

(5) الإدارة الذكية والتركيب

• الحائط - الجبل القائم: توفير مساحة في حظيرة المعدات المدمجة في المزرعة.
• التواصل والمراقبة:
  • RS485 (لـ BMS والقوائم)متكاملة مع نظام إدارة البطارية الحالي، وتوفير بيانات في الوقت الحقيقي على حالة شحن البطارية.
  • الـشاشة LED/LCD + Wi-Fi الاختيارية (عبر USB)سمح للسيد سميث بمراقبة إنتاج الطاقة، ومستويات البطارية، وحالة الشبكة من هاتفه الذكي (حتى أثناء رعاية المحاصيل).

5النتائج: 6 أشهر تأثير

• التكاليف: انخفض إنفاق الديزل منانخفضت تكاليف الطاقة الإجمالية (الشمس + الشبكة + الديزل) بنسبة 65%.
• الموثوقية: كان هناك وقت تشغيل بنسبة 100٪ للحمولات الحرجة خلال انقطاع الشبكة. لم يحدث تآكل للحليب (قيمته 2000 دولار في الشهر) ولم تحدث خسائر في المحاصيل بسبب انقطاع الري.
• الاستدامة: انخفاض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 70% (من 12 طن سنوياً إلى 3.6 طن سنوياً) ، بما يتماشى مع أهداف شهادة المزرعة العضوية.
• قابلية التوسع: تمكن المحول من إدخال طاقة 10،000 واط للطاقة الكهروضوئية مما يتيح للمزرعة إضافة 2 ألواح أخرى بقوة 450 واط في العام المقبل ، مما يضاعف إنتاج الطاقة الشمسية دون تغييرات في الأجهزة.

6لماذا هذه القضية مهمة لأفريقيا

تحديات جوهانسبرغ غير موثوقة بالشبكة، تكاليف الديزل العالية، أنظمة الطاقة الشمسية ذات العمر المختلط، والمناخ القاسي تعكس تلك الموجودة في جميع أنحاء أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى.

• الكفاءة: يحول موارد الطاقة الشمسية الوفيرة إلى طاقة قابلة للاستخدام، حتى مع المعدات القديمة.
• المرونة: يعمل مع حمض الرصاص (الشائعة في أنظمة إرث أفريقيا) والليثيوم - أيون (مستقبل تخزين الطاقة).
• المدى الطويل: يتحمل الغبار والحرارة والارتفاع ‬الذي يعد أمرًا حاسمًا للأسواق الريفية وشبه الحضرية الأفريقية.
• السلامة: يحمي من عدم استقرار الشبكة والبرق، المخاطر الشائعة في المنطقة.

هذه الحالة تظهر أن SP5KL ليس مجرد منتجمحلول مخصصمن أجل مشهد الطاقة الفريد في أفريقيا، مما يؤدي إلى توفير التكاليف والموثوقية والاستدامة للشركات والأسر على حد سواء.