الفهرس 
Chapter (1) IntroductionOnly 14 pages are availabe for public view
 |  | from | 137 |  |  |
| | | from | 137 | | |
Abstract
تعد الطاقة الشمسية من التقنيات الحديثة المستخدمة لإنتاج الكهرباء حول العالم، وحاليا يوجد العديد من تطبيقات الطاقة الشمسية في جميع أنحاء العالم والتي منها استخدام الطاقة الشمسية في نظام ضخ المياه من الآبار العميقة بالمناطق الصحراوية أو المناطق النائية. وقد شهدت أنظمة ضخ المياه الكهروضوئية تطورات كبيرة وازداد الطلب عليها في العقود القليلة الماضية في المناطق الريفية النائية الغير متصلة بشبكات الكهرباء العمومية، وتعد مصر واحدة من أفضل المواقع الجغرافية في العالم لاستخدام الطاقة الشمسية بسبب ساعات سطوع الاشعاع المثالية ووفرة الإشعاع الشمسي. وفي نفس الوقت تحتوي مصر على مساحات شاسعة من الصحراء جاهزة للاستصلاح والزراعة باستخدام الآبار العميقة، وبالتالي فقد ازداد الطلب على أنظمة ضخ المياه الكهروضوئية في السنوات القليلة الماضية. من ناحية أخرى، لا تزال العديد من التحديات تواجه أنظمة ضخ المياه الكهروضوئية، وخاصة استخراج المياه وضخها من الآبار العميقة، ولا تزال هناك حاجة إلى العديد من التطوير لهذه الأنظمة. ومن هذا المنطلق تقدم هذه الأطروحة تصميما أمثل ونظام للتحكم في المضخات الغاطسة بالطاقة الشمسية لري المناطق الريفية النائية. تشتمل المكونات الرئيسية لنظام ضخ المياه بالخلايا الكهروضوئية على ألواح الطاقة الكهروضوئية وجهاز العاكس ومضخة محرك المياه وأجهزة الحماية والقياسات والحساسات وأجهزة المراقبة. ويعد قياس معدل تدفق المياه أمراَ ضرورياً لضمان التشغيل المناسب لنظام ضخ المياه بالخلايا الكهروضوئية، وتتم هذه العملية عن طريق أجهزة استشعار باهظة الثمن وتتعرض للتلف بسبب الضغوط الميكانيكية في أنظمة ضخ المياه بالخلايا الكهروضوئية. اقترحت هذه الرسالة استخدام مقياس معدل التدفق الافتراضي كتقنية لقياس معدل تدفق المياه من خلال مضخة مياه غاطسة وذلك باستخدام طريقة عددية كدالة في عمق تركيب المضخة وقوة المحرك والكفاءة الكلية للمضخة حيث يتميز مقياس التدفق الافتراضي بعدم الحاجة إلى مستشعرات معدل تدفق المياه باهظة الثمن في أنظمة ضخ المياه بالخلايا الكهروضوئية كما انه يُحسن خوارزميات تتبع نقطة القدرة القصوى من الخلايا الكهروضوئية مما يقلل من التكاليف الإجمالية للنظام. وقد تم تمثيل مقياس التدفق الافتراضي كمتغير اضافي في خوارزمية تتبع نقطة القدرة القصوى من خلال استبدال الجهد بمقياس التدفق اللحظي، حيث يعمل النظام بناءً على تباين قياسات جهاز التدفق اللحظي باستخدام المعلومات الفيزيائية لنظام ضخ المياه بالخلايا الكهروضوئية القائم على مضخة تعمل بمحرك تيار ثابت بدون فرش كربونية. وقد تم استنباط نموذج رياضي للحصول على جهد الإدخال لخوارزمية تتبع نقطة القدرة القصوى كدالة لمعدل التدفق الفوري وتم تنفيذ النموذج بواسطة برنامج محاكاة الماتلاب وقد أثبتت النتائج إمكانية تطبيق وكفاءة استخدام مقياس التدفق الافتراضي في خوارزميات تتبع نقطة القدرة القصوى. ومن أجل تحسين أداء منظومة ضخ المياه بالخلايا الكهروضوئية والوصول إلى أفضل معدل تدفق يوفر استخدامًا كافيًا لتدفق المياه يوميًا، فقد اقترحت الرسالة تحسين كفاءة التصميم والتحكم بواسطة تقنية خوارزمية أمثلة الأداء بطريقة الذئاب الرمادية التي تستخدم طبيعة الذئاب الرمادية في الوصول إلى أقصى كمية من المياه من الابار العميقة. وتم تطبيق الخوارزمية على النظام المقترح باستخدام برنامج محاكاة الماتلاب حيث أظهرت النتائج العددية عن موثوقية استخدام الخوارزمية المقترحة في تحسين وأمثلة تصميم نظام ضخ المياه بالخلايا الكهروضوئية. وتتكون الرسالة من خمسة فصول ملخص كل منهم كالتالي: الفصل الأول يقدم هذا الفصل نظرة سريعة على أهداف الرسالة ونقطة البحث والمساهمات ومحتويات الرسالة. الفصل الثاني يستعرض هذا الفصل لمحة عامة عن أنظمة ضخ المياه بالخلايا الكهروضوئية ومكوناتها الرئيسية والتي تشتمل على مجموعة ألواح طاقة كهروضوئية، هيكل التثبيت، منظومة تتبع نقطة أقصى قدرة، العاكس، محرك تيار مستمر بدون فرش كربونية وبالإضافة إلى أنظمة تأريض التوصيلات الكهربائية. يناقش الفصل أيضا الأنظمة المختلفة لتخزين الطاقة والمستخدمة مع نظم ضخ المياه بالخلايا الكهروضوئية. كما يستعرض الفصل الطرق المختلفة لقياس معدل تدفق المياه، ويناقش الفصل بشكل مفصل نظام مقياس التدفق الافتراضي من خلال شرح نظرية عمله وأنواعه واستقصاء الأبحاث التي اقترحت استخدامه في أنظمة ضخ المياه بالخلايا الكهروضوئية. وأخيراً يقدم الفصل بعض الأمثلة لمشروعات أنظمة ضخ المياه بالخلايا الكهروضوئية في مصر. الفصل الثالث في البداية يقدم الفصل شرحاً للعوامل التي يجب أخذها في الاعتبار عند تصميم نظام ضخ المياه بالخلايا الكهروضوئية من اختيار الموقع ونوع المضخة والمحرك الكهربي بالإضافة إلى تصميم واختيار العاكس والخلايا الكهروضوئية. ثم يستعرض الفصل تأثير مقياس معدل التدفق الافتراضي على أنظمة ضخ المياه بالخلايا الكهروضوئية القائمة على محرك التيار المستمر بدون فرش كربونية. ومن ثُم يقترح منظومة تتكون من لوح طاقة شمسية ومحول جهد تيار مستمر باستخدام الكترونيات القدرة متحكم به بخوارزمية تتبع نقطة أقصى قدرة والتي تستخدم طريقة P&O وملحق به مقياس معدل التدفق الافتراضي كمدخل جديد في خوارزمية تتبع نقطة أقصى قدرة ومحرك تيار مستمر بدون فرش كربونية ومضخة مياه غاطسة. وقد تم محاكاة النموذج المقترح في بيئة الماتلاب حيث تم دراسة تأثير تطبيق مقياس معدل التدفق الافتراضي كمدخل جديد في التحكم في قدرة الخرج وسرعة المحرك والعزم الميكانيكي. كما تم عرض مقارنة بين تطبيق وحدة تحكم مقياس معدل التدفق الافتراضي وتطبيق خوارزمية تتبع نقطة أقصى قدرة التقليدية على نظام الاختبار. وقد أوضحت النتائج التي تم عرضها ومناقشتها أن وحدة تحكم مقياس معدل التدفق الافتراضي تحسن عمر المحرك للنظام بأكمله حيث ساهمت في تقليل الضغط الميكانيكي على المحرك في ظل الحصول على سرعة دوران أفضل، ولوحظ زيادة القدرة المزودة للمحرك بنسبة 6% مما ساهم في زيادة سرعة المحرك وبالتالي قل العزم الميكانيكي بنسبة 15% بما يعني زيادة إنتاجية المياه اليومية وأيضاً تخفيف الحمل الميكانيكي على المضخة. الفصل الرابع يهدف الفصل بشكل أساسي لتحسين أداء منظومة ضخ المياه بالخلايا الكهروضوئية من خلال الوصول إلى التصميم الأمثل للمنظومة وذلك من خلال تعظيم معدل تدفق المياه مع تلبية قيود تصميم محددة مثل عمق البئر، وأقصى طاقة خرج، وإشارة التحكم في دائرة رفع الجهد بإلكترونيات القدرة والجهد التشغيلي لمحرك التيار المستمر بدون الفرش الكربونية. وقد تم استنباط نموذج رياضي يعتمد على خوارزمية الذئاب الرمادية للحصول على أفضل الحلول للمتغيرات المحددة. وتم تمثيل المشكلة رياضياً وعمل المحاكاة في بيئة الماتلاب حيث تم اختيار منظومة اختبار لتطبيق نظام ضخ المياه الكهروضوئية والقائم على الخوارزمية المقترحة على نظام ري من بئر عميق في أحد المناطق النائية (قرية بني مزار في محافظة المنيا – جمهورية مصر العربية). وتمت مناقشة النتائج من خلال المقارنة بين أداء النظام قبل وبعد تطبيق خوارزمية الذئاب الرمادية وتحليلها لشرح تأثير تطبيقها على المنظومة المستنبطة في الفصل الثالث حيث لوحظ زيادة القدرة بنسبة 4% بالإضافة إلي زيادة ملحوظة بشكل كبير في السرعة وصلت إلى 11% بعد تطبيق خوارزمية الذئاب الرمادية مع انخفاض طفيف في العزم الميكانيكي المؤثر على المحرك، حيث تساهم الزيادة في السرعة في زيادة إنتاجية المياه اليومية مما يثبت فعالية تطبيق الطريقة المقترحة. الفصل الخامس يقدم الفصل الخامس ملخص لما قدمته الرسالة ويستعرض مقترحات للعمل المستقبلي.