محاسبات و طراحی پنل های خورشیدی

مقدمه:

در پست های قبلی در مورد نصب سیستم خورشیدی صحبت کردیم.همچنین کاتالوگ سیستم خورشیدی ,مقاله انرژی خورشیدی , کتاب سلول های خورشیدی جهت درک بهتر موضوع روی سایت قرار گرفت .اما با توجه به سوالات متعدد کاربران سایت در مورد محاسبات پنل های خورشیدی بر آن شدیم تا مطلبی در مورد طراحی و محاسبات سیستم خورشیدی را تقدیم حضور شما نماییم .امیدواریم که مفید واقع شود.در این بخش گام به گام طراحی را شروع خواهیم نمود.

گام اول:مشخص کردن میزان مصرف

برای مشخص کردن میزان مصرف باید وات ساعت مصرفی هر وسیله را پیدا کنیم یعنی مشخص کنیم هر وسیله چقدر مصرف دارد و در روز چند ساعت روشن است از جمع زدن وات ساعت تمام وسایل موجود میزان مصرف مشخص می شود.برای درک بهتر یک مثال میزنیم .به عنوان مثال مصرف در یک خانه نمونه به صورت زیر می باشد:

18 وات لامپ فلورسنت با مصرف 5 ساعت در روز

یخچال 110 وات به مدت 24 ساعت در روز(توجه شود که کمپرسور یخچال 12 ساعت وصل و 12 ساعت خاموش می باشد.)

تلویزیون 112 وات به مدت 4 ساعت در روز

فن 60 وات به مدت 6 ساعت در روز

که وات ساعت به صورت زیر محاسبه می شود.

(5*18)+(24*110*0.5)+(4*12)+(6*60)=2218wh

در مرحله بعد باید تلفاتی که در سیستم وجود دارد نیز در توان مورد نیاز ما آورد شود در نتیجه عدد را در 1.3 ضرب میکنیم .

 2218*1.3=2883.4

گام دوم:تعیین تعداد پنل ها

قبل اینکه در مورد محاسبه تعداد پنل ها صحبت کنیم وات پیک (WP) که به آن پیک سان شاین هم میگویند را معرفی مینماییم.

ضریب تولید پنل یکی از پارامتر های است که در طراحی باید مد نظر قرار گرفته شود که بیشترین توان تولیدی پنل را در شرایط آب هوایی و میزان تابش خورشید هر منطقه به ما نشان خواهد داد.که می توانید عدد ضریب تولید را در هر منطقه در شکل زیر مشاهده نمایید.

برای محاسبه ضریب تولیدکل سیستم کافی است میزان کل انرژی یا وات ساعت مورد نیاز را که در بالا محاسبه کردیم (2883.41 ) را بر ضریب تولید پنل که ما اینجا 3.4 میگیریم تقسیم کنیم.این میزان که در زیر محاسبه شده است حداکثر توان مورد نیاز یکه پنل در هر لحظه تولید میکند را نمایش میدهد.

2883.4/3.4=848

حال برای محاسبه تعداد پنل های مورد نیاز باید عدد بدست آمده در این مرحله را بر وات پیک نامی پنل تقسیم کنیم عدد بدست آمده را به سمت بالا گرد میکنیم تا تعداد پنل های مورد نیاز بدست آید.

.فرض میکنیم پنلی که ما در اختیار داریم به صورت زیر است :

Pm = 110 wp
Vm = 16.7 Vdc
Im = 6.6 a
Voc = 20.7 v
Isc = 7.5 a

وات پیک نامی پنل 110 وات است پس تعداد پنل های مورد نیاز از رابطه زیر بدست می آید:

848/110=7.70

حال عدد بدست آمده را به سمت بالا گرد میکنیم که در نتیجه تعداد پنل های مورد نیاز یعنی 8 عدد پنل 110 وات بدست خواهد آمد.

گام سوم :انتخاب باطری

شما تا این مرحله توان مورد نیاز خود را تولید نموده اید ولی برای استفاده از این توان در شب و همچنین ذخیره توان تولید باقی مانده که در هر لحظه مصرف نمی شود نیاز به باطری دارید به همین دلیل در این گام نحوه انتخاب باطری را شرح میدهیم .

قبل اینکه بریم سر محاسبه نکات زیر را مد نظر داشته باشید چون از همین نکات در محاسبه استفاده خواهیم کرد.

1-برای اینکه عمر باطری های سرب اسید پایین نیاد باید در نظر داشته باشیم که باطری بیشتر از 60 در صد خالی نشود.

2-در بهترین حالت این باطری ها 70% یا کمی کمتر از توانی که برای شارژ شون استفاده میکنی بهت تحویل میدن.

3-دمای بالای 30 درجه خیلی از عمر باطری کم میکنه از طرفی اگر دما کم باشه طرفیت باطری کم میشه مثلا 85% روی 15 درجه سانتیگراد.

خب بریم سر محاسبه باطری ها ,همانطور که در بالا محاسبه کردیم میزان توان تولید پنل های ما شد 848 وات اگر در نظر بگیریم 3 روز نور آفتاب نباشد و ولتاژ باطری هم 12 ولت باشد ظرفیت باطری مورد نیاز ما به صورت زیر می شود.

(848*3)/(12*.85*.6)=416ah

در فرمول بالا 0.6 طبق نکته 1 و 0.85 طبق نکات 2 و 3 قرار داده شده است که نماینده بازده تجهیزات ما است.

پس ما در این مرحله مشخص کردیم که یک باطری 12 ولت و 416 AH نیاز داریم .البته توجه داشته باشید که اگر مصرف کننده DC داشته باشید و بخواهید مستقیما آن را تغذیه نمایید و نیاز به ولتاژ 24 ولت به فرض باشد شما باید دو تا باطری 12 ولت را با هم سری کنید در اینصورت برای بدست آوردن آمپر ساعت مورد نیاز به جای 12 در فرمول بالا باید 24 را قرار دهید.

نکته دیگری گه باید به آن توجه نمایید این است که با موازی کردن باطری ها آمپر ساعت آن ها با هم جمع می شود.

گام چهارم :انتخاب شارژ کنترلر

قبل اینکه در مورد انتخاب شارژ کنترل صحبت کنیم کمی در مورد وظیفه این قطعه میگوییم تا محاسبات را بهتر متوجه شوید.

همانطور که در مشخصات پنل متوجه شدید پنل دقیقا ولتاژ ثابتی تولید نمیکند مثلا در مشخصات این پنل که به صورت نمونه آورده ایم حداکثر ولتاژ تولید آن Vm = 16.7 Vdc می باشد پس در نتیجه اگر این ولتاژ متغییر متقیما به باطری داده شو باعث از بین رفتن باطری خواهد شد همانطور که متوجه شدید یکی از وظایف شارژ کنترلر تثبیت ولتاژ پنل است .

از طرفی دیگر پنل ها تولید توان خود رو بدون در نظر گرفتن اینکه باطری پر شده یا هنوز خالی است انجام می دهند در نتیجه وظیفه دیگر شارژ کنترلر این است که چک کند که اگر باطری پر شده است اتصال پنل از باطری را جداکند چون در اینصورت امکان دارد پنل به عنوان مصرف کننده عمل کند و مجدد از مقداری از شارژ باطری استفاده نماید.

بار دیگر مشخصات پنل مورد نظر خود را در این بخش می آوریم تا براساس آن شارژ کنترلر را محاسبه نماییم .
Pm = 110 wp
Vm = 16.7 Vdc
Im = 6.6 A
Voc = 20.7V

Isc = 7.5A

6.6*4=26.4a

در فرمول بالا 4 برگرفته از تعداد پنل های ماستو 6.6 هم حداکثر جریان هر پنل است .

گام پنجم :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 انقدر 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 انهاست .
پس در انتخاب اینورتر باید به این نکته توجه کرد که وسایل ما از کدام نوع هستند . اگر وسایل برقی موتوری را می خواهیم با اینورتر راه اندازی کنیم توان اینورتر باید حداقل چهار برابر توان وسیله موتوری باشد تا بتواند جریان گذرا یا جریان راه اندازی موتور را تامین کند . البته راه دیگر این است که بجای چند برابر کردن توان اینورتر می توانیم از سافت استارتر استفاده کنیم .

حال بریم سراغ انتخاب اینورتر:

1-ورودی اینورتر به هیچ وجه نبایستی از مجموع توان تمام وسایل برقی کمتر باشد .

2-ولتاژ نامی و باطری باید با هم برابر باشند .
3-برای سیستم های مستقل ، اینورتر باید به اندازة کافی بزرگ باشد تا بتواند تمام وات مصرفی را تأمین نماید . اندازة اینورتر بین 25 تا 30 درصد بزرگتر از مجموع توان تمامی وسایل در نظر گرفته می شود .

4-اگر از موتور یا کمپرسور استفاده می نماییم و از سافت استارتر هم استفاده نمیکنیم اندازة اینورتر باید حداقل 3 برابر ظرفیت آنها باشد تا بتواند جریان ضربه را تحمل کند .

5-برای سیستم های متصل به شبکه ، ورودی اینورتر باید با آرایة PV برابر باشد تا عملکرد سیستم ایمن و مؤثر باشد .

در بخش دوم حفاظت هایی که باید برای پنل های خورشیدی استفاده نمایید همچنین سطح مقطع کابل های مورد نیاز هر بخش را شرح خواهم داد.

منبع