An Introduction to Off-Grid Solar PV Systems

An off-grid solar PV system is a solar PV system that, as its name suggests, works off the grid. So in other
words, it is not connected to the grid.

The main use of off-grid solar PV systems is in places where the grid isn’t available like the rural parts .

They are also very useful in applications like street lights, street signages, traffic lights where the grid
might be close by but it is more convenient to have a standalone or off-grid solar PV system.

‫مقدمة ألنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة‬

‫ إنه غير‬، ‫ بمعنى آخر‬.‫ يعمل خارج الشبكة‬، ‫ كما يوحي اسمه‬، ‫النظام الكهروضوئي خارج الشبكة هو نظام طاقة شمسية كهروضوئية‬
‫متصل بالشبكة‬.

‫يتمثل االستخدام الرئيسي ألنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة في األماكن التي ال تتوفر فيها الشبكة مثل المناطق الريفية‬.

ً ‫كما أنها مفيدة‬

Solar PV modules generate DC electricity.

The solar charge controller takes the DC electricity generated by the solar PV modules and stores it in
the batteries. Typically, the solar charge controllers also do one other job which is called Maximum
Power Point Tracking, or MPPT in short. More information on maximum power point tracking can be
obtained in the solar charge controller FAQs section.

The batteries convert the electricity (or electric energy) into chemical energy and store it in them.
Normally, batteries used along with inverters are called into action (or come into play) only when there
is grid failure. However, in case of off-grid solar PV applications, these batteries are called into action
every single day. Also, they are discharged quite a bit, by as much as 80%, which is the maximum that
you can discharge them without impacting their lifetime adversely. This is done so that the batteries are
in a fully discharged condition when the sun rises again so that all the electricity generated by the solar
PV modules can be stored in them again.

That is why the batteries used in solar applications are deep discharge batteries, or batteries that can
withstand daily deep discharges.

The inverter converts the chemical energy stored in the batteries into electricity (or electric energy). The
input to the inverter (energy stored in the batteries) is DC whereas its output is AC. This off-grid solar
inverter is very much like a normal inverter, but is called a solar inverter because it is used in a solar
application.
‫‪The loads are household appliances like fluorescent lamp, tube light, fan, refrigerator, TV, computer,‬‬
‫‪pumps, among others.‬‬

‫‪The main advantage of an off-grid solar PV system is that it can provide electricity to remote places‬‬
‫‪where the grid is not available, especially in a sun-rich country like EGYPT where most places get good‬‬
‫‪sunshine for 8 to 10 hours a day‬‬

‫‪.‬يوضح الشكل أعاله كيف يبدو نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة‬

‫‪ DC.‬تولد وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية كهرباء‬

‫تأخذ وحدة التحكم في الشحن بالطاقة الشمسية الكهرباء التي تولدها وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية وتخزنها في البطاريات‪ .‬عاد ًة‬
‫باختصار‪ MPPT .‬أو ‪ Maximum Power Point Tracking‬ما تقوم وحدات التحكم في الشحن الشمسي أيضً ا بعمل واحد آخر يسمى‬
‫‪.‬يمكن الحصول على مزيد من المعلومات حول تتبع نقطة الطاقة القصوى في قسم األسئلة الشائعة حول وحدة التحكم في الشحن الشمسي‬

‫تقوم البطاريات بتحويل الكهرباء (أو الطاقة الكهربائية) إلى طاقة كيميائية وتخزينها فيها‪ .‬عادة ‪ ،‬يتم استدعاء البطاريات المستخدمة مع‬
‫العاكسات‪( E‬أو تدخل حيز التنفيذ) فقط عندما يكون هناك فشل في الشبكة‪ .‬ومع ذلك ‪ ،‬في حالة تطبيقات الطاقة الشمسية الكهروضوئية‬
‫خارج الشبكة ‪ ،‬يتم تشغيل هذه البطاريات كل يوم‪ .‬أيضً ا ‪ ،‬يتم تفريغها قليالً ‪ ،‬بنسبة تصل إلى ‪ ، ٪80‬وهو الحد األقصى الذي يمكنك‬
‫تفريغه دون التأثير سلبا ً على حياتهم‪ .‬يتم ذلك حتى تكون البطاريات في حالة تفريغ كامل عندما تشرق الشمس مرة أخرى بحيث يمكن‬
‫‪.‬تخزين كل الكهرباء المولدة من الوحدات الكهروضوئية الشمسية فيها مرة أخرى‬

‫هذا هو السبب في أن البطاريات المستخدمة في التطبيقات الشمسية هي بطاريات ذات تفريغ عميق ‪ ،‬أو بطاريات يمكنها تحمل التفريغ‬
‫‪.‬العميق اليومي‬

‫يقوم العاكس‪ E‬بتحويل الطاقة الكيميائية المخزنة في البطاريات إلى كهرباء (أو طاقة كهربائية)‪ .‬المدخل إلى العاكس‪( E‬الطاقة المخزنة في‬
‫هذا العاكس الشمسي خارج الشبكة يشبه إلى حد كبير العاكس العادي ‪ ،‬ولكنه يسمى العاكس‪ AC. E‬بينما خرجه هو ‪ DC‬البطاريات) هو‬
‫‪.‬الشمسي ألنه يستخدم في تطبيقات الطاقة الشمسية‬

‫األحمال عبارة عن أجهزة منزلية مثل مصباح الفلورسنت ومصباح األنبوب والمروحة والثالجة والتلفزيون والكمبيوتر والمضخات‪E‬‬
‫‪.‬وغيرها‬

‫الميزة الرئيسية لنظام الطاقة الشمسية‪ E‬الكهروضوئية خارج الشبكة هي أنه يمكن أن يوفر الكهرباء لألماكن النائية حيث ال تتوفر الشبكة ‪،‬‬
‫خاصة في بلد غني بالشمس مثل مصر حيث تحصل معظم األماكن على أشعة الشمس الجيدة لمدة ‪ 8‬إلى ‪ 10‬ساعات في اليوم‬

‫‪The main disadvantages of off-grid solar PV systems are:‬‬

‫‪Cost: Off-grid solar PV systems are quite costly. Solar PV modules are quite costly and contribute a god‬‬
‫‪percentage of the overall system cost. Additionally, off-grid solar PV systems also require batteries, and‬‬
‫‪that too deep cycle batteries, which are quite costly too. That increases the system cost as well.‬‬
Maintenance: Since off-grid solar PV systems need batteries, it automatically means that they need to
be maintained properly. This mainly involves adding distilled water to the batteries (or “topping up” as it
is popularly called) if they are of the flooded lead acid type, which they are in many cases. Although
flooded lead acid batteries have advanced quite a bit in the recent years and don’t require frequent
topping up, it still needs to be done and can be cumbersome if the place of installation is not easily
reachable.

Recurring expenses: Off-grid solar PV systems need batteries, and even if you maintain them well, they
will wear out in anywhere from 300 to 1000 cycles. (In most cases, these are typical cycle numbers.
Batteries that last longer are prohibitively expensive in which case it is what the first disadvantage talks
about.) So off-grid solar PV systems necessarily have recurring expenses associated with them.

‫تتمثل العيوب الرئيسية ألنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة في‬:

‫ الكهروضوئية مكلفة للغاية وتساهم بنسبة‬E‫ وحدات الطاقة الشمسية‬.‫ أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة مكلفة للغاية‬:‫التكلفة‬
، ‫ضا بطاريات‬ ً ‫ تتطلب أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة أي‬، ‫ باإلضافة إلى ذلك‬.‫كبيرة من التكلفة اإلجمالية للنظام‬
‫ هذا يزيد من تكلفة النظام أيضًا‬.‫ وهي مكلفة للغاية أيضً ا‬، ‫وبطاريات ذات دورة عميقة للغاية‬.

‫ فهذا يعني تلقائيًا أنها بحاجة إلى صيانتها‬، ‫ نظرً ا ألن أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة تحتاج إلى بطاريات‬:‫الصيانة‬
‫ يتضمن هذا بشكل أساسي إضافة الماء المقطر إلى البطاريات (أو "التعبئة" كما يطلق عليه شعبياً) إذا كانت من النوع‬.‫بشكل صحيح‬
‫ على الرغم من تقدم بطاريات الرصاص الحمضية المغمورة بشكل كبير في‬.‫ وهي في كثير من الحاالت‬، ‫الحمضي المغمور بالفيضان‬
‫ إال أنها ال تزال بحاجة إلى القيام بها ويمكن أن تكون مرهقة إذا لم يكن من السهل‬، ‫السنوات األخيرة وال تتطلب إعادة شحن متكررة‬
‫الوصول إلى مكان التثبيت‬.

‫ فستتلف في‬، ‫ وحتى إذا قمت بصيانتها جي ًدا‬، ‫ الكهروضوئية خارج الشبكة إلى بطاريات‬E‫ تحتاج أنظمة الطاقة الشمسية‬:‫النفقات المتكررة‬
‫ البطاريات التي تدوم لفترة أطول تكون باهظة‬.‫ هذه أرقام دورة نموذجية‬، ‫ (في معظم الحاالت‬.‫ دورة‬1000 ‫ إلى‬300 ‫أي مكان من‬
‫) لذا فإن أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة لها بالضرورة‬.‫ وهذا هو ما يتحدث عنه العيب األول‬، ‫الثمن في هذه الحالة‬
‫نفقات متكررة مرتبطة بها‬.

There are many types of off-grid solar PV systems:

Solar power packs: They can vary from small to large size. The small ones have only a DC output and are
used to charge mobile phones and run other DC applications. The larger ones have an inverter as well
and are used to AC appliances.

Solar home lighting systems: These can vary from small to large sizes. The small ones can be used to
power 1 lamp while the larger ones can be used to power multiple lamps. Typically, solar home lighting
systems have only a DC output. So the lights that they power should necessarily be DC powered.

Solar lanterns: These can have the solar PV module and battery integrated into the product, or have the
battery integrated into the product but have a separate solar PV module in case of higher capacity
lanterns. Typically, solar lanterns allow the users to select the luminosity level; lanterns run for fewer
‫‪hours on higher luminosity levels and for longer hours on lower luminosity levels. Solar lanterns are‬‬
‫‪always DC powered.‬‬

‫‪Solar street lights:Solar street lights comprise of pole, luminaire, solar PV module, solar charge‬‬
‫‪controller, and battery. The luminaire is always DC powered. It almost always has an IP65 environmental‬‬
‫‪rating since it is exposed to the elements. In many cases, the charge controller is embedded inside it. In‬‬
‫‪some cases,even the battery is embedded inside it. If that is the case, then the batteries are invariably Li-‬‬
‫‪ion batteries since they have to be compact.‬‬

‫‪Solar signages (or signboards): Solar signages or signboards are very much like solar street lights and‬‬
‫‪have the same components as compared to solar street lights.‬‬

‫‪Solar pumps: Solar pumps have solar PV modules and a three-phase inverter which drives the pumps.‬‬
‫‪Solar pumps do not have batteries since there is no need to store the energy. Whenever the solar PV‬‬
‫‪modules produce electricity, it is used to pump water from the well to the ground level (actually in‬‬
‫‪storage tanks that are slightly above the ground level). And since solar pumping systems do not have‬‬
‫‪batteries, they don’t have solar charge controllers as well.‬‬

‫‪:‬هناك أنواع عديدة من أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة‬

‫حزم الطاقة الشمسية‪ :‬يمكن أن تختلف من حجم صغير إلى كبير‪ .‬ولألجهزة الصغيرة مخرج تيار مباشر فقط وتستخدم لشحن الهواتف‬
‫‪.‬المحمولة وتشغيل تطبيقات أخرى بالتيار المستمر‪ .‬األكبر منها يحتوي أي ً‬
‫ضا على عاكس ويستخدم في أجهزة تكييف الهواء‬

‫أنظمة إضاءة المنزل بالطاقة الشمسية‪ :‬يمكن أن تختلف من أحجام صغيرة إلى كبيرة‪ .‬يمكن استخدام المصابيح الصغيرة لتشغيل مصباح‬
‫‪ DC‬واحد بينما يمكن استخدام المصابيح األكبر لتشغيل مصابيح متعددة‪ .‬عاد ًة ما يكون ألنظمة اإلضاءة المنزلية بالطاقة الشمسية ناتج‬
‫‪.‬فقط‪ .‬لذلك يجب بالضرورة أن تكون األضواء التي يشحنونها تعمل بالتيار المستمر‬

‫الفوانيس الشمسية‪ :‬يمكن دمج وحدة الطاقة الشمسية الكهروضوئية والبطارية في المنتج ‪ ،‬أو دمج البطارية في المنتج ولكن تحتوي على‬
‫وحدة منفصلة للطاقة الشمسية الكهروضوئية في حالة الفوانيس ذات السعة العالية‪ .‬عادة ‪ ،‬تسمح الفوانيس الشمسية للمستخدمين بتحديد‬
‫مستوى اللمعان ؛ تعمل الفوانيس لساعات أقل على مستويات سطوع أعلى ولساعات أطول عند مستويات سطوع أقل‪ .‬تعمل الفوانيس‬
‫‪.‬الشمسية دائمًا على التيار المستمر‬

‫مصابيح الشوارع بالطاقة الشمسية‪ :‬تتكون مصابيح الشوارع بالطاقة الشمسية‪ E‬من عمود ‪ ،‬وإنارة ‪ ،‬ووحدة طاقة شمسية كهروضوئية ‪،‬‬
‫نظرً ا ‪ IP65‬ووحدة تحكم شحن بالطاقة الشمسية‪ ، E‬وبطارية‪ .‬يتم تشغيل المصباح دائمًا بالتيار المستمر‪ .‬دائمًا ما يكون له تصنيف بيئي‬
‫ألنه يتعرض للعوامل الجوية‪ .‬في كثير من الحاالت ‪ ،‬يتم تضمين جهاز التحكم في الشحن بداخله‪ .‬في بعض الحاالت ‪ ،‬حتى البطارية‬
‫‪.‬حيث يجب أن تكون مضغوطة ‪ Li-ion‬مضمنة بداخلها‪ .‬إذا كان هذا هو الحال ‪ ،‬فإن البطاريات هي دائمًا بطاريات‬

‫الالفتات الشمسية‪( E‬أو الالفتات)‪ :‬الالفتات أو الالفتات الشمسية تشبه إلى حد كبير أضواء الشوارع الشمسية ولها نفس المكونات مقارنة‬
‫‪.‬بأضواء الشوارع الشمسية‬

‫المضخات‪ E‬الشمسية‪ :‬تحتوي المضخات الشمسية‪ E‬على وحدات طاقة شمسية‪ E‬كهروضوئية وعاكس ثالثي المراحل يقود المضخات‪ .‬ال‬
‫تحتوي المضخات الشمسية‪ E‬على بطاريات لعدم وجود حاجة لتخزين الطاقة‪ .‬عندما تنتج وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية الكهرباء ‪،‬‬
‫يتم استخدامها لضخ المياه من البئر إلى مستوى األرض (في الواقع في صهاريج التخزين التي تكون أعلى قليالً من مستوى األرض)‪.‬‬
‫‪.‬ونظرً ا ألن أنظمة الضخ بالطاقة الشمسية ال تحتوي على بطاريات ‪ ،‬فليس لديها وحدات تحكم بالشحن الشمسي أيضًا‬