شيت حساب وتصميم منظومات الطاقة الشمسية الكهروضوئية للأسطح إكسيل

fx

المعادلات الهندسية ومنطق الحساب المضمن في الشيت

الدوال والمعادلات المبرمجة داخل هذا النموذج (جاهزة للنسخ بنقرة واحدة):

حساب قدرة المنظومة الكهروضوئية المطلوبة (PV Array Capacity)

P_{\text{dc}} = \frac{E_{\text{daily}}}{\text{PSH} \times \text{PR}} \quad (\text{kW}_p)

المعادلة الهندسية الأساسية لحساب السعة المطلوبة بالكيلوواط ذروة؛ حيث: E_daily = الاستهلاك اليومي المستهدف بالكيلوواط-ساعة، PSH = ساعات ذروة الشمس اليومية للموقع، و PR = نسبة أداء المنظومة الإجمالية (عادة 0.80).

تصحيح جهد الدائرة المفتوحة للوتر عند أدنى درجة حرارة (String Voc at Minimum Temp)

 V_{oc,string} = N_{\text{mod}} \times V_{oc} \times \left[ 1 + \gamma_{Voc} \times (T_{\text{min}} - 25) \right] \le V_{\text{inv,max}}

معادلة التحقق الكودية وفق IEC 62446 و SBC 401 لحساب أقصى جهد كهربائي يمكن أن يولده الوتر شتاءً؛ حيث N_mod عدد الألواح في الوتر، gamma_Voc المعامل الحراري لجهد اللوح (%/°C)، و T_min أدنى درجة حرارة شتوية بالموقع.

فترة استرداد رأس المال البسيطة (Simple Payback Period)

 \text{Payback Period} = \frac{\text{CAPEX}}{\text{Annual Savings}} = \frac{P_{\text{dc}} \times C_{\text{watt}}}{E_{\text{annual}} \times \text{Tariff}} \quad (\text{Years})

المعادلة المالية لتحديد عدد السنوات اللازمة لاسترداد تكلفة تركيب المنظومة الشاملة للألواح والهياكل والانفرترات والتوصيلات من خلال الوفر المالي المتحقق في فاتورة الكهرباء.

معاينة تخطيط الطباعة الكامل لورقة العمل (.XLSX)

مقاس الطباعة القياسي A4

معاينة شيت حساب وتصميم منظومات الطاقة الشمسية الكهروضوئية للأسطح إكسيل - الأعمال الكهروميكانيكية (MEP) بصيغة XLSX جاهز للتحميل والتعديل — File: شيت_حساب_وتصميم_منظومات_الطاقة_الشمسية_الكهروضوئية_للأسطح_IEC_SBC.xlsx تحميل الملف الكامل (.XLSX) ←

ما هو شيت حساب وتصميم منظومات الطاقة الشمسية الكهروضوئية للأسطح (Rooftop Solar PV Sizing Sheet)؟

شيت حساب وتصميم منظومات الطاقة الشمسية الكهروضوئية للأسطح المربوطة بالشبكة (On-Grid Rooftop Solar PV System Sizing & Energy Yield Calculation Sheet) هو الأداة الهندسية والحسابية الأساسية لمهندسي الكهرباء، مصممي الطاقة المتجددة، ومقاولي الأعمال الكهروميكانيكية، لحساب وتحديد السعة المثلى لمحطات الطاقة الشمسية على أسطح المباني السكنية، التجارية، والمستودعات الصناعية وفق المعايير الدولية (IEC 61724 / IEC 62446)، وكود الكهرباء السعودي (SBC 401)، واللوائح التنظيمية لمنظومات الطاقة الشمسية الصغيرة الصادرة عن هيئة تنظيم المياه والكهرباء (WERA) والشركة السعودية للكهرباء (SEC).

يقوم الشيت بأتمتة الحسابات الهندسية بدءاً من تحليل ملف الاستهلاك الكهربائي اليومي للمنشأة، وتحديد ساعات ذروة الشمس (Peak Sun Hours - PSH)، وحساب عدد الألواح الشمسية المطلوبة ومساحة السطح اللازمة للتركيب، وضبط نسب تحميل الانفرتر (Inverter DC/AC Sizing Ratio)، ومطابقة جهد الأوتار (Strings Voc & Vmp) مع نافذة عمل متتبع نقطة القدرة القصوى (MPPT)، بالإضافة إلى نمذجة التوليد الكهربائي الشهري والسنوي بالكيلوواط-ساعة والتحليل المالي الدقيق لفترة استرداد التكاليف الرأسمالية (Payback Period) ومعدل تكلفة الكهرباء المستوية (LCOE).

المحاور الهندسية والفيزيائية لتصميم منظومة الطاقة الشمسية على الأسطح

يعتمد التصميم الهندسي للمنظومة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة على 4 معايير فنية وحسابية رئيسية:

تحديد قدرة المنظومة وساعات ذروة الشمس (Peak Sun Hours & Array Capacity): تُحسب قدرة المنظومة المطلوبة بالكيلوواط ذروة ($kW_p$) بقسمة الاستهلاك اليومي المستهدف بالكيلوواط-ساعة على حاصل ضرب متوسط ساعات ذروة الشمس السنوية ($PSH$) ونسبة أداء المنظومة ($PR$) التي تتراوح هندسياً بين 78% إلى 82% لتعويض المفاقيد الناتجة عن درجات الحرارة العالية، الغبار، ومفاقيد الكابلات والانفرتر.
توزيع الأوتار ومطابقة جهود الانفرتر (String Sizing & MPPT Window): يجب أن يتطابق عدد الألواح الموصلة على التوالي في الوتر الواحد مع نطاق جهد الـ MPPT للانفرتر؛ حيث يُحسب أقصى جهد للدائرة المفتوحة للوتر ($V_{oc,max}$) عند أدنى درجة حرارة مسجلة في الموقع (مثلاً -5 درجات مئوية شتاءً) لضمان عدم تجاوز حاجز الـ 1000 فولت (أو 1500 فولت للمشاريع الكبرى)، مع التأكد من أن جهد أقصى قدرة ($V_{mp,min}$) عند أعلى درجة حرارة صيفية يظل أعلى من الحد الأدنى لتشغيل الانفرتر.
معامل التحميل والتوجيه المكاني (DC/AC Ratio & Tilt Angle): توصي الممارسات الهندسية المعيارية باختيار معامل تحميل يتراوح بين 1.15 إلى 1.25 لتعظيم إنتاجية الانفرتر خلال ساعات الصباح الباكر وبعد الظهر، مع توجيه الألواح نحو الجنوب الجغرافي الحقيقي (Azimuth 180°) بزاوية ميل تعادل تقريباً خط عرض الموقع (مثلاً 24.5 درجة لمدينة الرياض) لضمان التقاط أكبر كمية إشعاع شمسي سنوي.
التحليل المالي وحساب صافي القياس (Net-Metering Financial Model): تطبيق آلية صافي القياس النظامية؛ حيث تُخصم كمية الطاقة المصدرة للشبكة أثناء ساعات الذروة النهارية من فاتورة الاستهلاك الشهرية، مع حساب الوفر المالي الإجمالي المحقق وفترة استرداد رأس المال التي تتراوح عادة في المملكة والخليج بين 3.5 إلى 5.5 سنوات بفضل الإشعاع الشمسي المرتفع الذي يتجاوز 2100 كيلوواط-ساعة/م² سنوياً.

طريقة الاستخدام وخطوات التطبيق العملي

1

معاينة الشيت وتجربة الأرقام أولاً:

استخدم جدول المعاينة التفاعلية الحية أعلاه (أو وضع ملء الشاشة 100%) لتجربة إدخال أرقام مشروعك واختبار المعادلات مباشرة.

2

تحميل الشيت وفتحه على جهازك:

قم بتنزيل الملف عبر زر التحميل المباشر وفتحه بواسطة Microsoft Excel أو Google Sheets.

3

إدخال البيانات الأساسية للمشروع:

قم بتعديل اسم المشروع، التاريخ، وفئات الأسعار في الخلايا المخصصة للإدخال؛ بينما تُحسب كافة الإجماليات تلقائياً.

4

الطباعة المباشرة بمقاس A4:

تم ضبط هوامش الصفحات وحدود الطباعة مسبقاً على مقاس A4، فقط اضغط Ctrl+P للطباعة أو التصدير بصيغة PDF.

الأسئلة الشائعة حول النموذج

كم عدد ألواح الطاقة الشمسية المطلوبة لتغطية استهلاك فيلا سكنية متوسطة في السعودية؟

تتطلب الفيلا السكنية المتوسطة باستهلاك يومي يتراوح بين 60 إلى 80 كيلوواط-ساعة منظومة بقدرة تقريبية تتراوح بين 15 إلى 20 كيلوواط ذروة (kWp)؛ وهو ما يعادل تركيب 26 إلى 34 لوحاً شمسياً بقدرة 585 واط للوح الواحد، وتحتاج هذه المنظومة إلى مساحة سطح صافية تبلغ حوالي 75 إلى 100 متر مربع.

ما هي زاوية الميل والاتجاه الأمثل لتركيب الألواح الشمسية في مدن المملكة والخليج؟

الاتجاه الأمثل هو التوجيه المباشر نحو الجنوب الجغرافي الحقيقي (Azimuth 180°)، أما زاوية الميل المثلى فتعادل تقريباً خط عرض المدينة؛ حيث تبلغ في الرياض حوالي 24 إلى 25 درجة، وفي جدة 21 إلى 22 درجة، وفي الدمام 26 درجة، وفي تبوك 28 درجة، لتحقيق أعلى إنتاجية سنوية تراكمية.

ما هو معامل التحميل DC/AC ولماذا يتم اختيار قدرة ألواح أكبر من قدرة الانفرتر؟

معامل التحميل (DC/AC Over-sizing Ratio) هو نسبة قدرة الألواح الكهروضوئية إلى قدرة الانفرتر الاسمية؛ ويتم اختياره بين 1.15 و 1.25 لتعويض المفاقيد البيئية وتراجع كفاءة الألواح في درجات الحرارة العالية صيفاً، مما يضمن عمل الانفرتر بكامل طاقته لساعات أطول خلال اليوم دون هدر استثماري.

كيف يعمل نظام صافي القياس (Net-Metering) لربط الطاقة الشمسية مع شركة الكهرباء؟

يقوم نظام صافي القياس على تركيب عداد كهربائي ذكي ثنائي الاتجاه (Bi-directional Meter) يسجل كمية الطاقة المستهلكة من شبكة الكهرباء العامة وكمية الطاقة الفائضة المصدرة من المنظومة الشمسية إلى الشبكة؛ وتتم مقاصة الفائض واحتسابه كرصيد مالي يخصم من فاتورة الكهرباء الشهرية للمشترك وفق لوائح هيئة تنظيم المياه والكهرباء.