طراحی سیستم خورشیدی آفگرید؛ محاسبه، انتخاب تجهیزات و معرفی منبع آموزشی

برای طراحی یک سیستم خورشیدی آفگرید (منفصل از شبکه)، نخست باید میزان مصرف انرژی وسایل برقی را به‌طور دقیق محاسبه کرد. پس از آن، با توجه به نیاز مصرفی می‌توان توان و تعداد پنل خورشیدی، نوع شارژ کنترلر، ظرفیت باتری خورشیدی، مشخصات اینورتر، وسایل حفاظتی و نوع و متراژ کابل‌ها را انتخاب نمود.

نیروگاه خورشیدی آفگرید، مجموعه‌ای از تجهیزات است که با جذب انرژی خورشید (نور خورشید)، آن را به برق تبدیل می‌کند. این نوع نیروگاه به شبکه سراسری برق متصل نیست و برای مکان‌هایی کاربرد دارد که یا دسترسی به برق شهری ندارند یا هزینه برق‌رسانی در آن مناطق بالا است.

کاربردهای معمول نیروگاه خورشیدی آفگرید عبارت‌اند از:

• منازل مسکونی دور از شبکه برق

• باغات، دامداری‌ها و خانه‌های ییلاقی

• پمپ‌های آب کشاورزی و سیستم‌های آبیاری

• چراغ‌ها و هشدارهای جاده‌ای

• سایت‌های مخابراتی و تأسیسات نظامی

• تفرجگاه‌ها، روستاهای دورافتاده، عشایر و پکیج‌های مسافرتی

معرفی کتاب جامع طراحی نیروگاه خورشیدی آفگرید

پیش از ورود به مباحث محاسبه و طراحی سیستم خورشیدی، کتاب "طراحی نیروگاه خورشیدی آفگرید (OFF-GRID)" به‌عنوان اولین و کامل‌ترین مرجع فارسی در این حوزه، پیشنهاد می‌شود. این کتاب منبعی جامع برای یادگیری طراحی، محاسبه و انتخاب فنی‌-اقتصادی تجهیزات مورد استفاده در نیروگاه‌های خورشیدی منفصل از شبکه است.

در این کتاب، تمامی تجهیزات سیستم خورشیدی مانند پنل خورشیدی، باتری، اینورتر و شارژکنترلر به‌همراه عملکرد، کاربرد و نکات مهم انتخاب آن‌ها تشریح شده‌اند. همچنین، تأثیر انتخاب مناسب تجهیزات بر راندمان، طول عمر و بازدهی اقتصادی سیستم خورشیدی به‌تفصیل بررسی شده است.

ویژگی‌های کتاب طراحی سیستم خورشیدی آفگرید

• بیان ساده و کاربردی فرمول‌ها و محاسبات، مناسب برای افراد غیرمتخصص و علاقمندان عمومی

• تعریف و تفسیر کامل اصطلاحات و پارامترهای فنی در سیستم‌های خورشیدی

• ارائه جدول مصرف برق وسایل مختلف خانگی، صنعتی، کشاورزی و اداری

• فصل ویژه و کاملاً کاربردی برای پمپ‌های آب خورشیدی

• آموزش گام‌به‌گام طراحی و انتخاب تجهیزات در پروژه‌های واقعی

این کتاب در بیش از ۱۶۰ صفحه آموزش تخصصی به‌صورت فایل PDF منتشر شده و مرجعی معتبر برای مشاوران، پیمانکاران، دانشجویان و صاحبان کسب‌وکار حوزه انرژی‌های تجدیدپذیر به‌شمار می‌رود.

خرید نسخه الکترونیکی کتاب

برای دریافت فایل الکترونیکی (PDF) این کتاب ارزشمند، از طریق لینک زیر اقدام نمایید:

[لینک خرید فایل کتاب طراحی سیستم خورشیدی آفگرید]

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.

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. (برای مشاهده ضریب تابش در نقاط مختلف ایران کلیک کنید).

 بدترین شرایط وقتی است که باتریها کاملا دشارژ شده باشند و پنل های خورشیدی بخواهند همزمان هم بار مصرفی روزانه را تامین کنند و هم باتریها 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 اید.

 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 فوق بصوت 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 باتریها، 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.

 

برای محاسبه کاملا دقیق سیستم های خورشیدی و بررسی اثرات پارامترهای مختلف در طراحی می توانید کتاب"طراحی نیروگاه خورشیدی آفگرید OFF-GRID (تامین کل برق مصرفی از خورشید بدون نیاز به شبکه برق) را به شما معرفی کنیم. این کتاب اولین و کامتلرین مرجع طراحی، محاسبه و انتخاب فنی-اقتصادی تجهیزات نیروگاه‌های خورشیدی است فهرست و موضوعات ارائه شده در کتاب در زیر قابل مشاهده است. برای خرید فایل الکترونیکی کتاب (pdf) در بیش از ۱۶۰ صفحه از لینک زیر اقدام نمایید:

[لینک خرید فایل کتاب طراحی سیستم خورشیدی آفگرید]