در این اینجا قصد داریم تا به آموزش طراحی و محاسبه پنل خورشیدی مورد نیاز در یک سیستم برق خورشیدی بپردازیم :
سیستم های برق خورشیدی را می توان به دو دسته سیستم برق خورشیدی مکمل و سیستم برق خورشیدی مستقل تقسیم بندی نمود . در نوع اول بخشی از انرژی الکتریکی مورد نیاز توسط سیستم برق خورشیدی و مابقی انرژی به کمک منابع دیگر مانند برق شهر و یا ژنراتور تامین می گردد و در نوع دوم تمامی انرژی الکتریکی مورد نیاز از سوی سیستم برق خورشیدی دریافت می شود.
برای مثال ممکن است هدف بهینه سازی مصرف انرژی باشد و یا اینکه به برق خورشیدی به چشم یک سیستم برق اضطراری نگاه شود که می تواند در ساعاتی که انرژی الکتریکی از سوی سایر منابع تامین نمی شود ، انرژی مورد نیاز را تولید نماید . همچنین ممکن است برق شهر در نقطه مورد نظر دارای نوسانات یا قطع شدگی پی در پی باشد که در این حالت و حالت های ذکر شده ، نیاز به یک سیستم برق خورشیدی مکمل است
هر سیستم برق خورشیدی از دو قسمت بسیار مهم ، یکی پنل های خورشیدی و دیگری باتری های ذخیره کننده انرژی تشکیل شده است که از مهم ترین مشخصه های پنل خورشیدی توان تولیدی آن بر حسب وات ( W ) و از مهم ترین مشخصه های باتری ، ظرفیت باتری بر حسب آمپر در ساعت ( Ah ) می باشد
قبل از بحث ما به تعیین داده هایی نیاز داریم :
به عنوان مثال به لیست نمونه زیر که مربوط به یک واحد مسکونی است توجه نمایید :
آشپزخانه :
– یخچال فریزر سامسونگ = 750 وات
– ماشین لباسشویی = 2000 وات
– مایکروویو = 1300 وات
– چایی ساز = 2300 وات
– اجاق گاز برقی = 2300 وات
صوتی و تصویری :
– تلوزیون LED سامسونگ = 145 وات
– پخش کننده CD و DVD مارشال = 35 وات
– تلفن بی سیم پاناسونیک = 5 وات
تجهیزات سرمایشی :
– کولر آبی آبسال = 600 وات
سایر :
– سشوار = 800 وات
– اتوی برقی = 2000 وات
– متفرقه = 300 وات
کامپیوتری و موبایل :
– کامپیوتر قابل حمل ( نوت بوک ) = 55 وات
– کامپیوتر رومیزی = 400 وات
– مودم ADSL ایسوس = 12 وات
– شارژر گوشی موبایل = 2 وات
روشنایی :
– لامپ کم مصرف = مجموعا 300 وات
– لامپ LED روشنایی = مجموعا 20 وات
بعد از مشخص کردن توان هر یک از مصرفی ها نیاز است به زمان روشن بودن مثرفی ها بپردازیم :
بعنوان مثال : مدت زمان استفاده از هر کدام وسایل الکتریکی :
– تلویزیون LED سامسونگ = حدود 8 ساعت در روز
– پخش کننده CD و DVD مارشال = ممکن است 2 ساعت در روز مورد استفاده قرار بگیرد
– مودم ADSL ایسوس = 24 ساعت روشن است
– یخچال فریزر سامسونگ = حدود 12 ساعت کار در روز و 12 ساعت در حالت آماده به کار
– ماشین لباسشویی = حدود 30 تا 35 دقیقه
– کولر آبی آبسال = حدود 12 ساعت در روز و در ساعات گرم
– سشوار = حدود 5 تا 20 دقیقه
– اتوی برقی = حدود 5 تا 15 دقیقه
– کامپیوتر قابل حمل ( نوت بوک ) = حدود 3 ساعت در روز
بعد از تعیین داده های فوق لازم است حداکثر توان لحظه ای که جمع توان های تجهیزات الکتریکی که ممکن است در یک لحظه با یکدیگر روشن شوند است را تعیین کنیم . برای مثال ممکن است تلوزیون و چایی ساز با یکدیگر روشن میشوند .
حال لازم است حداکثر انرژی مصرفی باتری را محاسبه کنیم :
توان تجهیزات مصرفی در آن بازه را در میزان زمان روشن بودن آن ها به ساعت ضرب می کنیم . برای مثال مایکرو ویو 1300 وات توان دارد و ممکن است 15 دقیقه روشن باشد . برای محاسبه میزان انرژی مصرفی 1300 را در یک چهارم ساعت که همان 15 دقیقه است ضرب می کنیم .
محاسبه ظرفیت و تعداد باتری به کار رفته در سیستم برق خورشیدی
باتری های مورد استفاده در یک سیستم برق خورشیدی ، باید توانایی تامین انرژی تجهیزات الکتریکی را در صورت نبود نور خورشید داشته باشند .
به دلیل تخلیه شارژ پی در پی ، نیاز به باتری هایی با عمق دشارژ ( DOD ) مناسب می باشد تا بتوانند عملکرد مناسبی را در طول عمر خود داشته باشند.
باتری به کار رفته در سیستم برق خورشیدی می توانید از سه نوع GEL ، Li-Ion و یا لید سیلد اسید باشد که به دلیل هزینه بالای باتری های GEL و لیتیوم یون در ایران ، باتری های لید اسید بهترین انتخاب برای یک سیستم برق خورشیدی می باشد . این باتری ها می توانند با عمق دشارژ 60 درصد ، عمری معادل 3 تا 4 سال داشته باشند .
برای محاسبه ظرفیت باتری مورد نیاز در یک سیستم برق خورشیدی ، کافی است تا میزان انرژی الکتریکی مورد نیاز را در ساعات تاریکی و نبود نور خورشید محاسبه نماییم .
همچنین برای داشتن عمق دشارژ 60 درصد ، ظرفیت باتری بدست آمده را در عدد 1.4 ضرب می کنیم
با محاسبه ظرفیت باتری های مورد استفاده ، محاسبه توان پنل های خورشیدی امکان پذیر شده و با دانستن حداکثر توان مورد نیاز در ساعات روشنایی که پنل ، نور خورشید را دریافت می کند ، عدد دقیق برای تعداد پنل و وات مجموع قابل محاسبه است . حداکثر توان مورد نیاز در مثال قبل برابر با 6000 وات بوده که می بایست مقداری را به عنوان توان مورد نیاز برای شارژ باتری ها به آن اضافه نمود .
اینورتر ها وظیفه ، تبدیل انرژی ذخیره شده در باتری و انرژی دریافتی از پنل ها را به انرژی الکتریکی مناسب برای تجهیزات الکتریکی را بر عهده دارند . تمامی وسایل الکتریکی که از برق شهر به عنوان منبع تغذیه استفاده می کنند ، نمی توانند به طور مستقیم از باتری استفاده نمایند . اینورتر کمک می کند تا این تطبیق به بهترین نحو صورت گیرد .
اینورتر ها را می توان به دو دسته اینورتر سینوسی و شبهه سینوسی تقسیم نمود که از اینورتر سینوسی برای تجهیزات حساس مانند صوتی ، تصویری و کامپیوتری استفاده می شود اما اینورتر شبهه سینوسی را فقط می توان در مصارفی چون روشنایی و سیستم های غیر حساس استفاده نمود . بدیهی است قیمت اینورتر های شبیه سینوسی کمتر از سینوسی بوده که می توان در هر سیستم برق رسانی از دو یا چند اینورتر استفاده نمود .
شارز کنترل
شارژکنترلر خورشیدی یکی از اجزای سیستم آفگرید (جدا از شبکه برق) خورشیدی است که همان طور که از نامش پیداست میزان شارژ و دشارژ باتری را کنترل میکند. این ابتدایی‌ترین کاری است که میتوان از این دستگاه انتظار داشت. انواع محافظت‌ها، قابلیت کنترل بار، شارژر USB ، قابلیت مانیتورینگ از راه دور یا به وسیله کامپیوتر، تایمر و قابلیت تشخیص روز و شب و ... از دیگر قابلیت‌هایی است که می‌تواند در یک دستگاه شارژکنترلر خورشیدی موجود باشد.
PWM یا MPPT
بخش اصلی مدار شارژکنترلر یک رگولاتور DC به DC است . از آنجایی که مقدار تابش در ساعات مختلف روز متفاوت است این بدین معنی است که ولتاژ خروجی پنل‌ها هم دائما در حال تغییر است. شارژکنترلر با در نظر گرفتن این تفاوت در ولتاژ ورودی با الگوریتم‌های مختلف کنترلی ، ولتاژ و جریان خروجی مناسبی برای شارژ باتری فراهم می‌آورد.
Pulse Width Modulation یا به اختصار PWM و Maximum Power Point Tracking یا MPPT دو روش معمول کنترلی هستند . PWM تکنولوژی قدیمی اما مناسب برای اکثر کاربردهاست که در آن Duty Cycle کلیدهای مبدل بصورت اتوماتیک بر اساس ورودی تغییر میکنند . MPPT روش کنترلی پیچیده‌تری است که بازده پنل ها را تا 30 درصد می‌تواند افزایش دهد .برای درک بهتر این روش لازم است درکی از رفتار غیرخطی پنل‌های خورشیدی داشته باشیم.
