تصميم وتنفيذ وتقييم الأداء الفني والاقتصادي والبيئي لنظام طاقة شمسية هجين: دراسة تطبيقية في مؤسسة تعليمية بمدينة القبة / ليبيا

الملخص

يُعد التحول نحو مصادر الطاقة المتجددة، ولا سيما الطاقة الشمسية، أحد التوجهات الاستراتيجية لمواجهة التحديات البيئية والاقتصادية الناتجة عن الاعتماد على مصادر الطاقة التقليدية، وتحقيق متطلبات التنمية المستدامة، والحد من الانبعاثات الكربونية. يهدف هذا البحث إلى تصميم وتنفيذ وتقييم الأداء الفني والاقتصادي والبيئي لنظام طاقة شمسية هجين لتغذية جزء من الأحمال الكهربائية بقسم الهندسة الكهربائية بكلية التقنيات الهندسية بمدينة القبة – ليبيا.

اعتمدت الدراسة منهجية علمية متكاملة شملت تحليل الأحمال الكهربائية، وتصميم النظام الشمسي الهجين، واختيار المكونات وفق معايير الكفاءة التشغيلية والاعتمادية، ثم تنفيذ النظام وإجراء الاختبارات التشغيلية تحت ظروف عدم التحميل والتشغيل الفعلي، إضافة إلى التحليل الفني والاقتصادي لأدائه. بلغت القدرة الكلية للأحمال الكهربائية بالقسم قبل تنفيذ النظام 4500 W، حيث تم تغذية 1600 W منها بواسطة النظام الشمسي المقترح. ونظرًا لأن فترة التشغيل اليومية بالقسم تبلغ خمس ساعات، قُدّر الاستهلاك اليومي للأحمال المغذاة بنحو 8000 Wh/day، ومع اعتماد معامل أمان بنسبة 20% وصل الاستهلاك التصميمي إلى 9600 Wh/day. تكوّن النظام من ستة ألواح شمسية بقدرة إجمالية 2760 W، وعاكس هجين بقدرة 4200 W وبجهد 24 V مزود بمنظم شحن مدمج بتيار 120 A، وأربع بطاريات جل بسعة كلية 500 Ah موصولة لتحقيق جهد 24 V، إضافة إلى منظومة حماية كهربائية متكاملة. أظهرت النتائج أن النظام استطاع تغطية نحو 35.5% من إجمالي الأحمال الكهربائية بالقسم، بما يعكس كفاءة تشغيلية جيدة واستقرارًا في الأداء. وعلى الرغم من محدودية العائد الاقتصادي السنوي، الذي بلغ نحو 400 دينار ليبي نتيجة الدعم الحكومي لتعرفة الكهرباء، أكدت النتائج الجدوى الفنية والبيئية للنظام من خلال تقليل استهلاك الطاقة التقليدية وخفض الانبعاثات الكربونية.