انتخاب صفحه

برای سادگی بیشتر می توان یک نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه را همانند یک مخزن آب در نظر گرفت. این مخزن آب دارای ورودی و خروجی مشخص است. در هر روز مقدار مشخصی آب از ظرفیت این مخزن برداشته و مقدار مشخصی آب به منظور جایگزینی به مخزن ریخته می شود.
در سیستم خورشیدی باتری همانند مخزن آب، انرژی الکتریکی مصرفی همانند آب برداشته شده از مخزن و انرژی تولید شده توسط پنل خورشیدی همانند آب وروردی به مخزن آب است. در یک سیستم برق خورشیدی باتری ها وظیفه ذخیره سازی انرژی مصرفی را بر عهده دارند. پنل خورشیدی در تمامی ساعت شبانه روز قادر به تولید انرژی الکتریکی نبوده و صرفا فقط در ساعات خاصی انرژی الکتریکی را تولید می کند. به منظور ذخیره سازی این انرژی و استفاده از آن در تمامی ساعت از باتری ها استفاده می شود.

پنل خورشیدی در ساعات آفتابی روز، باتری ها را شارژ می کند و کنترل فرایند شارژ توسط شارژکنترلر صورت می گیرد. مصرف کننده ها نیز به کمک اینورتر که برق ذخیره شده در باتری را به برق مشابه برق شهر تبدیل می کند، انرژی الکتریکی را از باتری دریافت و مصرف می کنند. حال ممکن است برخی از تجهیزات الکتریکی دارای ورودی جریان مستقیم باشند که در این صورت بدون اینورتر و به صورت مستقیم به باتری ها متصل می شوند.

به منظور طراحی یک نیروگاه برق خورشیدی بهتر است مراحل زیر را به ترتیب طی نمود:

  • تخمین نسبتا دقیق از میزان انرژی مصرفی روزانه
  • طراحی ظرفیت باتری ها متناسب با انرژی مصرفی روزانه
  • طراحی شارژکنترلر به منظور شارژ بهینه باتری ها
  • طراحی پنل خورشیدی به منظور شارژ باتری و متناسب با باتری و شارژر
  • تخمین توان مصرفی سیستم و طراحی اینورتر
  • طراحی قسمت حفاظتی و تخمین سایر تجهیزات

بهتر است مراحل فوق به ترتیب و دقیق طی شود. اشتباه در هر قسمت ممکن است تاثیر بسیاری بر روی سایر قسمت ها بگذارد. به همین منظور در ادامه قصد داریم به تک تک مراحل به صورت جزئی بپردازیم.

 

مرحله اول – تخمین میزان انرژی الکتریکی مصرفی

به منظور طراحی باتری ها که مخزن انرژی مصرفی هستند باید در مرحله اول از طراحی نیروگاه خورشیدی به سراغ تخمین میزان انرژی الکتریکی مصرفی در طول یک شبانه روز بپردازیم. هر وسیله الکتریکی دارای یک مشخصه توان الکتریکی است که متناسب با این پارامتر در طول یک شبانه روز انرژی مصرف می کند.
به طور مثال یک مصرف کننده الکتریکی با توان الکتریکی ۱۰۰ وات در هر ساعت ۱۰۰ وات ساعت انرژی الکتریکی مصرف می کند. واحد انرژی الکتریکی از این پس ( وات – ساعت ) در نظر گرفته می شود و انرژی مصرفی از حاصل ضرب توان در تعداد ساعت عملکرد وسیله الکتریکی در طول یک روز به دست می آید.
با جمع انرژی مصرفی تمامی وسایل الکتریکی در طول یک شبانه روز مقدار ظرفیت انرژی مصرفی به دست می آید که می توان با خیال راحت بر مبنای آن در مرحله بعد ظرفیت باتری را محاسبه نمود.

مثال – در یک واحد ویلایی از ۲۰ عدد لامپ ۱۲ وات به مدت ۸ ساعت در شبانه روز استفاده می شود. میزان انرژی مصرفی این ویلا در طول شبانه روز چقدر است؟

برای شروع میزان انرژی مصرفی هر لامپ را محاسبه می کنیم. مطابق صورت مسئله هر لامپ دارای ۱۲ وات توان است که در طول ۸ ساعت ۹۶ وات ساعت انرژی الکتریکی مصرف می کند. پس ۲۰ عدد لامپ روی هم ۱۹۲۰ وات ساعت انرژی مصرف خواهند کرد. برای سادگی بیشتر می توان ۱۹۲۰ را بر ۱۰۰۰ تقسیم و میزان انرژی مصرفی را ۱.۹۲ کیلووات ساعت برآورد کرد.

به دلیل اینکه تمامی مصرف کننده ها دارای توان مشخص نیستند بهتر است به طور کلی با انرژی مصرفی هر وسیله تا حدی آشنایی داشته باشیم. به همین منظور در جدول ضمیمه ۱ لیست توان مصرفی و انرژی مصرفی وسایل الکتریکی پر کاربرد آورده شده است.

مثال – یک واحد نگهبانی شامل تجهیزاتی مانند یخچال ۱۲ فوت، ۴ عدد لامپ ۱۰۰ وات و یک عدد تلویزیون ۲۱ اینچ است. انرژی مصرفی این واحد نگهبانی را محاسبه و در مرحله بعد ظرفیت باتری را محاسبه نمایید.

بر اساس صورت طراحی و مطابق با جدول مصرف انرژی الکتریکی تجهیزات، میزان انرژی مصرفی هر کدام از تجهیزات به صورت زیر است.
یخچال ۱۲ فوت به طور معمول دارای یک کمپرسور ۱۲۰ وات است که درصورت استفاده معمول از آن کمپرسور در طول ۲۴ ساعت شبانه روز فقط ۱۰ ساعت روشن است. بنابر این حاصل ضرب ۱۰ ساعت در ۱۲۰ وات کمپرسور می شود ۱۲۰۰ وات ساعت یا ۱.۲ کیلووات ساعت. میزان انرژی مصرفی این یخچال در طول ۲۴ ساعت شبانه روز برابر با ۱۲۰۰ وات ساعت است.
لامپ ها نیز هر کدام دارای توان ۱۰۰ وات است که بهتر است به جای استفاده از لامپ رشته ای ۱۰۰ وات معادل آن لامپ ۱۵ وات LED استفاده نمایید. ۴ عدد لامپ ۱۵ ولت در مجموع ۶۰ وات است که به طور متوسط در طول شبانه روز ۵ ساعت روشن است. ممکن است یکی از لامپ ها در فضای اصلی ساختمان باشد و در طول شبانه روز ۱۰ ساعت روشن باشد و لامپ دیگر در سرویس بهداشتی و در طول شبانه روز فقط ۱ ساعت روشن باشد. متوسط مصرف تمامی لامپ ها را ۵ ساعت در نظر می گیریم. حاصل ضرب ۵ ساعت در ۶۰ وات ۳۰۰ وات ساعت معادل انرژی مصرفی لامپ ها است.

تلویزیون نیز دارای توان ۱۲۰ وات و به طور متوسط کارکرد آن را ۴ ساعت در نظر می گیریم. انرژی مصرفی تلویزیون ۴۸۰ وات ساعت در طول شبانه روز است.

یخچال: ۱۲۰۰ وات ساعت
تلویزیون: ۴۸۰ وات ساعت
لامپ ها: ۳۰۰ وات ساعت
در مجموع: ۱۹۸۰ وات ساعت یا به صورت تقریبی ۲۰۰۰ وات ساعت یا ۲ کیلووات ساعت