سیستم برق خورشیدی خود را طراحی کنید

فنی و کاربردی
۰

این مقاله در تاریخ 

بروز شده است

امروزه استفاده از سیستم‌های برق خورشیدی بسیار متداول شده است. پنل‌های خورشیدی قادرند در هر مکانی بدون نیاز به شبکه برق، انرژی الکتریکی مورد نیاز شما را تامین کنند. استفاده از این سیستم‌ها به عنوان جایگزینی مناسب برای دسترسی به انرژی الکتریکی در مناطق دور از شبکه برق تبدیل شده است. سادگی نصب، طول عمر بالا، هزینه‌های نگهداری پایین و عدم وابستگی به برق شبکه از مهمترین مزیت‌های این سیستم های تولید برق می باشند.

در کنار این موضوع، احداث نیروگاه‌های خورشیدی جهت تولید برق و فروش به وزارت نیرو (ساتبا) نیز در سالهای اخیر طرفداران خود را داشته است. تمایل دولت به خرید انرژی از نیروگاه‌های تجدیدپذیر و افزایش تعرفه خرید آنها باعث شده است این معامله به یک تجارت پر سود برای طرفین تبدیل شود. البته در این مقاله هدف از طراحی سیستم‌های برق خورشید صرفا سیستم‌های برق خورشیدی آفگرید بوده و طراحی نیروگاه‌های خورشیدی متصل به شبکه (آنگرید) خارج از بحث ما می باشد.

برق خورشیدی جدا از شبکه (آفگرید)

تجهیزات اصلی سیستم برق خورشیدی آفگرید

به طور کلی، هر سیستم برق خورشیدی آفگرید از چهار تجهیز اصلی تشکیل شده است که عبارتند از:

  1. پنل خورشیدی: این تجهیز به عنوان عنصر مولد از کلیدی‌ترین تجهیزات هر سیستم برق خورشیدی می‌باشد. بدون وجود آنها عملا تولید انرژی الکتریکی میسر نخواهد بود. پنل‌های خورشیدی از سلول‌های خورشیدی با اتصالات سری و موازی تشکیل شده و نهایتا ولتاژ DC متناسب با تعداد سلول‌ها در پایانه‌های پنل ظاهر می‌شود. انرژی تولیدی این تجهیزات انرژی الکتریکی با ولتاژ DC می باشد.
  2. باتری: ولتاژ تولیدی پنل‌ها در طول روز متناسب با نور و تابش خورشید متغیر می‌باشد و امکان استفاده از این ولتاژ متغیر برای تجهیزات الکتریکی وجود ندارد. ضمن اینکه میزان انرژی تولیدی و مصرفی عمدتا دارای تفاوتهایی بوده که مورد نیاز است میزان تولید مازاد در باتری‌ها ذخیره شده و در زمان‌های کمبود تولید مصرف شود. این فرآیند در سیستم برق خورشیدی آفگرید بر عهده باتری می باشد.
  3. کنترلر شارژ: برای افزایش عمر مفید باتری و بهبود فرآیند شارژینگ و استحصال حداکثر توان تولیدی پنل برای ذخیره در باتری، از کنترلر شارژ استفاده می‌شود. کنترلر شارژ با دریافت ولتاژ متغیر ورودی آنرا به ولتاژ متناسب برای باتری‌ها تبدیل کرده و در باتری ذخیره می‌کند. برای اطلاع از انواع کنترلر شارژ موجود در بازار این مقاله را مطالعه فرمایید.
  4. اینورتر: در مواقعی که انرژی الکتریکی تولیدی باید در ولتاژ متناوب (AC ) به مصرف برسد، باید انرژی DC در باتری به انرژی AC تبدیل شود. اینورتر برای این منظور در سیستم برق خورشیدی آفگرید برای تبدیل ولتاژ DC به ولتاژ AC برق شهر متناسب با نیاز مصرف کننده استفاده می‌شود.

انواع مصرف کنندگان در سیستم های برق خورشیدی آفگرید

قبل از طراحی هر سیستم آفگرید برای مصارف مسکونی خود، نیاز است لیستی از مصرف‌کنندگان موجود در ساختمان تهیه شده و میزان انرژی مورد نیاز آنها در یک بازه 24 ساعته محاسبه شود. برای  آن دسته از تجهیزاتی که در جدول ذیل میزان مصرف شبانه آنها صفر در نظر گرفته شده است، مصرف کننده موظف است زمان استفاده خود از این تجهیزات را صرفا به روز محدود کند.

لیست مصرف کنندگان در واحدهای مسکونی نمونه

مصرف کننده توان نامی(وات) مصرف انرژی در شب (وات ساعت) مصرف انرژی در روز (وات ساعت)
روشنایی با لامپ ال ای دی 90 540 0
یخچال 180 500 1000
فریزر 220 800 1800
تلویزیون ال ای دی 70 200 200
شارژ لپ تاپ و موبایل 15 90 90
اتو  1200 0 300
جارو برقی 2000 0 700
پمپ کفکش 300 0 300
ماشین لباسشویی 2000 0 2000
کولر آبی 250 1000 2500

تعیین توان نامی اینورتر

ستون مربوط به توان نامی تجهیزات برای تعیین توان نامی اینورتر مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین ظرفیت نامی اینورتر برابر خواهد بود مجموع توان‌های نامی تجهیزاتی که ممکن است در یک لحظه به صورت همزمان مور استفاده قرار گیرند. بخشی از این فرآیند البته به سلیقه مصرف کننده و مخصوصا رعایت عدم استفاده همزمان از مصرف کنندگان می باشد. 

توجه به این نکته ضروریست که تعیین ساعت کارکرد برخی از تجهیزات متناسب با شرایط فیزیکی آنها بوده و مصرف کننده نقشی در تعیین زمان کارکرد آنها ندارد. این تجهیزات عمدتا شامل تجهیزات سرمایشی شامل یخچال، فریزر و کولرهای آبی یا گازی خواهد بود. بنابراین در مرحله اول لیست کلیه مصرف‌کنندگان موجود در ساختمان را مطابق جدول فوق تهیه نمایید.

بنابراین در برآورد توان نامی اینورتر، مجموع توان تجهیزاتی که کارکرد آنها مستقل از اختیار مصرف کننده بوده محاسبه شده و با مجموع توان سایر تجهیزاتی که که به صورت همزمان مورد استفاده قرار می گرند جمع می شود. برای نمونه ارائه شده در جدول، توان مصارف سرمایشی شامل یخچال، فریزر و کولرابی با مجموع توان سایر تجهیزات که ممکن است در یک زمان مورد استفاده قرار کیرند جمع می شود. چنانچه به جز تجهیزات سرمایشی هیچکدام از تجهیزات در یک زمان مورد استفاده قرار نمی‌گیرند، مجموع توان تجهیزات سرمایشی و تجهیزی که بالاترین توان را دارد به عنوان توان نامی اینورتر منظور می‌شود. چنانچه برخی تجهیزات توان بیشتری را در مدت زمان کوتاهی(چند ثانیه) مصرف میکنند، این میزان را در محاسبات اینورتر لحاظ نکنید.

تعیین مجموع توان نامی پنل‌ها

برای تعیین ظرفیت پنل‌ها، از مجموع انرژی مصرفی در شب و روز استفاده می‌شود. پنل‌ها باید مجموع انرژی که در طول شبانه‌روز در ساختمان مصرف می‌شود را تولید کند. برای این منظور، مجموع انرژی مورد نیاز تجهیزات را برای یک بازه 24 ساعته جمع کنید (ستون های 3 و 4). عدد بدست آمده از نوع انرژی بوده و برای تبدیل آن به توان پنل از رابطه ذیل استفاده می‌کنیم:

P= Et / Kr

P مجموع توان مورد نیاز پنل‌ها، Et  مجموع انرژی مصرفی ساختمان در طول شبانه‌روز و K در واقع ضریبی است که میزان انرژی تولیدی هر هزار وات پنل خورشیدی در طول روز را بر حسب وات ساعت نمایش می‌دهد.  میزان میانگین سالیانه این ضریب برای ایران به استثنای استانهای شمالی و غربی به طور تقریبی برابر 5 می‌باشد. برای تعیین این ضریب برای مناطق شمالی و غربی کشور مختصات محل نصب نیروگاه را را در نرم افزار PVSyst وارد کرده و این ضریب را به صورت جداگانه محاسبه نمایید. بر مبنای این رابطه ، به طور متوسط برای میزان انرژی روزانه مورد نیاز 5000 وات ساعت، شما به حدودا 1000 وات پنل خورشیدی نیاز دارید که باید با رعایت ظرفیت‌های موجود پنل‌های خورشیدی به صورت یکسان تهیه شود. به طور مثال می توانید این ظرفیت را از 4 عدد پنل خورشیدی 250 وات یا 3 عدد پنل خورشیدی 330 وات بدست آورید. البته در انتخاب تجهیزات سیستم خورشیدی توصیه می‌شود حتما از مقادیر زوج استفاده نمایید.

تعیین مجموع ظرفیت باتری‌ها

 باتری‌ها در واقع انرژی مورد نیاز ساختمان را برای زمان‌هایی که تولید انرژی توسط پنل‌ها متوقف شده است تامین می‌کنند. این انرژی در طول روز از مازاد انرژی تولیدی پنل‌ها در باتری‌ها ذخیره شده و در مواقع عدم تابش خورشید مخصوصا در شبها مورد استفاده قرار می‌گیرد. علاوه بر  این در برخی ایام سال مخصوصا 6 ماهه دوم که تابش خورشید کمتر می‌شود، در روزهای ابری برای تامین انرژی ساختمان از ظرفیت باتری‌ها استفاده می‌شود. اما در محاسبات عمدتا ظرفیت باتری‌ها با میزان انرژی مصرفی شب هنگام ساختمان تعیین می‌شود.

برای محاسبه ظرفیت باتری‌ها، مجموع میزان انرژی مورد نیاز ساختمان در شب را بدست آورید. این عدد از مجموع اعداد ستون سوم جدول محاسبه خواهد شد. عددی که حاصل می‌شود در واقع میزان انرژی مورد نیاز ساختمان بر حسب وات-ساعت بوده که با ظرفیت انرژی باتری‌ها که عموما آمپر – ساعت می‌باشد متفاوت می‌باشد. برای محاسبه ظرفیت باتری‌ها از رابطه ذیل استفاده نمایید:

  IB=En×(1+Kc)/VB

که IB ظرفیت باتری بر حسب آمپر – ساعت، VB ولتاژ نامی باتری، En مجموع انرژی مصرفی ساختمان در شب و Kc ضریب تخلیه باتری می‌باشد. در واقع شما مجاز نیستید تمام ظرفیت نامی باتری را مورد استفاده قرار دهید و باید در طراحی خود حداقل میزان ظرفیت باتری که در هر شرایطی باید حفظ شود را لحاظ کنید. این ضریب بر حسب نوع باتری مورد استفاده شما متفاوت خواهد بود. برای باتری‌های Flooded این ضریب برابر 0.35  و برای باتری‌های AGM برابر 0.2 خواهد بود. چنانچه از باتری ژل یا لیتیوم استفاده می‌کنید این ضریب را برابر صفر در نظر بگیرید. برای آشنایی با انواع باتری این مقاله را مطالعه فرمایید.

تعیین ظرفیت کنترلر شارژ

در خصوص کنترلر‌های شارژ عموما دو پارامتر اصلی مورد نیاز است. ولتاژ نامی و جریان شارژ. ولتاژ کنترلر در واقع به مشخصات باتری‌ها بستگی دارد. بنابراین قبل از اینکه کنترلر شارژ سیستم خود را تعیین نمایید می‌بایست ولتاژ باتری سیستم را مشخص کرده باشید. ولتاژ کار باتری در واقع همان ولتاژی است که به ورودی اینورتر منتقل می‌شود. 

برای تعیین ظرفیت جریان کنترلر ، میزان مجموع توان نامی پنل‌هایی که به کنترلر متصل می‌شوند را محاسبه کرده و جریان نامی کنترلر را از طریق رابطه ذیل محاسبه نمایید:

Ic=Pt/VB

Pt مجموع توان پنل‌های متصل به کنترلر، Iجریان نامی کنترلر و VB ولتاژ بانک باتری است که کنترلر به آن متصل می‌شود. برای تعیین تعداد پنل‌های سری یا موازی هر کنترلر به مشخصات فنی کنترلر رجوع نمایید. حتی‌الامکان اتصال تعداد بیشتری از پنل‌ها به صورت سری مزایای بیشتری در مقایسه با اتصال موازی آنها خواهد داشت.

برچسب ها :
این مقاله برای نخستین بار در وبسایت سولارگستران منتشر شده است. هر گونه کپی برداری از مطالب بدون ذکر منبع  مورد پیگیری قرار خواهد گرفت.
نوشته‌های پیشین
زیباترین سلولهای خورشیدی که از طبیعت الهام گرفته شده اند

مطالب مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

این فیلد را پر کنید
این فیلد را پر کنید
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.

آخرین مطالب

دسته بندی مطالب

پربازدیدترین مطالب

  1. اینورترهای رشته ای یا اینورترهای مرکزی ؟ (۱,۸۶۲)
  2. معرفی نرم افزار فوق العاده قدرتمند PVsyst (۶۵۳)
  3. نحوه محاسبه حداقل فاصله مجاز بین رشته پنل‌های خورشیدی (۴۵۰)
  4. محاسبه ضریب تعدیل در صورتحساب نیروگاه های فتوولتائیک متصل به شبکه (۳۸۸)
  5. تعرفه های خرید تضمینی برق نیروگاه‌های خورشیدی (۳۴۰)
0
پروژه‌های اجرا شده
فهرست