آموزش و فرمول های محاسبه برق خورشیدی آفگرید (جدا از شبکه)

سیستم خورشیدی آفگرید (جدا از شبکه) یکی از روش‌های رایج برای تأمین انرژی الکتریکی به شمار می‌رود. در سال‌های اخیر، این شیوه به شدت مورد توجه قرار گرفته و بسیاری از افراد در ایران از این سیستم‌ها برای تأمین برق مورد نیاز خود بهره می‌برند. با در نظر گرفتن عدم دسترسی به برق در نقاط مختلف و کاهش قیمت این تجهیزات در سال‌های اخیر، استفاده از سیستم‌های خورشیدی می‌تواند گزینه‌ای مناسب برای تأمین انرژی در مناطق دور از شبکه برق شهری باشد. سیستم خورشیدی مستقل از شبکه شامل تجهیزاتی است که انتخاب و روش خرید آن‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است و شما باید در تهیه این تجهیزات احتیاط لازم را به خرج دهید. همچنین توصیه می‌شود پیش از خرید هر نوع قطعه یا دستگاهی با لیمو سولار انرژی تماس بگیرید تا از مشاوره ما بهره‌مند شده و اطلاعات لازم برای خرید این محصولات را کسب کنید.

سیستم برق خورشیدی آفگرید

سیستم خورشیدی مستقل از شبکه، در واقع نوعی سیستم خورشیدی است که شما را از نیاز به شبکه برق عمومی رها می‌سازد. با بهره‌گیری از این سیستم، شما می‌توانید انرژی لازم برای انواع کاربردهای الکتریکی خود را تأمین کنید. در این وضعیت، نه تنها به شبکه برق انرژی ارسال نمی‌کنید (همانند سیستم آنگرید) بلکه از آن نیز انرژی دریافت نمی‌نمایید (مانند تأمین برق معمولی از طریق اتصال به شبکه). با بهره‌گیری از سیستم‌های خورشیدی آفگرید، شما قادر خواهید بود به‌طور مستقل انرژی لازم برای دستگاه‌های برقی خود را تأمین کنید. این نوع سیستم به‌ویژه برای منازل، ویلاهای دورافتاده و مکان‌های خارج از شهر که ساکنان آن‌ها به برق نیاز دارند و دسترسی به شبکه برق وجود ندارد، بسیار مناسب است.

اجزای یک سیستم خورشیدی آفگرید شامل پنل‌های خورشیدی (که جزء کلیدی و اساسی محسوب می‌شوند)، کنترلر شارژ خورشیدی، باتری خورشیدی و اینورتر می‌باشد. این اجزا با انجام وظایف خود، بخشی از این مسیر سودمند و آسان را پیش می‌برند و انرژی تولید شده از نور خورشید، که رایگان و پاک است، وسایل برقی شما را تامین می‌کند.

اجزای اصلی

عملکرد هر یک از این تجهیزات کلیدی که برای محاسبه سیستم برق خورشیدی آفگرید ضروری هستند، چگونه است؟

– پنل خورشیدی: پنل یا ماژول PV، نور خورشید را به برق DC تبدیل می‌کند.
– شارژ کنترلر: این قطعه، ولتاژ و جریان خروجی را از پنل به باتری منتقل می‌کند و از باتری در برابر شارژ یا دشارژ بیش از حدی که سیستم نیاز دارد، محافظت می‌کند. این عمل به افزایش عمر باتری کمک می‌کند.
– اینورتر: برق DC که توسط پنل خورشیدی تولید شده است، توسط اینورتر به برق AC مصرفی تبدیل می‌کند.
– باتری خورشیدی: برای ذخیره انرژی لازم وسایل برقی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

محاسبات سیستم های خورشیدی جدا از شبکه

مرحله اول :تعیین میزان مصرف توان

گام نخست در طراحی یک سیستم فتوولتاییک خورشیدی، تعیین مجموع توان و انرژی مورد نیاز برای تمامی بارهایی است که به تأمین انرژی نیاز دارند:

1–1. مقدار وات ساعت مصرفی هر دستگاه را در طول یک روز محاسبه نمایید. سپس مجموع وات ساعت های مصرفی تمامی دستگاه ها را برای یک روز با هم جمع آوری کنید.

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

یک لامپ فلورسنت با توان 18 وات که به مدت 4 ساعت در روز روشن است
یک پنکه 60 واتی که 2 ساعت در روز کار می‌کند
یک یخچال با توان 75 وات که به مدت 24 ساعت فعال است (کمپرسور به مدت 12 ساعت کار کرده و سپس 12 ساعت خاموش می‌شود)

2–1. برای محاسبه مقدار وات ساعتی که پنل باید در یک روز تولید کند، این عدد را در 1.3 (گاهی 1.2 نیز مدنظر قرار می‌گیرد) ضرب نمایید. (ضریب 1.3 نشان‌دهنده تلفات انرژی در سیستم است).

مرحله دوم: تعیین اندازة ماژول PV

پنل‌های PV در اندازه‌های گوناگون توان‌های متفاوتی را تولید می‌کنند. با افزایش اندازه پنل، توان تولیدی نیز افزایش می‌یابد. برای تعیین اندازه ماژول PV، ابتدا باید حداکثر توان تولیدی را محاسبه کنیم. حداکثر توان تولیدی که به آن وات پیک (Wp) گفته می‌شود، به نوع ماژول PV و شرایط جوی منطقه وابسته است. برای این کار به عاملی به نام “پتانسیل تابش” که در هر مکان متفاوت است، نیاز داریم.

برای تعیین اندازة ماژول به طریق زیر عمل می کنیم:

1–2. محاسبه وات پیک کلی (Wp Total): برای به دست آوردن میزان کل وات ساعت‌هایی که در طول روز باید توسط ماژول تولید شود (عدد حاصل از بخش 2-1)، این مقدار را بر ضریب تابش تقسیم کنید تا وات پیک کلی مورد نیاز پنل‌ها مشخص گردد.

با فرض در نظر گرفت ضریب تابش 3.4 خواهیم داشت:

“2–2. تعیین تعداد پنل های لازم برای سیستم: نتیجه به دست آمده از بخش 1 – 2 را بر روی توان نامی پنل هایی که در دسترس دارید تقسیم کنید و سپس نتیجه را به نزدیک ترین عدد صحیح بزرگتر گرد کنید. این نتیجه، تعداد پنل هایی که باید به کار ببرید را مشخص خواهد کرد.”

“باید به این نکته توجه کرد که نتیجه این محاسبه حداقل تعداد پنل‌هایی را که باید به کار ببریم، تعیین می‌کند. بدون شک، در صورت استفاده از پنل‌های بیشتر، کارایی سیستم بهبود خواهد یافت و همچنین عمر باتری نیز افزایش پیدا می‌کند.”

مشخصات پنل در نظر گرفته شده:
Pm = 110 wp
Vm = 16.7 Vdc
Im = 6.6 a
Voc = 20.7 v
Isc = 7.5 a

مرحله سوم : انتخاب اینورتر

ابتدا بگذارید از اینجا شروع کنیم که وسایل الکتریکی دو نوع هستند:

وسایل برقی معمولی (مقاومتی ): این نوع وسایل در هنگام راه اندازی جریانی زیادتر از جریان حالت دائم کار خود از مدار نمی کشند. (البته در هنگام راه اندازی کمی زیادتر جریان دریافت می کنند ولی آنقدر زیاد نیست که در محاسبات تاثیر داشته باشد)

وسایل برقی دارای موتور: این وسایل در هنگام راه اندازی یک جریان راه انداز دارند یعنی جریان هنگام راه اندازی چند برابر جریان حالت دائم کار آنهاست.

در انتخاب اینورتر، باید به نوع وسایل خود توجه کنیم. اگر قصد داریم وسایل برقی موتوری را با اینورتر راه‌اندازی کنیم، توان اینورتر باید حداقل هشت برابر توان موتور باشد تا بتواند جریان راه‌اندازی یا گذرا را تأمین کند. همچنین، به جای افزایش توان اینورتر، می‌توانیم از سافت استارتر نیز استفاده کنیم.

“نکته: سافت استارتر ابزاری است که به راه‌اندازی ملایم موتور کمک می‌کند و جریان اولیه را در موتور کاهش می‌دهد. این ویژگی نه تنها تنش‌های مکانیکی موتور را کاهش می‌دهد، بلکه تنش‌های الکتریکی را نیز کم کرده و به افزایش عمر موتور کمک می‌کند.”

“ما تصور می‌کنیم که سافت استارتر برای راه‌اندازی موتور یخچال در اختیار داریم.

نکته: توان واقعی یا توان دائم کار، همان‌طور که از نامش پیداست، به توانی اطلاق می‌شود که در صورت استفاده از آن به مدت طولانی، هیچ‌گونه افت توان، گرما یا خاموش شدن دستگاه را تجربه نخواهیم کرد.”

برای دستیابی به خروجی AC، استفاده از یک اینورتر ضروری است. نکته کلیدی در انتخاب اینورتر این است که ورودی آن نباید از مجموع توان تمامی دستگاه‌های برقی کمتر باشد. همچنین، ولتاژ نامی اینورتر باید با ولتاژ باتری‌ها مطابقت داشته باشد.

برای سیستم‌های مستقل، اینورتر باید به اندازه‌ای باشد که قادر به تأمین کل وات مصرفی باشد. معمولاً اندازه اینورتر باید 25 تا 30 درصد بیشتر از مجموع توان تمامی دستگاه‌ها باشد. در صورتی که از موتور یا کمپرسور استفاده شود، اندازه اینورتر باید حداقل سه برابر ظرفیت آن‌ها باشد تا بتواند جریان ضربه را تحمل کند.

“برای سیستم‌های شبکه‌ای، ورودی اینورتر باید با آرایه PV همخوانی داشته باشد تا عملکرد سیستم به صورت ایمن و کارآمد باشد.”

مرحله چهارم: تعیین اندازة باتری

باتری‌های دیپ سایکل (باتری‌های با چرخه عمیق) به عنوان گزینه‌ای مناسب برای سیستم‌های خورشیدی پیشنهاد می‌شوند. این باتری‌ها باید قادر باشند تا به حداقل سطح انرژی تخلیه شوند و سپس به سرعت شارژ گردند. معمولاً از نوع لید اسید خشک برای این منظور استفاده می‌شود. همچنین، ظرفیت این باتری‌ها باید به اندازه‌ای باشد که بتوانند تجهیزات و وسایل مورد نیاز را در شب و روزهای ابری تامین کنند.

برای تعیین اندازة باتری به طریق زیر عمل می کنیم:

1–4. مجموع وات ساعت مصرفی کلیة وسایل را در طول یک روز محاسبه کنید.
2–4. عدد بدست آمده را بر 0.85 تقسیم کنید ( به خاطر تلفات باطری ).
3–4. حاصل را بر 0.6 تقسیم کنید ( به خاطر عمق دشارژ dod).
4–4. این عدد را بر ولتاژ نامی باتری تقسیم نمایید.
5–4. اکنون این عدد را در تعداد روزهایی که خورشید نمی‌تابد یا به عبارتی روزهای ابری (یعنی روزهایی که پنل‌ها قادر به تولید انرژی نیستند) که برای تأمین ولتاژ از سیستم به آن نیاز داریم، ضرب کنید. (معمولاً این تعداد بین 3 تا 5 روز است و اکثر شرکت‌ها 2 روز را با توجه به منطقه در نظر می‌گیرند.)

می توان 6 باتری 100 آمپری 12 ولت در نظر گرفته شود.

مرحله پنجم: تعیین اندازة شارژ کنترلر خورشیدی

شارژ کنترلر معمولاً بر اساس ظرفیت ولتاژ و جریان مورد بررسی قرار می‌گیرد. ولتاژ باید با باتری و آرایة PV هماهنگ باشد و همچنین قادر به تحمل جریان آرایة PV باشد. در مورد شارژ کنترلرهای سری، اندازه کنترلر به جریان ورودی کلی PV که به کنترلر وارد می‌شود و همچنین به نوع ساختار پنل PV (سری یا موازی) وابسته است. به طور معمول، برای محاسبه اندازه شارژ کنترلر، جریان مدار کوتاه آرایة PV (Isc) را در عدد 1.3 ضرب می‌کنند.

سخن پایانی

حالا که با روش محاسبه سیستم برق خورشیدی آفگرید، که به معنای جدا از شبکه است، آشنا شده‌اید، به خوبی متوجه شده‌اید که این کار چقدر می‌تواند دشوار و پرچالش باشد و نیازمند دقت و دانش فراوان است. بنابراین، در صورتی که اطلاعات کامل مورد نیاز کارشناسان لیمو سولار را برای ما ارسال کنید، ما اطلاعات اضافی در مورد راه‌اندازی سیستم برق خورشیدی به همراه محاسبات تمامی عوامل ضروری را به شما ارائه خواهیم داد تا بهترین طرح پیشنهادی متناسب با نیاز مصرفی شما را معرفی کنیم.