محاسبه پنل خورشیدی – قسمت اول

در این مقاله قصد داریم تا به آموزش طراحی و محاسبه پنل خورشیدی مورد نیاز در یک سیستم برق خورشیدی بپردازیم . در محاسبه پنل مورد نیاز ، ناچار به محاسبه پارامتر های دیگری مانند ظرفیت باتری و توان اینورتر نیز می شویم که تمامی آن ها در این مقاله دو بخشی به طور کامل آموزش داده شده است . در ادامه با سولار نیرو همراه باشید .

همانطور که در مقالات قبلی نیز اشاره شد سیستم های برق خورشیدی را می توان به دو دسته سیستم برق خورشیدی مکمل و سیستم برق خورشیدی مستقل تقسیم بندی نمود . در نوع اول بخشی از انرژی الکتریکی مورد نیاز توسط سیستم برق خورشیدی و مابقی انرژی به کمک منابع دیگر مانند برق شهر و یا ژنراتور تامین می گردد و در نوع دوم تمامی انرژی الکتریکی مورد نیاز از سوی سیستم برق خورشیدی دریافت می شود . بدیهی است که سیستم اول دارای ابعاد و هزینه کمتری به نسبت سیستم نوع دوم می باشد اما در مکان هایی که منابع دیگری برای تامین انرژی وجود ندارد ، کاربر ناچار است تا تمامی انرژی مورد نیاز خود را از سوی سیستم برق خورشیدی تامین نماید .

برای مثال ممکن است هدف بهینه سازی مصرف انرژی باشد و یا اینکه به برق خورشیدی به چشم یک سیستم برق اضطراری نگاه شود که می تواند در ساعاتی که انرژی الکتریکی از سوی سایر منابع تامین نمی شود ، انرژی مورد نیاز را تولید نماید . همچنین ممکن است برق شهر در نقطه مورد نظر دارای نوسانات یا قطع شدگی پی در پی باشد که در این حالت و حالت های ذکر شده ، نیاز به یک سیستم برق خورشیدی مکمل است .

اما در مکان هایی ، سیستم برق رسانی شهری ناقص بوده و کاربر قصد ندارد از ژنراتور پر سرو صدا و با اصطحلاک بالا استفاده نماید که در این صورت نیاز اصلی توسط یک سیستم برق خورشیدی کامل فراهم می گردد . همچنین در برخی کاربرد ها هزینه برق کشی به نقاط دور از هم بالا بوده ( به ویژه سیستم روشنایی خورشیدی و پمپ آب خورشیدی ) که در چنین کاربرد هایی نیز چاره استفاده از سیستم برق خورشیدی کامل می باشد .

به هر حال چه از سیستم برق خورشیدی مکمل و چه از سیستم برق خورشیدی کامل در پروژه ای استفاده شود ، نیاز به طراحی سیستم وجود دارد به این منظور که کاربر تعداد پنل ها و تجهیزات جانبی آن را محاسبه نماید تا فرایند برق رسانی به بهترین شکل ممکن صورت گیرد . قدم اول در طراحی یک سیستم برق خورشیدی ، آشنایی کامل با ساختار و قطعات بکار رفته در چنین سیستمی است که پیشنهاد می شود برای کسب اطلاعات در مورد آن به لینک های صفحات خورشیدی و سیستم برق خورشیدی مراجعه نمایید . همچنین مقالات متنوعی در مورد تک تک اجزا سازنده یک سیستم برق خورشیدی در سایت موجود است که می توانید با رجوع به لینک مقالات سیستم برق خورشیدی ، به مطالعه آن ها بپردازید .

مختصری در مورد ساختار سیستم برق خورشیدی

با توجه به مقالات قبلی ، هر سیستم برق خورشیدی از دو قسمت بسیار مهم ، یکی پنل های خورشیدی و دیگری باتری های ذخیره کننده انرژی تشکیل شده است که از مهم ترین مشخصه های پنل خورشیدی توان تولیدی آن بر حسب وات ( W ) و از مهم ترین مشخصه های باتری ، ظرفیت باتری بر حسب آمپر در ساعت ( Ah ) می باشد . منظور از توان پنل خورشیدی ، حداکثر توان تولید شده توسط صفحه خورشیدی در حالتی که به خوبی زیر نور خورشید قرار گرفته است و رابطه مستقیمی با توان تجهیزات مصرفی مانند لامپ ها ، لوازم برقی ، لوازم خانگی و غیره دارد . برای مثال در یک سیستم روشنایی خورشیدی با افزایش توان لامپ ها نیاز به یک پنل خورشیدی با وات بالاتر نیز می باشد .

همچنین در سیستم برق رسانی خانه ، هر چه تجهیزات الکتریکی افزایش پیدا کند ، نیاز به پنل هایی با وات بالاتر نیز بیشتر می شود . اما نکته بسیار مهم دیگری که می بایست مورد توجه قرار بگیرد ، ظرفیت باتری های ذخیره کننده انرژی است که به نوعی عمده انرژی الکتریکی مصرفی از آن ها دریافت می شود . زیرا در ساعاتی از روز که نور خورشید به پنل تابیده می شود ، مصرف انرژی نسبتا کم بوده و در سایر ساعات که نور خورشید دریافت نمی شود و به طبع پنل توان تولید انرژی را ندارد ، این باتری ها هستند که انرژی مورد نیاز تجهیزات الکتریکی را تامین می نمایند . ناگفته نماند که انرژی ذخیره شده در باتری ها توسط پنل تامین می شود یا به نوعی می توان گفت مازاد انرژی الکتریکی تولید شده در روز که توسط تجهیزات الکتریکی مصرف نمی گردد ، صرف شارژ کردن باتری ها می گردد .

در نتیجه ظرفیت باتری از اهمیت بالایی برخوردار بوده که با افزایش ظرفیت ، حجم و قیمت باتری نیز افزایش پیدا می کند .

محاسبه پنل خورشیدی و سیستم برق خورشیدی

همان طور که در متن بالا نیز به آن اشاره شد ، برای اطلاع از تعداد و ظرفیت تجهیزات مورد نیاز در ساخت یک سیستم برق خورشیدی ، نیاز به محاسباتی بوده و در ادامه قصد داریم به آموزش روش محاسبه این مقادیر بپردازیم . مهم ترین بخش در طراحی یک سیستم برق خورشیدی ، اطلاع از تعداد تجهیزات الکتریکی مصرفی و توان مصرفی آن ها است که بهترین روش برای اطلاع از این پارامتر ها رجوع به دفترچه راهنمای هر محصول می باشد . برای مثال در یک منزل مسکونی تجهیزات الکتریکی مصرفی مانند تلوزیون ، لامپ ، یخچال ، کولر و … وجود دارد که هر کدام از این وسایل دارای یک توان مصرفی مشخص می باشند و شرکت های سازنده به طور معمول چنین پارامتر الکتریکی را بر روی بدنه محصول و یا در دفترچه راهنمای آن درج می کنند .

همچنین برای محاسبه توان مصرفی هر کدام از تجهیزات الکتریکی می توان به جداول نمونه که از سوی ادارات آمار و شرکت های تولید کننده تجهیزات الکتریکی منتشر می شود رجوع نمود که در این صورت به دلیل تقریب های استفاده شده در جدول ، ممکن است سیستم طراحی شده جوابگوی نیاز شما نبوده و یا هزینه اضافی بابت تجهیزات پرداخت نمایید .

به عنوان مثال به لیست نمونه زیر که مربوط به یک واحد مسکونی است توجه نمایید :

آشپزخانه :
– یخچال فریزر سامسونگ = 750 وات
– ماشین لباسشویی = 2000 وات
– مایکروویو = 1300 وات
– چایی ساز = 2300 وات
– اجاق گاز برقی = 2300 وات

صوتی و تصویری :
– تلوزیون LED سامسونگ = 145 وات
– پخش کننده CD و DVD مارشال = 35 وات
– تلفن بی سیم پاناسونیک = 5 وات

تجهیزات سرمایشی :
– کولر آبی آبسال = 600 وات

سایر :
– سشوار = 800 وات
– اتوی برقی = 2000 وات
– متفرقه = 300 وات

کامپیوتری و موبایل :  
– کامپیوتر قابل حمل ( نوت بوک ) = 55 وات
– کامپیوتر رومیزی = 400 وات
– مودم ADSL ایسوس = 12 وات
– شارژر گوشی موبایل = 2 وات

روشنایی :
– لامپ کم مصرف = مجموعا 300 وات
– لامپ LED روشنایی = مجموعا 20 وات

در لیست بالا ، توان هر کدام از وسایل الکتریکی بر حسب وات نوشته شده است . همچنین لیست شامل تجهیزات الکتریکی می باشد که از لحاظ مصرف بهینه نبوده و توصیه می شود جایگزین آن از تجهیزات دیگری استفاده شود . برای مثال استفاده از اجاق گاز برقی ، مصرف انرژی الکتریکی را بسیار بالا می برد و موجب افزایش هزینه و ابعاد یک سیستم برق خورشیدی می شود . برای همین می توان آن را با یک اجاق گاز که با سوخت گاز مایع کار می کند جایگزین نمود . همچنین برای جایگزین کردن آبگرمکن برقی یا آبگرمکن های گازی می توانید به مقاله ، آبگرمکن خورشیدی مراجعه نمایید تا ضمن آشنایی با ساختار و ویژگی های آن نسبت به تهیه آن نیز اقدام نمایید .

از دیگر نکات رئایت نشده در لیست فوق ، مدت زمان استفاده از هر کدام وسایل الکتریکی می باشد . برای مثال اتوی برقی توانی معادل 2000 وات نیاز دارد که عدد بزرگی است اما به دلیل این که اتو در بازه زمانی کوتاه بین 5 تا 15 دقیقه مورد استفاده قرار می گیرد ، بنابر این مشکلی به وجود نخواهد آورد . لیست زیر مربوط به زمان استفاده از هر کدام از وسایل می باشد .

– تلوزیون LED سامسونگ = حدود 8 ساعت در روز
– پخش کننده CD و DVD مارشال = ممکن است 2 ساعت در روز مورد استفاده قرار بگیرد
– مودم ADSL ایسوس = 24 ساعت روشن است
– یخچال فریزر سامسونگ = حدود 12 ساعت کار در روز و 12 ساعت در حالت آماده به کار  
– ماشین لباسشویی = حدود 30 تا 35 دقیقه
– کولر آبی آبسال = حدود 12 ساعت در روز و در ساعات گرم
– سشوار = حدود 5 تا 20 دقیقه  
– اتوی برقی = حدود 5 تا 15 دقیقه  
– کامپیوتر قابل حمل ( نوت بوک ) = حدود 3 ساعت در روز
– کامپیوتر رومیزی = حدود 1 ساعت در روز
– گوشی موبایل = مجموعا 4 بار در روز شارژ در حدود 1 ساعت
– مایکروویو = حدود 5 تا 15 دقیقه  
– لامپ کم مصرف = حدود 8 ساعت در روز
– لامپ LED روشنایی = حدود 4 ساعت در روز
– تلفن بی سیم پاناسونیک = 24 ساعت روشن است  
– چایی ساز = مجموعا 1 ساعت در روز  
– متفرقه = 24 ساعت روشن است

با استفاده از اطلاعات فوق می توان به طراحی سیستم برق خورشیدی پرداخت اما برای کاهش هر چه بیشتر هزینه های طراحی می توان از جدولی به نام زمان کارکرد وسایل الکتریکی استفاده نمود . علت کاهش هزینه در این روش مشخص شدن بازه زمانی کارکرد وسایل در طول روز بوده که این پارامتر موجب مشخص شدن حداکثر توان مورد نیاز است که از سوی پنل و باتری تامین می گردد . از این رو می توان ظرفیت باتری ها که عناصری پر هزینه هستند را کاهش داد .

برای این کار کافی است تا مشخص کنیم وسایل الکتریکی حدودا از چه ساعت تا چه ساعتی روشن هستند . این بازه ها حدودی بوده و به کمک این اطلاعات می توان فهمید چه ساعاتی پنل انرژی الکتریکی را تامین و چه ساعاتی باتری انرژی الکتریکی را تامین می نماید . برای مثال 24 ساعت را به 4 بازه 6 ساعته تقسیم می کنیم . ساعت 12 شب تا 6 صبح ، 6 صبح تا 12 ظهر ، 12 ظهر تا 6 عصر و  6 عصر تا 12 شب . به طور معمول بازه 12 شب تا 6 صبح کمترین میزان انرژی مصرف می شود . در این ساعات تجهیزاتی مثل یخچال فریزر ، تلفن ، شارژر موبایل و متفرقه انرژی مصرف می کنند که تمامی این مقدار از طریق باتری ها تامین می گردد زیرا در این ساعت نور خورشید وجود نداشته و در نتیجه پنل ها انرژی را تولید نمی کنند .

ساعت 6 صبح تا 12 ظهر ، تمام انرژی از سوی پنل تامین می گردد و در این زمان باتری ها نیز شارژ می گردند . در این بازه تجهیزاتی مانند چایی ساز ، تلوزیون ، یخچال فریزر و ماشین لباسشویی فعالیت می کنند به علاوه تجهیزاتی که در تمامی ساعات روز نیاز به انرژی الکتریکی دارند .

ساعت 12 ظهر تا 6 بعد از ظهر به تجهیزاتی مانند کامپیوتر ، تلوزیون و بخچال اختصاص پیدا می کند و در این بازه همچنان منبع تولید انرژی ، پنل های خورشیدی می باشند . بازه زمانی بعدی مربوط به 6 بعد از ظهر تا 12 شب است که اوج مصرف در این ساعت صورت می گیرد و تمامی انرژی ها توسط باتری ها تامین می گردد . در این ساعت که اوج مصرف بار است ، می بایست در مصرف انرژی صرفه جویی نمود .

شکل زیر نمونه ای از یک جدول زمان کارکرد برای کیس مورد نظر است :

جدول زمان کارکرد وسایل برقی

لازم به ذکر است در جدول فوق ، منظور از حداکثر توان لحظه ای ، جمع توان های تجهیزات الکتریکی که ممکن است در یک لحظه با یکدیگر روشن شوند است . برای مثال ممکن است تلوزیون و چایی ساز با یکدیگر روشن شوند که در این صورت جمع توان آن ها 2445 وات است . همچنین کاربر باید به این نکته توجه کند که از روشن کردن وسایل پر مصرف در یک زمان خود داری نماید . برای مثال هرگز نباید ماشین لباسشویی ، اتو و چایی ساز با یکدیگر روشن شوند .

دیگر پارامتر مهم موجود در جدول ، حداکثر انرژی مصرفی باتری است و برای محاسبه آن توان تجهیزات مصرفی در آن بازه را در میزان زمان روشن بودن آن ها به ساعت ضرب می کنیم . برای مثال مایکرو ویو 1300 وات توان دارد و ممکن است 15 دقیقه روشن باشد . برای محاسبه میزان انرژی مصرفی 1300 را در یک چهارم ساعت که همان 15 دقیقه است ضرب می کنیم .

همچنین در محاسبات فرض بر این گرفته شده است که وسیله ای مانند ماشین لباس شویی یا اتو و یا چایی ساز که دارای مصرف برق بالایی است ، در این بازه زمانی مورد استفاده قرار نگرفته است . همچنین کولر نیز در بازه کوتاهی مانند 4 ساعت روشن شده است .

با محاسبه جدول فوق به راحتی می توان به سراغ محاسبه توان پنل ، تعداد پنل ، ظرفیت باتری و نیز سایر تجهیزات مورد نیاز در سیستم برق خورشیدی رفت زیرا تمامی پارامتر های مورد نیاز محاسبه شده است . در ادامه می بایست پارامتر های زیر را محاسبه نمود .

1 – توان پنل و تعداد پنل مورد نیاز
2 – ظرفیت باتری ها و تعداد آن ها
3 – توان اینورتر و کنترل شارژ
4 – ابعاد و تعداد استراکچر ها
5 – محاسبه قطر سیم و طول سیم مورد نیاز و …

ادامه آموزش در قسمت دوم مقاله داده شده است که می توان برای دسترسی به آن به لینک مقاله طراحی سیستم برق خورشیدی – قسمت دوم مراجعه نمایید . همچنین در صورت نیاز به مشاوره و راهنمایی می توانید با تلفن شرکت تماس گرفته و با کارشناسان ما مشورت نمایید . سولار نیرو