محاسبه سیستم خورشیدی

برای طراحی سیستم خورشیدی ابتدا باید میزان مصرف انرژی وسایل و محاسبات آنها را انجام بدهیم سپس با توجه به نیاز می توانیم وات و تعداد پنل های خورشیدی، شارژ کنترلر، باتری خورشیدی، اینورتر، وسایل حفاظتی و کابل ها را مشخص کرد.

نیروگاه خورشیدی مجموعه‌ای از تجهیزاتی است که موجب می‌شود انرژی خورشیدی (نور) را جذب و به برق تبدیل نماید. نیروگاه‌های خورشیدی منفصل از شبکه یا آفگرید هرجا که شبکه برق سراسری نباشد یا برق کشی هزینه بالایی داشته باشد مورد استفاده قرار می‌گیرد مثل منازل مسکونی دور از شبکه برق، باغات و دامداری‌ها، خانه‌های ییلاقی، پمپ‌های آب کشاورزی، چراغ‌ها و هشدار‌های جاده‌ای، تأسیسات مخابراتی و نظامی، تفرجگاه‌ها، عشایر، پکیج‌های مسافرتی، برق‌دار کردن روستا‌های دورافتاده و …

اجزای اصلی سیستم خورشیدی عبارتند از:

• ماژول (پنل خورشیدی) PV که نورخورشید رو به برق DC تبدیل می کند.

• اینورتر که برق DC تولید شده توسط پنل های خورشیدی را به برق AC مصرفی تبدیل می کند.

• شارژ کنترلر که ولتاژ و جریان خروجی از پنل به سمت باتری را تنظیم می کند و  از باتری در مقابل شارژ و دشارژ بیش از حد حفاظت می کند که موجب افزایش طول عمر باتری می شود.

• باتری که برای ذخیره انرژی مورد نیاز وسایل برقی در طول شب و در روزهای ابری مورد استفاده قرار می گیرد.

محاسبات طراحی سیستم های خورشیدی

گام 1: تعیین میزان مصرف توان

اولین مرحله در طراحی سیستم فتوولتاییک خورشیدی این است که کل توان و انرژی مصرفی برای تمام بارهایی که نیاز به تغذیه دارند را مشخص کنیم. فرض کنید می خواهیم برای یک خانه در شهر شیراز با مصرف ارائه شده در زیر محاسبات را انجام دهیم. اگر بخواهیم از پنل های 320 واتی و باتری های 100 آمپرساعتی (12 ولتی با عمق دشارژ 80 درصد) و ذخیره برای دو روز بارانی استفاده نماییم به چند پنل برای این خانه نیاز است؟

میزان وات ساعت مصرفی هر وسیله را در طی یک روز محاسبه کنید. سپس مقادیر وات ساعت های مصرفی کلیه وسایل را برای یک روز با هم جمع کنید.

برای مثال ما، وسایل برقی خانه به قرار زیر است (انتخاب وسایل کم مصرف در سیستم خورشیدی دارای اهمیت است):

• پنج لامپ کم مصرف 20 وات با 6 ساعت استفاده در شب
• یک یخچال هتلی 85 واتی
• تلویزیون LCD متوسط 150 واتی با 4 ساعت استفاده
• لپ تاپ حدودا 50 وات (3 ساعت استفاده در روز)
• هواکش و شارژ گوشی و … جمعا 100 وات (1 ساعت در روز)

مصرف کل انرژی-وات ساعت  2470=100+5*20*6+85*12+150*4+50*3

توجه: معمولا کمپرسور یخچال ها اگر بصورت عادی مورد استفاده قرار گیرند نصف روز (12 ساعت) در حال کار هستند و بقیه ساعته ها خاموشند.

علاوه بر کل انرژی مصرفی شبانه روزی، پیک مصرف برق همزمان را هم بدست بیاوریم. پیک مصرف معمولا وقتی است که همه وسایل همزمان با هم استفاده شود:

120+100+150+85+50=505 وات (پیک مصرف همزمان)

عدد بدست آمده را در 1.3 (بعضا 1.2 رو هم در نظر می گیرند) ضرب کنید تا میزان وات ساعتی که پنل باید در طی یک روز تولید کند بدست بیاید.ضریب 1.3 برای جبران میزان تلفات انرژی در سیستم است یعنی ظرفیت را بالاتر در نظر می گیریم تا با حتی با وجود تلفات و افت راندمان باز هم بتواند پاسخگوی مصرف مورد نیاز ما باشد.

وات ساعت      2470*1.3=3211

گام 2: انتخاب اینورتر

در صورت نیاز به خروجی AC بایستی از یک اینورتر استفاده کنیم. نکته بسیار مهم در انتخاب اینورتر این است که ورودی اینورتر به هیچ وجه نبایستی از مجموع توان تمام وسایل برقی (یا پیک مصرف برق همزمان) کمتر باشد.

برای سیستم های مستقل از شبکه (آفگرید off-grid) ، اینورتر باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا بتواند تمام وات مصرفی را تأمین نماید. اندازه اینورتر حدودا 10 تا 20 درصد بزرگتر از پیک مصرف همزمان در نظر گرفته می شود (یا بجای اینکار اگر راندمان اینورتر را داشتید بر راندمان اینورتر موجود بود پیک مصرف همزمان را بر راندمان اینورتر تقسیم کنید).

اگر از موتور یا کمپرسور استفاده نماییم باید اینورتر تحمل اضافه جریان های زمان راه اندازی را داشته باشد.

505*1.2=606 وات

یعنی حداقل ظرفیت اینورتر مورد استفاده باید حداقل 600 وات باشد (اینورتر 606 واتی در بازار نیست و باید یک پله بالاتر یا نزدیک به پایین انتخاب کرد)

گام 3: تعیین بانک باتری مورد نیاز

بانک باتری باید بتواند میزان انرژی مورد نیاز برای دو روز ابری را در خود ذخیره داشته باشد. مصرف انرژی روزانه سیستم مورد طراحی از قبل 3211 وات ساعت بدست آمده بود.چون عمق دشارژ باتریها 80 درصد ذکر شده است (تا 80 درصد انرژی ذخیره شده در باتریها قابل استفاده است و اگر بیشتر استفاده کنیم باتری سریع معیوب و فرسوده می شود). فرض می کنیم که از اینورتر با ورودی 24 ولت در نیروگاه ما استفاده می شود.

پس حداقل 8 باتری 100 آمپر ساعتی با عمق دشارژ 80 درصد برای تامین برق مورد نیاز تجهیزات این خانه نیاز است تا بتواند 2 روز ابری (غیر آفتابی) هم برق تجهیزات را تامین کند.

گام 4: تعیین اندازه ماژول PV

پنل های PV خورشیدی مختلف مقادیر متفاوت توان تولید می کنند. هر چه اندازه پنل بزرگتر باشد و راندمان بالاتر باشد به همان میزان توان بیشتری تولید خواهد نمود. برای مشخص کردن اندازه ماژول (پنل) PV، باید ابتدا بیشترین توان تولیدی را بدست آوریم. بیشترین توان تولیدی یا وات پیک(Wp) بستگی به ماژول PV و آب و هوای منطقه مورد نظر دارد. بدین منظور به فاکتوری به نام “متوسط حداکثر پتانسیل تابشی” که در هر مکانی متفاوت است نیاز داریم.

 بدترین شرایط وقتی است که باتری ها کاملا دشارژ شده باشند و پنل های خورشیدی بخواهند همزمان هم بار مصرفی روزانه را تامین کنند و هم باتری ها را شارژ کنند لذا باید مجموع انرژی مصرفی روزانه و انرژی مورد نیاز برای شارژ بانک باتری را هم با هم جمع کنیم و سپس بر PSH منطقه تقسیم کنیم تا مجموع توان پنل های مورد نیاز بدست آید.

 8*12*100=9600 انرژی مورد نیاز شارژ کل بانک باتری (وات ساعت)

قبلا هم انرژی مصرفی روزانه خانه 3211 وات ساعت بدست آمده بود. بنابراین انرژی کل می شود:

3211+9600=12811 وات ساعت

نکته: کل انرژی مصرفی خانه در روز مصرف نمی شود و بخشی در شب استفاده می شود ( که پنل ها بخواهند همزمان هم این مقدار انرژی را تامین کنند و هم باتری ها را شارژ کنند) لذا بهتر است برای تخمین تعداد پنل ها حداکثر انرژی را لحاظ کنید اما اگر از لحاظ اقتصادی هزینه های شما را خیلی بالا می برد می توانید همان مقدار مصرف روزانه را لحاظ کنید، مثلا نصف انرژی کل مصرفی.

چون در فرض مسئاله گفته شده بود این خانه در شیراز است با توجه به نقشه پتانسیل تابشی در نقاط مختلف ایران می توان این ضریب را بدست آورد که برای شیراز حدودا 6.5 بدست می آید.

 12811/6.5=1970 وات

از طرفی طبق فرض مساله گفته شده است که از پنل های 320 واتی استفاده شده است. برای محاسبه تعداد پنل های مورد نیاز برای سیستم باید جواب بدست آمده از بالا را بر توان نامی پنل هایی که می خواهید استفاده کنید تقسیم کرده و حاصل بدست آمده را به سمت عدد صحیح بزرگتر گرد کنید.

1970/320=6.15 

به بالا که گرد شود عدد 7 می شود یعنی به 7 پنل 320 واتی برای تامین برق ایرن خانه نیاز است. مسلماً اگر پنل های بیشتری استفاده کنیم سیستم طراحی شده با اطمینان بالاتری نصب شده و باتریها زودتر شارژ می گردند ولی با این کار هزینه بالاتر می رود که توصیه نمی شود.

گام 5: انتخاب جریان شارژ کنترلر

چون ولتاژ ورودی اینورتر و بانک باتری 24 ولت است باید ولتاژ شارژ کنترلر هم 24 ولت باشد. جریان شارژ کنترلر هم از تقسیم انرژی کل پنلها تقسیم بر ولتاژ شارژ کنترلر محاسبه می شود:

1970/24=82 آمپر

پس به یک شارژ کنترلر حدودا 80 امپری نیاز است

توجه مهم:

محاسبات سیستم خورشیدی فوق بصورت سرانگشتی و حدودی بوده اما قابل اعتماد است. در محاسبه دقیق به اثر آلایندگی ها و دما بر پنل ها، اثر خطای سازنده و افت راندمان سالانه پنل ها، اثر راندمان باتری ها بر طراحی، اثر دمای بهره برداری از باتریها (دما در ظرفیت در دسترس خیلی تاثیر دارد)، اثر جریان شارژ و دشارژ باتری ها، محدودیت اضافه جریان راه اندازی، راندمان اینورتر، راندمان شارژ کنترلرهای pwm و mppt، دمای بهره برداری از پنل ها (دما روی توان تولیدی پنل ها خیلی تاثیر گذار است)، زمان شارژ و دشارژ (سرعت شارژ و دشارژ)، تعداد روزهای آفتابی بعد از روزهای ابری (فرصت شارژ کردن بانک باتری توسط شارژ کنترلر)، انواع باتری و ظرفیت دسترس در شرایط مختلف بهره برداری و … پرداخته نشده است.

شرکت هورمند نوین ورنا فعال در زمینه انرژی های تجدید پذیر و مجری نیروگاه های برق خورشیدی در ایران است.
همچنین شما عزیزان می توانید با مراجعه حضوری به دفتر فروش مجموعه و یا فروشگاه مجازی هورمند نوین ورنا انواع تجهیزات خورشیدی را با ضمانت عملکرد و ارسال سریع خریداری نمائید.
برای خرید محصولات با ما تماس بگیرید. و یا از طریق همین سایت، سفارش خود را ثبت نمایید.