لا يمكن لشاحن شمسي أن يفرض تيارًا ثابتًا – فالشمس هي من تفرضه. فالغيوم وزاوية الشمس ودرجة حرارة اللوح تجعل قدرة الدخل تتغير كل دقيقة، ولذلك يواجه شحن NiMH خارج الشبكة مشكلة لا يواجهها الشاحن الحائطي أبدًا: إكمال شحن صحيح قابل للإنهاء عندما يكون تيار الشحن متقطعًا ويقع في معظمه خارج سيطرة وحدة التحكم. تبحث هذه الورقة في كيفية مواءمة شواحن NiMH الشمسية بين تتبع نقطة القدرة القصوى ومتطلبات شحن الخلية، وكيف يتوافق الشحن بتضمين عرض النبضة والشحن النبضي طبيعيًا مع الدخل المتقطع، و– بشكل حاسم – كيف يجب تعديل معايير الإنهاء مثل -ΔV لتظل صالحة عندما يكون التيار نفسه متغيرًا باستمرار. كما تشرح لماذا تجعل متانة NiMH وتسامحه مع الحالات الجزئية مناسبًا تمامًا لأنظمة الطاقة النائية نادرة الصيانة.
يتبع خرج اللوح الإشعاع بدرجات حادة عند حواف الغيوم ومنحنيات يومية بطيئة؛ أما التوصيل المباشر فيبدد الطاقة كلما كان اللوح خارج نقطة قدرته القصوى، وقد يقدم أيضًا تيارات تتأرجح من قرب الصفر إلى ما يتجاوز المعدل الآمن للخلية. ولذلك تؤدي مرحلة القدرة بين اللوح والخلية مهمتين في آن واحد: تتبع نقطة القدرة القصوى للوح (MPPT) لحصاد الطاقة، وتشكيل القدرة الناتجة إلى تيار شحن يمكن للخلية قبوله بأمان.
وتوضح مشاريع جامعية لشواحن NiMH الشمسية (مثل عمل Northeastern حول شواحن NiMH الشمسية المقتفية للذروة) البنية المعمارية: مرحلة DC-DC مع تحكم MPPT تغذي ملف شحن مُدار، مع منطق صريح للحظات التي لا تكفي فيها القدرة المتاحة لتيار الشحن المطلوب.
عندما تكون القدرة الشمسية المتوسطة أقل من التيار الثابت المستهدف، فإن PWM تقدم الشحنة طبيعيًا في نبضات – التيار قيد التشغيل عندما يعمل المحول، ومتوقف عندما تكون طاقة الدخل غير كافية – وهو ما يتوافق بشكل مريح مع فوائد الشحن النبضي في الورقة 13: ففترات الراحة تريح التدرجات وإعادة التركيب، ولا ترى الخلية أبدًا تيارًا متوسطًا أكبر مما تقدمه الشمس. وتستغل تصميمات شواحن NiMH الشمسية PWM/PMM المُبلغ عنها هذا التكافؤ تمامًا، معاملةً الدخل الشمسي المتقطع كملف نبضي متأصل.
ومع ذلك ينبغي لوحدة التحكم أن تحد من تيار الذروة ضمن حدود معدل الخلية وتتجنب اهتزاز التشغيل/الإيقاف السريع الذي يربك الإنهاء، مستخدمة مكثف دخل أو مخزن طاقة لتنعيم أكثر الحالات العابرة إزعاجًا.
تفترض طريقة -ΔV تيارًا مستقرًا (الورقة 6): فدرجة التيار تزيح الجهد مقاوميًا ويمكن أن تُخطأ كذروة. ولذلك يجب على الشواحن الشمسية أن تجعل الإنهاء واعيًا بالتيار – أن تُبقي أو تعيد ضبط سجل ذروة الجهد عندما يتزامن |dV/dt| مع تغير التيار، وأن تقارن الجهد فقط ضمن نطاقات تيار قابلة للمقارنة، وأن تعتمد على dT/dt والشحنة المتراكمة والمؤقتات التي تظل صالحة رغم تغير الدخل. هذه هي الدقة المحورية في التحكم التي تميز شاحن NiMH الشمسي عن الشاحن الحائطي.
وبما أن الأيام الشمسية تنتهي، فإن الحد القائم على المؤقت وحصيلة الشحن مهم بشكل خاص: فالشحنة المقبولة خلال اليوم تُكامل مع الكفاءة (الورقة 16)، وقد يمتد الإكمال على عدة أيام، مما يتطلب تقديرًا لحالة الشحن يصمد خلال فترات التوقف الطويلة والتفريغ الذاتي.
يتسامح NiMH مع التشغيل في الحالة الجزئية والشحن الزائد العرضي عبر إعادة التركيب، وليس لديه متطلب تثبيت الجهد الصارم لليثيوم (الورقة 15 – وهو مفيد عندما تتعذر قدرة التحكم الدقيقة)، ويقدم عمر دورات جيد تحت الدورات الضحلة والتشغيل في نطاق حراري واسع، ويتفادى مخاطر نشوب حريق في مواقع نائية غير مراقبة. هذه السمات تجعله خيارًا عمليًا لأجهزة الاستشعار النائية واللافتات والعوامات والطاقة الريفية، حيث تكون زيارات الصيانة مكلفة وقدرة الدخل غير منتظمة بطبيعتها.
والمقايضة هي كثافة الطاقة وضرورة تحجيم الألواح بحيث يتجاوز الحصاد المتوسط التفريغ الذاتي زائد الحمل عبر نافذة الطاقة الشمسية لأسوأ موسم؛ كما يجب على إلكترونيات الشحن منع الشحن الزائد الطويل غير المُنهى في الأيام التي تكون فيها الخلية ممتلئة بالفعل وتستمر الشمس في الإمداد.
يطبّق التصميم المتين على شكل طبقات: MPPT للدخل، تحديد تيار الشحن وتشكيل النبضات، إنهاء واعٍ بالتيار مع سجل ذروة مُبقى، حماية dT/dt ودرجة الحرارة المطلقة، محاسبة شحنة مدمجة عبر الأيام، وحالة «ممتلئ -> صيانة» تطرح أو تحوّل الحصاد الزائد بمجرد اكتمال الشحن بدلًا من إجبار إعادة التركيب. يُظهر الشكل الأول الدخل الشمسي المتغير متراكبًا مع تيار الخلية النبضي الناتج؛ ويرتب الثاني منطق الإنهاء الواعي بالتيار.
يستخدم التحقق محاكيات الملف الشمسي (سلاسل زمنية للإشعاع) لإثبات أن الإنهاء يظل صحيحًا عبر درجات الغيوم وأنه لا توجد حالة عابرة للدخل تُنشئ انطلاق شحن كامل زائف أو شحنًا زائدًا غير محدود.
تورد Weijiang درجات NiMH واسعة الحرارة ومتينة الدورات مناسبة للدورات الضحلة والمتقطعة، وتقدم بيانات قبول الشحن والتفريغ الذاتي لتحجيم اللوح والبطارية في التصميمات خارج الشبكة. يتناول التطبيق التالي متطلب الموثوقية المعاكس – الأنظمة الطبية والاحتياطية حيث يجب أن يضمن الشحن الجاهزية، عادةً عبر أنظمة الطفو والاستعداد.
Weijiang Power تصمّم وتصنّع خلايا نيكل-هيدريد الفلز، وحزمًا مطابقة وتشكيلات جاهزة للشحن لعملاء الاستهلاك والصناعة والطب والتنقل، وتدعم الشركاء بإرشادات حول بروتوكولات الشحن، وملفات أداء IEC 61951-2، وأدلة سلامة IEC 62133-1، والتحقق المشترك من الشواحن. شاركونا تنسيق الخلية وتيار الشحن والنطاق الحراري وهدف الدورات، وسيحدد مهندسونا تركيبة الخلية والشحن التي تحمي كلًا من زمن التشغيل والعمر الافتراضي. استعرضوا المجموعة على صفحة المنتجات.
