طراحی سیستم برق خورشیدی

 

طراحی سیستم برق خورشیدی

 

طراحی سیستم برق خورشیدی هم مثل سایر پروژه ها بوده و قبل از آغاز به کار باید مشخص کرد که هدف نهایی از انجام آن دستیابی به چه منظور و مقصودی است و از قضا، معین نمودن هدف، قسمت عمده ای از این مرحله را در بر می گیرد. در صورتی که این موضوع را دست کم گرفته و به دلیل بی دقتی، مرتکب اشتباه شوید، در نهایت با سیستمی مواجه می گردید که آنچه را که از آن انتظار دارید، برآورده نمی سازد.

همیشه بهتر است در ابتدای کار، هدف موردنظر را تا حد امکان ساده در نظر گرفت. یکی از قسمت هایی که در هنگام طراحی سیستم های برق خورشیدی باید مورد کند و کاو قرار گیرد، وسیله یا وسایلی است که باید به توسط برق تولیدی، تغذیه و راه اندازی گردند. ولتاژ کار اكثر سیستم های خورشیدی، پایین است، به جز سیستم های متصل به شبکه ، در بقیه حالت ها، این حق انتخاب وجود دارد که بتوان پاره ای از مدارها و وسایل را با برق DC و الباقی را از طریق یک اینورتر ، با برق AC تغذیه نمود (که خود موجب اضافه شدن یک وسیله دیگر به مدار و پایین آمدن بازده سیستم می گردد).

سازندگان و کارخانجات مختلف، بسیاری از تولیدات خود مثل: لامپ های روشنایی، یخچال، فر، قوری برقی، تستر، قهوه ساز، سشوار، جاروبرقی، رادیو، تلویزیون، تهویه مطبوع، ماشین ظرفشویی و لپ تاپ را به گونه ای عرضه می کنند که با برق های ۱۲ یا ۲۴ ولت DC هم عمل می کنند.

شماتیک-سیستم-ترکیبی-متصل-و-مستقل-از-شبکه

به دلیل رایج و همه گیر شدن سیستم های برق خورشیدی، بسیاری از تولیدکنندگان، محصولات خود از جمله: یخچال، فریزر و ماشین ظرفشویی را به صورت نمونه های کم مصرف هم به بازار عرضه کرده اند که مورد استقبال دارندگان سیستم های برق خورشیدی و توربین های بادی واقع شده اند. در کنار همه ی این ها باید توجه داشت که بسیاری از لوازم دستی و پرتابل مثل دستگاه های پخش MP3 و تلفن های همراه، علاوه بر امکان شارژ و عملکرد با برق شهر، با برق ۱۲ ولت DC هم کار می کنند.

  • اهداف و موارد استفاده از سیستم برق خورشیدی

در زیر به برخی از اهداف معمول و متداول اشاره شده است:

  • تأمین برق لازم برای ایجاد روشنایی و سیستم حفاظتی (دزدگیر) یک انباری یا اتاقک مجزا از ساختمان اصلی.
  • تأمین برق مورد نیاز برای روشنایی و همچنین استفاده از یک قوری برقی، رادیو و تعدادی ابزارهای برقی از جمله درل، فرز و غیره در یک کارگاه کوچک فاقد برق شبکه.
  • ایجاد برق کافی برای تأمین روشنایی و استفاده از یک یخچال و یک تلویزیون در یک کاروان مسافرتی.
  • فراهم سازی برق مورد نیاز برای تأمین روشنایی و راه اندازی چهار لپ تاپ و سیستم تلفن یک شرکت، در هنگام قطع برق شبکه.
  • تأمین برق مورد نیاز برای شارژ کردن باتری یک دوچرخه یا موتور سیکلت برقی.
  • تأمین کل برق مورد نیاز و در حد متعارف یک خانه ی ییلاقی فاقد برق شبکه.
  • تأمین برق ساختمان یا مجموعه متصل به برق شبکه و تزریق برق مازاد تولیدی به شبکه
  • احداث نیروگاه خورشیدی

 با مشخص شدن هدف می توان با یک تقریب قابل قبول و حساب سرانگشتی، به میزان توان موردنیاز دست پیدا کرد.

هرچند که برای بهره گیری از آن، باز هم نیاز به جمع آوری یک سری اطلاعات پایه ای خواهید داشت. این دستورالعمل، توانایی های یک پروژه کامل شده را به نمایش گذاشته و کاربر را در راه مشخص ساختن هزینه های تقریبی آن، یاری می بخشد.

 

انرژی-سولار

 

  • روند کلی طراحی سیستم برق خورشیدی یا فتوولتائیک

اصول طراحی در سیستم برق خورشیدی یا فتوولتائیک متصل به شبکه و مستقل از شبکه با هم یکسان است؛ تفاوت آن ها در این است که سیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه در محل هایی مورد بهره برداری قرار می گیرند که دسترسی به شبکه اصلی برق موجود است و بارهای متصل به این سیستم ها، می توانند از طریق شبکه برق هم تغذیه شوند و امکان ارسال توان به شبکه برق از طریق این سیستم ها وجود دارد . اما سیستم های فتوولتائیک مستقل از شبکه باید به تنهایی تمام بار مصرفی محلی را تأمین کنند.

 

روند-کلی-طراحی-یک-سیستم-فتوولتائیک
                                     روند کلی طراحی یک سیستم فتوولتائیک

 

الیکا-الکتریک

 

طراحی سیستم برق خورشیدی (فتوولتائیک) مستقل از شبکه

 

در این حالت ظرفیت باید به گونه ای طراحی و در نظر گرفته شود که همه بار مصرفی را تأمین کند. هم چنین معمولاً در همه حالات سیستم ذخیره ساز باتری در کنار آرایه های فتوولتائیک وجود دارد که این موضوع روش طراحی را تغییرمی دهد. بدین گونه که درصدی از بار توسط ماژول های فتوولتائیک و باقی آن توسط باتری تأمین شود و یا اینکه ماژول های فتوولتائیک ظرفیت تأمین همه بار مصرفی را داشته و باتری به عنوان یک منبع رزرو در شرایط اضطراری استفاده شود . بنابراین می توان گفت که برای طراحی سیستم های فتوولتائیک روش، اهداف و روندهای مختلفی درنظر گرفت که همه ی آن ها در اصول یکسانند و فقط در جزئیاتی مانند : مقدار توان تولیدی سیستم فتوولتائیک، وجود یا عدم وجود باتری، ظرفیت باتری و … تفاوت دارند.

 

الیکا الکتریک

 

طراحی سیستم برق خورشیدی (فتوولتائیک) متصل به شبکه

  به منظور طراحی سیستم برق خورشیدی یا فتوولتائیک متصل به شبکه باید تعیین کنیم که می خواهیم تمام بار مصرفی محلی و یا بخشی از آن را توسط سیستم فتوولتائیک تأمین کنیم و هم چنین وجود یا عدم وجود باتری در کنار سیستم فتوولتائیک را مشخص کنیم.

اگر هدف تأمین تمامی بار مصرفی باشد:

   در این حالت ظرفیت سیستم فتوولتائیک باید به گونه ای باشد که قادر به تأمین بار مصرفی باشد. در این حالت اگرتولید سیستم فتوولتائیک بیشتر از مقدار بار مصرفی باشد می تواند مازاد تولید را به شبکه تزریق کند.

 اگر هدف تأمین بخشی از بار مصرفی باشد:

   در این حالت باید ظرفیت سیستم فتوولتائیک طوری طراحی شود که اگر شبکه سراسری قطع شد، سیستم فتوولتائیک بتواند به تنهایی حداقل بارهای مهم و ضروری غیر قابل قطع را تأمین نماید.

 

 
  • معیار طراحی سیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه

معیارهای-کلی-طراحی-سیستم-فتوولتائیک متصل-به-شبکه
                                               معیارهای کلی طراحی سیستم فتوولتائیک متصل به شبکه

 

 

دیاگرام طراحی سیستم فتوولتائیک به منظور تأمین مصرف انرژی سالانه 

 

دیاگرام-طراحی-سیستم-فتولتائیک-بر-اساس-مصرف-انرژی-سالانه

در این گونه طراحی مهم ترین گام تعیین اندازه آرایه هاست، که در آن باید به شرایط زیر توجه نمود:

  • بازده مبدل
  • تلفات سیستم برای مثال : میزان تلفات در کابل ها
  • میزان تابش خورشید در زاویه تابشی و جهت گیری مورد نظر
  • خطاهای تلورانس های شرکت سازنده ماژولها
  • اثرات دما
  • اثر آلودگی بر ماژول ها

عواملی را که برروی خروجی سیستم فتوولتائیک تاثیر می گذارند عبارتند از: خطای خروجی سازنده، اثر آلودگی و گرد و خاک و اثر دما.

 

  • محاسبه کمترین تعداد براي آرایه هاي فتوولتائیک 

تعداد ماژول های مورد نیاز در آرایه فتوولتائیک از تقسیم پیک توان مورد نیاز بر میزان توان تولیدی هر ماژول بدست می آید .

  • تعیین آرایش نهایی آرایه هاي فتوولتائیک 

آرایه باید با محدوده مجاز ولتاژ مبدل یا در واقع اینورتر تطابق داشته باشد و بنابراین، آرایش نهایی آرایه به اینورتر انتخابی و محدوده مجاز ولتاژ عملکرد آن بستگی دارد.

  • تطبیق دادن آرایه با محدوده ولتاژ اینورتر

 

 

طراحی سیستم فتوولتائیک با توجه به میزان فضای موجود : 

طراحی-سیستم-فتوولتائیک-با-توجه-به-میزان-فضای-موجود
                        دیاگرام طراحی سیستم فتوولتائیک با توجه به میزان فضای موجود

 

۱) اندازه گیری مساحت فضای موجود برای نصب آرایه فتوولتائیک با در نظر گرفتن در حد امکان کمترین سایه موجود در طول شبانه روز

۲) تعیین بیشترین تعداد ایده آل ماژول هایی که در مساحت مورد نظر جا می گیرند.

نکته: بیشترین تعداد ماژول هایی که می توان نصب کرد مطابق رابطه زیر است:

رابطه-تعداد-ماژول-فتوولتائیک-قابل-نصب-در-محیط

 N: حداکثر تعداد ماژول قابل نصب در محیط

A: مساحت موجود در سقف یا مکان دیگر مورد نظر

b: مساحت مؤثر هر ماژول

۳) تعیین بیشترین تعداد ماژولهایی که میتوان در محل نصب کرد.

با توجه به شکل مستطیلی و دو بعدی هر ماژول، نصب ماژول ها در

راستای طول و یا عرض امکان پذیر است. در هر فضایی، باید نصب ماژول ها در دو راستا بررسی گردد تا بتوان بیشترین تعداد واقعی ماژول ها را تعیین کرد.

 

۴) تعیین آرایش نهایی رشته آرایه وابسته به ظرفیت اینورتر و در نتیجه تعیین تعداد ماژول هایی که بر سقف نصب خواهند شد.

تعداد رشته های موازی با انتخاب اینورتر و تعیین تعداد ماژول های مجاز در هر رشته، محاسبه می شود.

 

۵) تعیین میزان خروجی آرایه های فتوولتائیک یا همان متوسط انرژی خروجی روزانه از سیستم فتوولتائیک که به عواملی مانند توان ماژول، دما، میزان تابش خورشید، تعداد ماژول، آلودگی و … بستگی دارد.

۶) تعیین میزان انرژی تحویلی از سامانه فتوولتائیک که برابر است با حاصل ضرب میزان متوسط انرژی خروجی روزانه از سیستم فتوولتائیک

 


بیشتر بخوانید:

اینورتر خورشیدی چه کاربردی دارد ؟

سیم کشی سیستم برق خورشیدی

ساختار سلول و پنل خورشیدی


 

  • برق اضطراری در سیستم خورشیدی

برخی از کنترل کننده ها به یک قابلیت ویژه مجهزند. در این صورت هنگامی که ولتاژ باتری ها از حد مناسب و از پیش تعریف شده ای پایین تر افتاده و سلول خورشیدی از توان قابل قبولی برای جواب گویی به نیازهای مصرف کننده ها برخوردار نباشد، ویژگی مزبور باعث روشن شدن یک ژنراتور برق اضطراری و اتصال آن به مدار می گردد.

بهره گیری از این قابلیت برای مکان هایی که برقشان به هیچ عنوان نباید دچار قطعی شود و همچنین در مؤسسات یا کارگاه هایی که کمبود برق در مواجهه با اتصال مصرف کننده های پیش بینی نشده به خط، مطلقاً پذیرفتنی نیست، بسیار مفید است.

از آن جایی که ژنراتورهای معمول و متداول، با مسائل زیست محیطی خیلی سازگاری ندارند، اخيراً استفاده از نمونه های بیودیزل یا بیواتانول رواج یافته است.

البته جایگزین مناسب تر که از نقطه نظر زیست محیطی هم هیچ اشکالی ندارد، بهره گیری از پیل سوختی به جای ژنراتور است. بهترین نمونۀ این پیل ها از بيومتانول یا روی استفاده کرده و تنها مواد و عناصر منتشر شده یا به جا مانده از فعل و انفعال آن ها، آب و اکسیژن است.

 

تفاوت سیستم های متصل و متکی به شبکه و برق اضطراری خورشیدی

معمولاً در هنگام طراحی سیستم های خورشیدی، سیستم های متصل و متکی به شبکه و برق اضطراری خورشیدی مورد بی مهری واقع شده و نادیده گرفته می شوند. هر دوی این سیستم ها، علاوه بر تأمین برق AC مورد نیاز ساختمان، برق عادی شبکه را هم حفظ کرده و از این مزیت بهره می جویند که در صورت قطع برق شبکه، مدارات داخلی ساختمان با مشکل روبه رو نشده و همچنان، توان مورد نیاز خود را دریافت می کنند.

در مورد سیستم های کم توان و کوچکتر، هزینۀ تعبیۀ یک سیستم خورشیدی ذخیره با مخارج نصب یک ژنراتور مولد برق اضطراری و یک یا چند UPS، قابل رقابت بوده و اقتصادی است. به علاوه نصب و در نظر گرفتن این مولدهای اضطراری خورشیدی این حسن را دارند که به صورت مداوم مشغول تولید برق بوده و ضمن ایجاد یک منبع مولد برق پشتیبان، از میزان قبض های ماهیانۀ برق هم می کاهند.

 

نکته:

تفاوت دو سیستم اشاره شدۀ بالا در چیدمان و ترکیب بندی آن ها است.

در یک سیستم متصل و متکی به شبکه، از نظر زمانی، سیستم آن قدر به کار خود ادامه می دهد که باتری ها ضعیف شده و سپس مدارات داخلی را به برق شبکه متصل می سازد.

در حالی که در روش برق اضطراری خورشیدی، برق تولیدی خورشیدی فقط وقتی وارد مدار می شود که برق اصلی قطع شده باشد.

 

اکثر سیستم های پشتیبان و یا به عبارت ساده تر، برق اضطراری، به گونه ای طراحی می شوند که در صورت قطع برق شبکه، بتوانند انرژی الکتریکی محدودی را در یک دورۀ زمانی مشخص، مثلاً در حد یک شبانه روز یا کمتر، تأمین نمایند.

معمولاً یک سیستم پشتیبان باید توانایی تأمین برق مورد نیاز برای روشن کردن چند لامپ، فعال نگهداشتن سیستم گرمایشی ساختمان و توان لازم برای راه اندازی چند وسیلۀ برقی ضروری دیگر از جمله تلفن های بی سیم و … را داشته باشد.

در این جا هم مثل سایر طرح های خورشیدی، کار را باید با بررسی و ارزیابی پروژه آغاز نمود. به عنوان مثالی برای یک منبع پشتیبان می توان یک مرکز کوچک را در نظر گرفت و تصور کرد که در صورت مواجه شدن با یک قطع برق حداکثر یک روزه، منبع مزبور باید علاوه بر توانایی تأمین روشنایی لازم، از عهدۀ راه اندازی چهار کامپیوتر شخصی و همچنین فعال سازی موتور خانۀ حرارت مرکزی گازی شرکت نیز برآید.

البته باید توجه داشت در صورتی که در ساختمان یا مکان موردنظر تعدادی وسیله برقی پر وات مثل یخچال فریزرهای دو درب بزرگ وجود دارند، استفاده از انرژی خورشید به عنوان منبع پشتیبان، مقرون به صرفه و اقتصادی نخواهد بود.

نصب و اجرای هر سیستم پشتیبان به سیم کشی های جدیدی نیاز دارد. در این موارد معمولاً به یک تابلوی توزیع دوم (که تابلوی مصرف کننده یا فرعی نامیده می شود) احتیاج پیدا می کنید که اکثر مدارات اصلی و مهم موردنظر را شامل شده و بعد از تابلوی اصلی نصب می گردد.

در ادامه و برای این که حق انتخابی در گزینش برق شهر یا برق اضطراری داشته باشید، بین دو تابلوی اصلی و فرعی یاد شده، یک رلۀ AC یا کلید انتقال قرار می دهند تا حق انتخاب کاربر در گزینش منبع مولد برق موردنظر خود، محفوظ بماند.

چیدمان کلی یک سیستم متصل و متکی به شبکه

 

چیدمان کلی یک سیستم متصل و متکی به شبکه

 

به طوری که در دیاگرام شکل بالا مشاهده می شود، یک تابلوی فرعی که هم از طریق برق شبکه تغذیه شده و هم به برق خروجی AC خورشیدی متصل است، به مدارات موردنظر ارتباط می یابد.

 

سیستم-برق-خورشیدی-متصل-به-شبکه
                           سیستم برق خورشیدی متصل به شبکه

 

انتخاب ورودی از طریق یک کلید انتقال خودکار صورت می پذیرد. در صورتی که می خواهید این طرح را  به صورت یک سیستم متصل و متکی به شبکه آرایش کنید، کلید انتقال باید به گونه ای در مدار قرار گیرد. که با وجود برق خورشیدی، مدارها را از آن تغذیه نماید و به مجرد پائین افتادن ولتاژ باتری ها، مدار قبلی را قطع و مسیر لازم برای هدایت برق شبکه به مدارات داخلی ساختمان را فراهم سازد.

به این ترتیب یک سیستم پشتیبان ایجاد می گردد که در غیاب برق شبکه، به عنوان برق ذخیره عمل می کند هرچند که در صورت پر بودن باتری ها، با وجود برق شبکه هم می توان با استفاده از یک کلید انتقال دستی، از انرژی تولیدی سلول خورشیدی و برق ذخیره شده در باتری ها استفاده کرد.

 

نحوه قرارگیری کلید انتقال دستی در مدار برای انتخاب برق شبکه یا برق خورشیدی

 

نحوه قرارگیری کلید انتقال دستی در مدار برای انتخاب برق شبکه یا برق خورشیدی

 

در صورت تمایل به استفاده از روش دوم، یعنی برق اضطراری، کلید انتقال یاد شده به گونه ای سیم کشی می شود که با وجود برق شبکه، مصرف کننده ها توان لازم را از آن کسب نمایند و به محض وقفه یا قطع برق شبکه، برق تولیدی سیستم خورشیدی را وارد مدارها می سازد.

یکی از نکات مهمی که در این سیستم ها باید مدنظر داشت این است که وقتی کلید انتقال بین دو منبع موجود تغییر وضعیت می دهد، در یک زمان بسیار کوتاه، در حد ثانیه، برق رسانی به مصرف کننده ها،با وقفۀ کوتاهی روبرو می شود.

پیامد این عمل بر روی روشنایی لامپ ها اهمیت زیادی نداشته و تنها به چشمک زدن یا کم سو شدن لحظه ای آنها می انجامد ولی در بسیاری از مصرف کننده ها از جمله تلویزیون ها، دستگاه های پخش DVD و کامپیوترها، ممکن است منجر به قطع، پاک شدن حافظه و یا ریست شدن کامل آن ها گردد.

البته بسیاری از کلیدهای انتقال جدید و پیشرفته با چنان سرعتی عمل می کنند که اثری از آثار این مشکل به جا نمی ماند و دستگاه های متصل به مدار، به حالت عادی به کار خود ادامه می دهند. اگر با بهره گیری از این کلیدهای انتقال پیشرفته هم مشکل حل نشد، راه بهتر و مطمئن تر، استفاده از یک یا چند UPS کوچک در ورودی دستگاه های حساس است.

به هر حال یا باید از کلیدهای انتقال خودکار مجهز و پیشرفته استفاده کنید و یا یک نمونۀ دست ساز ساده و ارزان قیمت را به ابتکار خودتان طراحی کنید. برای این کار باید یک رلۀ دو پل دو راهه AC قوی (آمپر بالا) تهیه کرده و آن را به گونه ای در مدار قرار دهید که وقتی اینورتر فعال بوده و به تولید برق AC مشغول است، رله، برق تولیدی سلول خورشیدی را انتقال داده و هنگامی که اینورتر قطع می شود، با تغییر در وضعیت کنتاکت های رله، برق شبکه به مدارات داخلی ساختمان هدایت گردد.

 

طراحی سیستم برق خورشیدی متصل و متکی به شبکه

هرچند که در پاره ای از نقاط دنیا و به ویژه در برخی از نواحی مثل ایالت های جنوبی آمریکا و بعضی از کشورهای اروپایی مثل اسپانیا، آلمان و انگلیس، با یارانه و تعرفه های خاصی که از طرف دولت برای کاربران در نظر گرفته شده، آن ها را به سمت پیاده سازی طرح های خورشیدی متصل به شبکه تشویق می نمایند.

از لحاظ هدف گذاری پروژه، مراحل انجام کار تقریباً یکسان بوده و خیلی تفاوت نمی کند که یک سیستم متصل به شبکه را برگزینید یا یک نمونه متصل و متکی به شبکه را انتخاب کنید. تنها تفاوت بارز در این است که در صورت انتخاب سیستم های متصل به شبکه، نیازی به در نظر گرفتن بازده یا راندمان باتری ها نخواهد بود.

تفاوت عمده سیستم های متصل و متکی به شبکه با سایر روش ها در این است که در صورت داشتن آنها، در تأمین نیازهای الکتریکی همه وسایل و دستگاه های موجود و در حال کار، کاملاً به سیستم خورشیدی خود متکی نبوده و در صورتی که بیش از انرژی تولیدی، مصرف کنید، هیچگاه در تاریکی و بی برقی گرفتار نخواهید شد.

به عبارت دیگر به نظر می رسد که بهتر است در شروع کار، یکی از سیستم های کوچک متصل و متکی به شبکه را برگزیده و در صورتی که در آینده شرایط مساعدی فراهم شد، به تدریج آن را گسترش دهید.

با تمام این تفاصیل بهتر است به مسئلۀ تجزیه و تحلیل توان مورد نیاز، به چشم قسمتی از طرح نگاه کرد. حتی اگر تصمیم ندارید که همه توان مورد نیاز را از انرژی خورشیدی تأمین کنید، تجزیه و تحلیل توان، معیار مناسبی بوده و در صورتی که می خواهید با عرضه ی برق مازاد به شبکه، در حفظ محیط زیست هم سهیم باشید، این کار در تعیین اندازه های یک سیستم متصل به شبکه به شما کمک می کند.

 

اکثر سیستم های متصل به شبکه به گونه ای طراحی می شوند که برق تولیدی آنها در خلال تابستان بیش از حد موردنیاز بوده و میزان توان تولیدی در زمستان، کمتر از مقدار مصرف است.

هدف اصلی این است که توان متوسط و مورد نیاز یک دوره مشخص، مثلاً یک سال کامل تأمین گردد که در این صورت، توان تولیدی و مصرفی همه ماه ها با هم یکسان نبوده و با یکدیگر اختلاف خواهند داشت.

بسیاری از سازندگان و عرضه کنندگان سیستم های خورشیدی مدعی اند که با این اوصاف، سیستم نصب شدۀ شما یک نمونه حافظ و دوستدار محیط زیست خواهد بود چون در زمان هایی که با مازاد تولید روبه رو می شوید، آن را به شرکت های برق فروخته و در ساعاتی که با کمبود برق مواجه می گردید، نقصان مزبور را با خرید مجدد از آن ها جبران می نمایید.

اگر با نصب یک سیستم متصل به شبکه، به دنبال چنین مقاصدی هستید، هدف گذاری بسیار ساده می گردد. در این صورت کافی است قبض های برق یکساله ی گذشته را بررسی کرده و میزان برق مصرفی را به دست آورید.

در مرحلۀ بعد، برای محاسبۀ مصرف انرژی روزانه و اطمینان از این که سیستم مورد نظر شما قادر به تولید این مقدار متوسط سالیانه هست یا نه، کل میزان برق مصرفی سال گذشته را به تعداد روزهای سال تقسیم کنید.

از آن جایی که سیستم های متصل به شبکۀ دوستدار محیط زیست، در فصل زمستان، قادر به تولید برق کافی نیستند، بدیهی است که در مقایسه با سیستم های مستقل از شبکه، به پنل های خورشیدی بیشتری نیاز پیدا خواهید کرد.

 

نکاتی در مورد طراحی سیستم های متصل به شبکه

اگر تصمیم به طراحی و ساخت یک سیستم متصل به شبکه دارید، معمول این است که برای دستیابی به ولتاژهای بالاتر، چند پنل خورشیدی را به صورت سری به یکدیگر اتصال دهید.

علی رغم آن که با بالا رفتن ولتاژ DC، راندمان با بازده سیستم هم افزایش می یابد ولی در عین حال نباید از خطرات بالقوۀ این گونه ولتاژها غافل شد. با وجودی که ارقامی در حد ۶۰۰ ولت در آمریکای شمالی و ۱۰۰۰ ولت در اروپا، ولتاژهای معمول و متداولی محسوب می گردند، ولی نباید از نظر دور داشت که ولتاژهای یاد شده به سادگی قادر به آسیب رسانیدن و از پا در آوردن افراد در تماس با آن ها است.

از آنجایی که پنل ها دائماً در معرض تابش نور خورشید و طبیعتاً در حال تولید برق هستند، اگر در اثر ارتکاب یک اشتباه در هنگام نصب، یا آسیب های واردۀ ناشی از وجود حیوانات خانگی و غیر خانگی و یا اصولاً به دلیل خوردگی و فرسودگی های ناشی از گذشت زمان، در یکی از سیم های متصل کنندۀ پنل ها به هم، خراش، پارگی و یا هر مشکل مشابه ای رخ دهد، این اتفاق می تواند باعث ایجاد جرقه شده و عواقب و پیامدهای خطرناکی را به دنبال داشته باشد.

جرقه ای که در ولتاژهای بالا ایجاد می گردد باعث تولید گرمای فوق العاده زیادی شده و به راحتی قادر به ذوب کردن مواد مختلف و حتی فلزات بوده و در یک چشم بر هم زدن موجب شروع یک آتش سوزی می گردد.

اگر هدفتان طراحی و نصب یک سیستم برق خورشیدی کوچک متصل به شبکه باشد، عملاً با ولتاژهایی در حد ۴۸ ولت و پایین تر سر و کار خواهید داشت.

البته نباید فراموش کرد که در سیستم های بزرگتر مشابه که برای تأمین برق موردنیاز یک خانۀ بزرگ و یا رفع احتياجات الکتریکی یک واحد صنعتی طراحی می گردند، با توان های بالایی روبرو خواهید بود و چون با پایین بودن ولتاژ، شدت جریان جاری در سیم ها افزایش می یابد، استفاده از ولتاژهای اندک در این گونه طرح ها، عاقلانه نیست.

حد نهایی توان یک سلول خورشیدی با ولتاژ پایین، چیزی در حدود ۴ کیلووات است.

 

 

دستهبنديساختمانها از نظر بهرهگیري از انرژي خورشیدي

ساختمان ها از نظر شرایط بهره گیری از انرژی خورشیدی به دو گونه تقسیم می شوند:

– ساختمان های دارای امکان بهره گیری مناسب از انرژی خورشیدی

– ساختمان های دارای محدودیت بهره گیری از انرژی خورشیدی

ساختمانی که دارای نیاز غالب سرمایی نباشد، مساحت جدارهای نورگذر آن در جهت جنوب شرقی تا جنوب غربی بیش از یک نهم زیربنای مفید ساختمان باشد و هم چنین موانع تابش نور خورشید به ساختمان با زاویه ای کمتر از ۲۵ درجه نسبت به افق دیده شود، به عنوان ساختمانی که امکان بهره گیری مناسب از انرژی خورشیدی را دارد در نظر گرفته می شود.

به منظور بهره گیری ساختمان از انرژی خورشیدی جهت گیری ساختمان به سمت جنوب بسیار مؤثر است و پیوسته توصیه می شود.

منظور از جهت گیری مناسب این است که جهت بهره برداری بیشتر از انرژی تابشی خورشید در کوتاه ترین روز سال، جدارهای نورگذر جنوبی، از ۹ صبح تا ۳ بعدازظهر ، در معرض تابش خورشید قرار گیرند.

 

ولتاژ مناسب برای سیستم های خورشیدی کدام است؟

معمول ترین ولتاژهای مناسب برای استفاده در سیستم های برق خورشیدی «مستقل از شبکه» و «متصل و متکی به شبکه»، ۱۲، ۲۴ و یا ۴۸ ولت هستند.

اصولاً بهترین روش فعال سازی مدارهای الکتریکی، راه اندازی آنها با ولتاژهای بالاتر و به تبع آن، عبور جریان های پایین تر است. به همین علت، اگر شبکۀ برق سراسری را مدنظر قرار دهید ملاحظه می کنید ولتاژ برق تولیدی در نیروگاه ها را با استفاده از ترانس های غول پیکر تا مقادیر بسیار بالایی مثلاً چندین هزار ولت بالا برده و سپس با استفاده از کابل های قوی و دکل های عظیم الجثه، آن را به محل های مصرف، انتقال می دهند. تنها راه کم کردن افت توان در نقل و انتقالات طولانی، همین روش است.

در تصمیم گیری برای انتخاب ولتاژ کار سیستم، باید عامل دیگری که هزینه باشد را نیز وارد محاسبات و معادلات نمود. دستگاه هایی که با ولتاژهای ۱۲ یا ۲۴ ولت کار می کنند، بسیار فراوان تر و ارزان تر از نمونه هایی هستند که با ولتاژهای بالاتر، مثلاً ۴۸ ولت عمل می کنند.

به علت استقبال کمتر از نمونه های ۴۸ ولتی، بدیهی است که قیمت آنها شدیداً بیشتر از نمونه های ۱۲ یا ۲۴ ولتی خواهد بود.

در عمل، طراحی و راه اندازی سیستم های مستقل از شبکه با ولتاژهای بیش از ۴۸ ولت متداول و رایج نیست. علت این است که به دلیل تخصصی و کم مصرف شدن اینورترها و کنترل کننده هایی که با ولتاژهای بیش از ۴۸ ولت عمل می کنند، قیمت شان به طور تصاعدی و شدید افزایش می یابد.

در سیستم های متصل به شبکه، با سری کردن چندین پنل به هم می توان از ولتاژهای بسیار بالاتری سود جست. با یک گشت و گذار کوتاه در فروشگاه های عرضه کنندۀ ملزومات سیستم های برق خورشیدی، ملاحظه خواهید کرد که اینورترهای سیستم های متصل به شبکه در انواع و اقسام و ولتاژهای ۱۲ تا ۱۰۰۰ ولت هم در دسترس هستند.

در هر حال، ولتاژی که سیستم های برق خورشیدی متصل به شبکه با آن کار می کنند، به تعداد پنل های خورشیدی به کار رفته ، بستگی دارد.

 

نحوۀ انتخاب ولتاژ مناسب برای یک سیستم برق خورشیدی چگونه است؟

انتخاب ولتاژ به اندازۀ جریان تولیدی سلول خورشیدی و یا میزان جریانی که در آن واحد مورد استفاده قرار می دهید، بستگی پیدا می کند. دستیابی به شدت جریان های بالاتر، منوط به داشتن کنترل کننده های قوی تر و همچنین بهره گیری از کابل های قطورتر است.

در سیستم موردنظر ما، گذشته از سیم های مصرف شده در قسمت داخلی ساختمان، برق تولیدی سلول خورشیدی برای رسیدن به مقصد، باید از حدود ۱۲ متر کابل عبور کند.

نکتۀ فوق العاده مهم  و قابل ذکر آن است که جریان کشی بالا و زیاد از باتری ها، عمر مفید آنها را کاهش می دهد. معمولاً بر روی بدنۀ باتری ها به مشخصه ای از آن ها که «آمپر – ساعت»، باشد، اشاره می گردد.

در این صورت  اگر می خواهید از عمر مفید باتری کاسته نشود، در طراحی سیستم های خورشیدی تا حد امکان تلاش کنید که اندازه ی جریان کشیده شده از  باتری و همچنین مقدار جریان شارژ کنندۀ آن، از ۱۰٪ آمپر ساعت باتری تجاوز نکنند.

چون میزان جریان کشیده شده از باتری، یکی از پارامترهای دخیل در انتخاب صحیح آن است. در هنگام انتخاب ولتاژ ، بهتر است به جای یک نمونه ، دو یا چند ولتاژ مختلف مثلاً ۱۲ و ۲۴ ولت را در نظر گرفته و قبل از گزینش نهایی، شرایط و پیامدها و نقاط قوت و ضعف هر یک را بررسی و سبک سنگین نمود.

اگر تصمیم دارید که در نهایت، ولتاژ DC حاصله را به یک ولتاژ AC هم تراز با ولتاژ برق شهر مبدل سازید، توجه داشته باشید که توان مجاز اینورترهای ۱۲ ولتی، کمتر از نمونه های ۲۴ یا ۴۸ ولتی بوده و در این صورت، با بهره گیری از نمونه های ۱۲ ولتی، توان قابل حصول با محدودیت هایی همراه خواهد بود.

برای حل مشکل می توان با دو برابر کردن ولتاژ سیستم، جریان عبوری را به میزان نصف کاهش داد.

در مجموع، قاعدۀ سختی وجود ندارد که کاربر را در استفاده از یک ولتاژ خاص، ملزم به بهره گیری از یک جریان مشخص کند ولی معمولاً اگر در ادامۀ کار مشخص شود که برای انتقال جریان مورد نیاز، ناچار به بهره گیری از کابلی با قطر بیش از ۶ میلی متر هستید، بهتر است محاسبات را از نو انجام داده و این بار  ولتاژ را افزایش دهید. 

 

  • محاسبۀ قطر کابل

 برای محاسبه ی سطح مقطع کابل از رابطۀ زیر استفاده کنید:

فرمول محاسبه سطح مقطع کابل

در این رابطه:

L: طول کابل بر حسب متر

I: شدت جریان جاری در کابل بر حسب آمپر

V: ولتاژ انتخابی سیستم (۱۲ یا ۲۴ ولت)

CT: سطح مقطع کابل بر حسب میلیمترمربع

 

 

  • استفاده از جدول تبدیل اندازۀ کابل ها

برای تبدیل سطح مقطع کابل به شماره ی مشخصۀ AWG و همچنین اطلاع از قطر معادل بر حسب میلیمتر با اینچ می توان از جدول زیر استفاده نمود. با مراجعه و ملاحظۀ ارقام داده شده در این جدول به سرعت می توانید کابل مناسب را انتخاب نمایید.

 

جدول انتخاب کابل

 

 


بیشتر بخوانید:

انتخاب باتری مناسب برای سیستم خورشیدی

معرفی انواع سیستم های برق خورشیدی

عوامل موثر در راندمان سیستم خورشیدی

حفاظت و ایمنی در سیستم خورشیدی


 

  • کاهش هزینه در طراحی سیستم برق خورشیدی

برای بالا نگهداشتن بازده سیستم و کاهش هزینه ها تصمیم داریم تا حد امکان از وسایلی که با ولتاژهای پایین کار می کنند، استفاده کنیم. مهم ترین مزایای استفاده از دستگاه هایی که به جای ولتاژ بالای برق شهر ، با ولتاژهای خیلی پایین تر DC عمل می کنند، در دو عامل نهفته است : 

  • چون تبدیل برق DC با ولتاژ پایین تولیدی پنل ها به برق AC  با ولتاژ بالاي همسان با برق شبکه از طریق اینورتر، با قدری تلفات همراه است، در این حالت هیچ گونه کاهش یا افت بازدهی نخواهیم داشت.

 

سیستم-انرژی-خورشیدی-متصل-به-شبکه-استفاده-از-اینورتر

 

  • با توجه به آنکه بسیاری از وسایلی که از برق AC شهر تغذیه می شوند، آداپتور مجزایی دارند، که مجدداً برق AC موجود در پریزها را به برق DC با ولتاژ پایین مبدل می سازند، با یک کاهش مجدد بازده، روبرو نخواهیم شد.

بسیاری از وسایل خانگی از قبیل تلویزیون های کوچک و کم اینچ، سیستم های صوتی پرتابل و بازی های کامپیوتری و لپ تاپ ها، آداپتورهای جداگانه ای دارند که برق AC شهر را به برق DC با ولتاژ بسیار پایین تری مبدل می سازند. در این صورت اگر نتوانیم برق DC تولیدی پنل ها را مستقیماً به این گونه وسایل تغذیه کنیم، می توانیم آداپتورهای DC به DC مناسبی را تهیه کرده و آن ها را به صورت وسایل واسطی بین پریزها و دستگاه های موردنظر قرار دهیم.

مصارف-برق-خورشیدی-در-خانه

 

با همۀ این ها، انتخاب ولتاژهای پایین هم با مشکلات خاصی همراه بوده و به این لحاظ آن ها را نمی توان ندیده و نسنجیده، مورد گزینش قرار داد.

برای مثال می توان به دو مورد زیر اشاره کرد که:

  • اگر قرار باشد راه اندازی و تغذیۀ همه ی وسایل با برق DC ۱۲ یا ۲۴ ولت، منوط به انجام سیم کشی های اضافی قابل ملاحظه ای گردد، ممکن است هزینۀ سیم کشی اشاره شده به مراتب بیشتر از در نظر گرفتن یک اینورتر و احياناً تدارک یک آرایه ی خورشیدی بزرگتر باشد.

 

  • اگر کابل پیش بینی شده در حد فاصل باتری ها و لوازم مصرف کننده خیلی طولانی باشد، در نظر داشته باشید که افت توان در ولتاژهای پایین به مراتب بیش از ولتاژهای بالا است.

لذا در صورتی که سیم کشی موجود برای برق شبکه پیش بینی شده، به صرفه تر این است که بجای راه اندازی سیستم در ولتاژهای پایین، با استفاده از یک اینورتر، ولتاژ مورد استفاده، در حد برق شهر در نظر گرفته شود.

 

  • لیست تجزیه و تحلیل توان به منظور طراحی سیستم های خورشیدی

گام بعدی این است که با سنجش انرژی مصرفی بر حسب وات ساعت و تجزیه و تحلیل آن، به توان واقعی مورد نیاز طرح خود پی ببرید.

– لیست توان مصرفی تجهیزات مختلف

در اکثر موارد، در قسمتی از بدنه ی آداپتور هر دستگاه، به جای اینکه به وات مصرفی وسیلۀ موردنظر اشاره شود، شدت جریان مصرفی آن بر حسب آمپر ارائه می گردد.

به این ترتیب و با توجه به مشخص بودن ولتاژ خروجی منبع تغذیه، با ضرب کردن این دو پارامتر در یکدیگر، به سادگی می توانید به اندازه ی توان دست پیدا کنید:

P= VxI

 

برای مثال اگر در پشت بدنه ی شارژر تلفن همراهتان به ارقام ۵ ولت و ۱٫۲ آمپر اشاره شده باشد، با ضرب این دو عدد در یکدیگر به سادگی در می یابید که توان مصرفی شارژر یاد شده، ۶ وات است.

در صورتی که برای شارژ باتری تلفن همراه، این وسیله به مدت یک ساعت به پریز وصل باشد، ۶ وات ساعت انرژی به مصرف می رسد. وسیلۀ بسیار مفیدی که قادر به سنجش انرژی موردنیاز هر دستگاه متصل به برق شهر است، واتمتر نام دارد. در این صورت برای سنجش توان مورد نیاز هر دستگاه، ابتدا واتمتر به پریز دیواری برق شهر متصل گردیده و سپس دو شاخه ی دستگاهی که هدف، تعیین وات آن است، وارد حفره های تعبیه شده در بدنه ی واتمتر می گردد.

وقتی فهرست توان مورد نیاز دستگاه های مختلف مشخص گردید، ارقام به دست آمده را وارد یک جدول کرده و با در نظر گرفتن اینکه هر وسیله ی خاص با برق ۱۲ ولت DC عمل می کند یا با برق AC شهر راه اندازی می شود، توان مصرفی را هم معین کنید.

 

– به دست آورد وات ساعت مورد نیاز هر وسیله

در مرحلۀ بعد و با یک برآورد تقریبی مشخص کنید که در خلال هر روز، هر کدام از وسایل موجود، حدوداً چند ساعت مورد استفاده واقع می شوند و با ضرب کردن ارقام مربوط به توان در ساعات مصرف، وات ساعت موردنیاز یا به عبارت دیگر، انرژی لازم برای فعال سازی هر وسیله در روز را مشخص نمایید.

در موقع تهیۀ این برآوردها یک نکتۀ ظریف و حائز اهمیت را هم فراموش نکنید و آن اینکه بارهای ناشی از حالت خاموشی دستگاه های مختلف متصل به پریزهای برق را هم مدنظر داشته باشید و یادتان باشد که هر وسیله ی برقی متصل به پریز، حتی در حالت خاموشی، اگر در وضعیت «آماده به کار» قرار داشته باشد، مقدار اندکی از انرژی برق را به مصرف می رساند.

برای به حداقل رسانیدن این گونه مصارف، بهترین راه این است که یا کلاً دو شاخه آنها را در مواقع غیر ضروری از پریز در آورده و یا لااقل دکمۀ ورودی برق دستگاه را در حالت خاموش یا قطع قرار داد. یکی از بارزترین موارد، تلویزیونی است که دوشاخه ی آن به پریز برق متصل بوده و با وجودی که دستگاه ظاهراً خاموش است، ولی عملاً در وضعیت آماده به کار قرار دارد و کاربر با اشاره انگشت به دکمه ی موردنظر در روی کنترل از راه دور دستگاه، آن را روشن می نماید.

در غیر این صورت اگر حال و حوصله خاموش کردن کامل و یا خارج ساختن دو شاخه ها از پریزها را ندارید، در موقع تهیۀ فهرست انرژی مصرفی، حتماً درصدی را هم برای این گونه تلفات منظور نمایید.

 

اگر گرمایش مکان موردنظر به وسیلۀ یک سیستم حرارت مرکزی صورت می پذیرد، فراموش نکنید که حتی اگر موتورخانه ی موردنظر با گازوئیل هم تغذیه شود، تابلوی کنترل ورله ها و پمپ سیرکولاسیون آب و غیره، همگی برق مصرف می کنند. در ایده آل ترین حالت و در بهترین شرایط، پمپ به گردش در آوردن آب این گونه موتورخانه ها، حداقل به ۶ وات توان الکتریکی نیاز داشته و رله ها و کنترل های دیگر هم به رقمی در حدود ۲ تا ۲۴ وات توان احتیاج دارند.

 

  • تلفات باتری ها، اینورتر و مقاومت های موجود در مدار

توجه داشته باشید که باتری ها، اینورتر و مقاومت های الکتریکی موجود در مدارهای مختلف، همه و همه، باعث کاهش بازده سیستم برق خورشیدی می گردند لذا ضرورت ایجاب می کند که این تلفات را نیز به نوعی وارد محاسبات مان کنیم.

 

طراحی-سیستم-خورشیدی-بر-اساس-میزان-مساحت-موجود

 

باتری ها جزء آن دسته از وسایلی هستند که در موقع تخلیه و بازگرداندن انرژی ذخیره شده در خود، كل انرژی دریافتی در هنگام شارژ شدن را پس نداده و درصدی از آن را به عنوان حق الزحمه، برای خود منظور می کنند. یکی از پارامترهای ذیربط با باتری ها، «بازده چرخه ی شارژ» نامیده شده و معرف انرژی قابل حصول از یک باتری در قیاس با انرژی داده شده به باتری در موقع شارژ آن بر حسب درصد است.

چون بازده یک باتری متناسب با سرعت شارژ و دشارژ آن تغییر می کند، بازده چرخۀ شارژ هم میزان ثابتی نخواهد داشت. هرچند که در مقوله ی سیستم های برق خورشیدی می توان ادعا کرد که چون آنها قادر به شارژ سریع و شدید باتری ها نیستند، ارقام و اطلاعات استاندارد ارائه شده در برگه ی مشخصات باتری ها، قابل استناد هستند.

همان طوری که اشاره شد، میزان بازده چرخۀ شارژ باتری ها در شناسنامه آن ها یا برگۀ مشخصات داده شده از طرف سازنده مشخص و ارائه می گردد. در صورتی که به این اطلاعات دسترسی نداشتید، میزان بازدهی چرخۀ شارژ برای باتری های صنعتی را باید چیزی در حدود ۹۵٪ و باتری های معمولی و ژله ای را در حدود ۹۰٪ در نظر گرفت.

در صورتی که سیستم موردنظر شامل اینورتر هم هست، برای آن هم باید تلفاتی را منظور کرد. در اینجا هم ملاک اصلی، کارخانۀ سازندۀ اینورتر است ولی اگر در برگۀ مشخصات یا بدنۀ دستگاه به این پارامتر اشاره ای نشده، رقمی در حدود ۹۰٪  را می توان ملاک قرار داد.

 

  • الزامات سیستم روشنایی فتوولتائیک مستقل از شبکه

در این جا به برخی از الزامات سیستم روشنایی فتوولتائیک اشاره می کنیم:

  • سیستم باید به همراه همه سخت افزارها و سیم هاي لازم براي نصب ارائه شود.
  • نسبت آرایه به بار در نظر گرفته شود. یعنی در محاسبه ابعاد آرایه فتوولتائیک، به منظور لحاظ نمودن تأثیر عوامل کاهنده توان، ۳۰ الی ۵۰ درصد به میزان باراضافه شود.
  • تحمل دمایی همه اجزاي سیستم فتوولتائیک باید در حدود ۲۰- تا ۴۵ درجه سانتی گراد (محدوده دمایی محل نصب) باشد و همچنین،همه اجزا باید در برابر بادهاي محلی مقاومت کافی داشته باشند.
  • توانایی سیستم برای تأمین انرژی باید به میزان انرژي طراحی شده براي بازه زمانی مشخص و بدون استفاده از وسایل کمکی باشد. هم چنین عمر باتري در شرایط معمولی حداقل سه سال باشد.
  • بیشترین میزان دشارژ باتری نباید بیش از ۵۰ درصد ظرفیت نامی باتري باشد. نقطه قطع ولتاژ پایین شارژ کنترلر باتري باید مطابق با بیشترین میزان مجاز براي کاهش دشارژ باتري باشد.

 


بیشتر بخوانید:

بررسی محل نصب سیستم خورشیدی

مهم ترین کاربردهای انرژی خورشیدی


 

  • آینده نگری در سیستم های برق خورشیدی با تخمین تقاضا

  • روش هاي تخمین تقاضا
  • استفاده از برچسب تجهیزات (توان نامی)
  • اندازه گیري استفاده از دستگاه توان سنج
  • شبیه سازي تقاضا با کمک مدل هاي ریاضی
  • آینده نگری در سیستم های برق خورشیدی و پارامترهای تحلیل اقتصادی

 

  • هزینه هاي سیستم فتوولتائیک

  • هزینه سرمایه گذاري اولیه
  • هزینه بهره برداري (تعمیر، تعویض و نگهداري)

 

  • درآمد هاي ناشی از سیستم فتوولتائیک

  • فروش برق به شبکه سراسري
  • هزینه سوخت اجتناب شده
  • مشوق هاي دولتی

 

   هزینه سیستم هاي فتوولتائیک شامل موارد زیر است:

  • هزینه پانل هاي فتوولتائیک
  • هزینه سازه هاي نگهدارنده (استقرار ثابت یا متحرك)
  • هزینه تجهیزات الکتریکی که وابسته به نوع سیستم می باشد.(BOS)
  • هزینه هاي نیروي انسانی (طراحی و نصب و غیره)
  • هزینه بهره برداري سیستم هاي فتوولتائیک شامل تمیز کردن پانل ها، بررسی اتصالات و تعویض باتري ها است. عمده هزینه بهره برداري مربوط به تعویض باتري ها است.

هزینه سرمایه گذاري سیستم هاي متصل به شبکه:

این هزینه ها شامل هزینه پانل ها، اینورتر، سازه نگه دارنده و تجهیزات جانبی است.

هزینه سرمایه گذاري سیستم هاي مستقل از شبکه:

این هزینه ها شامل هزینه پانل ها، اینورتر، سازه نگه دارنده، باتری ها، شارژ کنترلر و تجهیزات جانبی است.

 

در صورتی که سوالی در خصوص مطالب بیان شده دارید می توانید در قسمت نظرات از ما بپرسید یا با ارائه پیشنهادات خود، ما را در بالا بردن کیفیت مقالات یاری کنید. 

مقالات مرتبط

نظرات