امروزه در ایران یکی از کاربردی ترین و حیاتی ترین تجهیزات یک سازمان یا واحد مسکونی، نیروگاه خورشیدی مستقل از شبکه است زیرا می توان با استفاده از این زیرساخت، برق اضطراری تجهیزات مهم را در زمان های قطعی برق تامین نمود. این تجهیزات می توانند بدون پنل خورشیدی برای قطعی های کوتاه مدت و یا با پنل خورشیدی برای قطعی های بلند مدت، تجهیزات پر مصرف یا حتی تجهیزات حساس طراحی شوند و قدم اول طراحی تشکیل پروفایل بار است. همچنین نکات حیاتی در زمینه طراحی وجود دارد که در این نوشته سعی کردیم به برخی از این نکات بپردازیم، پس در ادامه با سولارنیرو همراه باشید.
تشکیل پروفایل بار
هر سازمان و هر واحدی و یا هر مجموعه الکتریکی دارای نمودار و پروفایل الکتریکال مصرفی مربوط به خودش است. برای مثال یک رک سرور به صورت 24 ساعت می تواند با یک توان الکتریکی نسبتا ثابتی، انرژی الکتریکی مصرف کند و یا یک آسانسور سه فاز دارای توانی در حدود 7 تا 10 کیلووات است که تنها در زمانی که از آن استفاده می شود از شبکه برق انرژی الکتریکی دریافت می کند. بنابر این قدم اول در طراحی هر نیروگاه خورشیدی آفگریدی، تشکیل پروفایل بار برای آن مجموعه الکتریکی مد نظر است.
بهتر است برای تشکیل این پروفایل به دو ستون توان مصرفی و مدت زمان مصرف توجه ویژه ای شود. به همین دلیل توصیه می شود، مقدار جریان مصرفی را به صورت واقعی و با استفاده از مولتی متر در خود محل اندازه گیری کنید و صرفا به کاتالوگ بسنده نکنید. برای مثال ممکن است یک پمپ آب 1 اسب بخاری توانی معادل 2 یا 3 اسب بخار انرژی الکتریکی مصرف کند. این توان ممکن است توان راه انداز و در برخی موارد به دلیل مستهلک شدن موتور الکتریکی، توان مصرفی بالاتر رفته باشد.
همچنین برخی تجهیزات اینورتری مثل کمپرسور کولر گازی یا موتور آسانسور، در لحظه راه اندازی و برخی شرایط کاری، مصرفی بسیار کمتر از توان نامی داشته باشند که بهتر است در بدترین شرایط مقدار توان الکتریکی مصرفی اندازه گیری شود. به عنوان مثال در آسانسور، توان مصرفی موتور در برخی از اینورتر های VFD زمانی که کابین به سمت پایین می رود بیشتر از زمانی باشد که کابین آسانسور به سمت بالا حرکت می کند و در برخی موارد برعکس این مورد است.
تشکیل پروفایل بار درست، تضمین می کند که نیروگاه خورشیدی اجرا شده همانند طراحی روی کاغذ عمل کند و مشتری کاملا از عملکرد سیستم راضی باشد.
حداکثر زمان سوییچینگ یا Transfer Switch Time
بسیاری از سیستم های برق اضطراری خورشیدی در حالت عادی و وصل بودن برق شهر، برق شهر را به صورت بای پس در خروجی منتقل می کنند و تنها در زمانی که برق شهر قطع می شود، پنل خورشیدی یا باتری در مدار فعال می شود. تمامی سانورتر ها و اینورتر ها دارای یک زمان سوییچ در بازه 10 تا 30 میلی ثانیه هستند و توصیه می شود برای بارهای حساسی مثل سرور که نباید حتی یک لحظه خاموشی داشته باشند از اینورتر هایی با زمان سوییچینگ پایین استفاده شود و یا یک UPS کم ظرفیت در پایین دست اینورتر خورشیدی استفاده شود. از طرفی می توان سیستم را طوری طراحی نمود که در حالت عادل پنل خورشیدی و باتری برق خروجی را تامین نمایند و تنها در زمان نیاز از برق شهر برای شارژ باتری استفاده شود که در این حال نیروگاه برق خورشیدی همانند یک UPS آنلاین عمل می کند. برای مثال در سانورتر های گرووات، مد SBU دقیقا به همین صورت عمل می کند و شما می توانید حد شارژ و دشارژ باتری را توسط دو پارامتر B to AC و AC to B تنظیم نمایید.
توزیع بار در برق سه فاز
گاهی سیم کشی ساختمان طوری طراحی شده که باید نیروگاه خورشیدی به صورت سه فاز طراحی شود. در این شرایط شما می توانید در ساده ترین حالت از کلید گردان و کنتاکتور برای تبدیل سیستم سه فاز به تکفاز اقدام نمایید اما در بسیاری از شرایط، مصرف کننده های سه فاز مانند آسانسور این امکان را به طراح نمی دهد. به همین منظور می توانید از یک سانورتر سه فاز یا سه اینورتر تکفاز استفاده نمایید که در این وضعیت باید به یک نکته حیاتی توجه کنید. به عنوان مثال شما از یک سانورتر 15 کیلووات سه فاز استفاده می کنید. در این حالت درست است که توان سانورتر 15 کیلووات است اما هر فاز حداکثر می تواند 5 کیلووات در لحظه در اختیار شما قرار دهد و برای بعضی از سانورتر ها ممکن است تا درصدی بیشتر نیز بتوانید از توان نامی مصرف کنید اما همچنان محدودیت پا برجا است. پس بهتر است حداکثر توان هر فاز را اندازه گیری و سانورتر را مطابق آن انتخاب نمایید.
حداکثر توان خروجی باتری لیتیوم
یک نکته بسیار مهم در طراحی حداکثر توان خروجی سیستم برق خورشیدی، حداکثر توان خروجی باتری لیتیوم است. در دیتاشیت تمامی باتری های لیتیوم، حداکثر جریان شارژ و دشارژ مشخص شده است. به عنوان مثال باتری 5 کیلووات ساعت لیتیوم برند یونی وات در دو مدل طرح قدیم و جدید به بازار عرضه می شود که در طرح قدیم حداکثر جریان دشارژ 50 آمپر و در طرح جدید حداکثر جریان دشارژ 100 آمپر در نظر گرفته شده که مطابق همین اعداد، باتری 5 کیلووات ساعت Uniwatt طرح قدیم می تواند حداکثر 2.5 کیلووات توان الکتریکی در لحظه در اختیار مصرف کننده قرار دهد که اگر شما از یک سانورتر 6 کیلووات تکفاز برند گرووات استفاده کنید و توان مصرفی بیش از 2.5 کیلووات شود، در زمان قطعی برق شهر و نبود پنل خورشیدی باتری و سانورتر با خطا رو به رو خواهند شد. این مشکل در باتری های ظرفیت بالا مانند 15 کیلووات ساعت، بیشتر نمایان خواهد شد.
طراحی نیروگاه خورشیدی مستقل از شبکه بدون باتری
باتری، گرون ترین تجهیز یک نیروگاه خورشیدی است و بسیاری از طراحان برای کاهش هزینه تمام شده یک نیروگاه خورشیدی به سراغ سیستم های بدون باتری یا با باتری کمتر روی می آورند که از بزرگترین مشکلات این سیستم ها می توان به ناپایداری توان خروجی اشاره کرد. فرض کنید در یک نیروگاه خورشیدی مستقل از شبکه، پس از قطع برق تنها پنل خورشیدی به عنوان تامین کننده توان خروجی در نظر گرفته شده است. دو مشکل بزرگ در این طراحی وجود دارد. یک زمانی که هوا ابری می شود و یا یک پرنده یا آشغال روی سطح پنل قرار می گیرد، توان خروجی مقدار محسوسی کاهش می یابد و ممکن است سیستم با خطا رو به رو شود. حالت دوم و مهم تر برای بارهایی است که در کسری از ثانیه فعال می شوند همانند توان راه انداز موتورهای الکتریکی که باید به این نکته توجه داشت که یک پنل خورشیدی دارای تاخیر قابل توجهی در تامین توان مصرف کننده است و این کاملا به ذات پنل خورشیدی بستگی دارد. فرض کنید 5 کیلووات پنل خورشیدی نصب کرده اید و شرایط آب و هوایی ایده آل است. اگر یک موتور الکتریکی 2 کیلووات را روشن کنیم و برای سیستم هیچ باتری یا برق شهری در نظر نگرفته باشیم، به دلیل کندی پنل خورشیدی در تامین توان مصرفی ممکن است سیستم با خطا رو به رو شود و علارقم اینکه توان پنل خورشیدی مناسب راه اندازی موتور الکتریکی است، این امکان میسر نشود.
تفکیک مصارف روزکار
در برخی از سیستم های خانگی و صنعتی ممکن است مصرف کننده هایی به عنوان روزکار برای سیستم در نظر گرفته شده باشند تا تنها زمانی که پنل خورشیدی در مدار است، سیستم برق این مصرف کننده ها را تامین نماید. به عنوان مثال کولر گازی زمانی مورد استفاده قرار بگیرد که پنل خورشیدی کافی در سیستم داشته باشیم و در ساعاتی که برق شهر قطع است و پنل خورشیدی توان تامین بار را ندارد، از باتری برای تامین برق کولر ها استفاده نشود. برای این کار اپراتور باید حواسش به مصرف و تولید پنل خورشیدی در زمان قطعی برق باشد اما این روند ممکن است با خطا رو به رو شود. برای این کار می توانید از سیستم های کنترل بار استفاده کنید که یکی از بهترین انتخاب ها برای این کار استفاده از یک برد کنترلی است که با سانورتر به صورت لحظه ای در ارتباط باشد و دیتای لحظه ای سانورتر را مشاهده و متناسب با آن فرمان وصل کنتاکتور را صادر نماید. برای مثال در سانورتر های گرووات از پورت RS485 روی پرتکل ModBus می توان رجیستر های سانورتر را به صورت لحظه ای خواند و مقدار مصرف از باتری و تولید پنل خورشیدی را در حالت قطعی برق مشاهده نمود. در این وضعیت در صورتی که پنل خورشیدی توانایی تامین برق خروجی را در زمان قطعی برق نداشته باشد و باتری در حال تخلیه باشد، فرمان قطع وسایل برقی روزکار را صادر نماید.
در این نوشته سعی کردیم به بررسی برخی از نکات مهم در طراحی نیروگاه برق خورشیدی مستقل از شبکه بپردازیم. در صورتی که تمایل به مطالعه مطالبی از این دست در حوزه برق خورشیدی دارید می توانید به مجله آموزش برق خورشیدی سولارنیرو مراجعه نمایید.
