آموزش برق خورشیدی – باتری خورشیدی – قسمت هشتم

در مقاله قبلی در مورد پنل خورشیدی و نقش آن در نیروگاه خورشیدی صحبت شد. در این بخش قصد داریم در مورد باتری که المان مهمی در نیروگاه خورشیدی جدا از شبکه است صحبت کنیم، پس با ما همراه باشید.

باتری، قطعه ای مهم در پکیج برق خورشیدی است که انرژی الکتریکی را برای ساعاتی که نور خورشید در دسترس نیست، ذخیره سازی می کند. باتری ها از یک فرایند شیمیایی برای ذخیره انرژی الکتریکی استفاده می کنند. با قرار گرفتن باتری در مدار الکتریکی، الکترون ها از قطب منفی باتری وارد مدار و توسط قطب مثبت باتری، جذب می شوند. این فرایند تا زمانی ادامه پیدا می کند که ولتاژ باتری تا حدی کاهش پیدا می کند و دیگر باتری قدرت جریان دهی به مدار را ندارد.

در این زمان باید باتری توسط یک منبع خارجی مجدد شارژ شود که این کار در پکیج برق خورشیدی توسط پنل خورشیدی صورت می گیرد. همچنین فرایند شارژ باتری نیازمند شرایط الکتریکی خاصی است که شارژکنترلر این شرایط را به وجود می آورد. در قسمت بعدی در مورد شارژکنترلر و انواع آن صحبت خواهد شد.

ولتاژ باتری

باتری ها در ولتاژ های مختلف تولید می شوند. به طور معمول باتری های مورد استفاده در سیستم برق خورشیدی 2 ولت یا 12 ولت هستند. به منظور دستیابی به ولتاژ های بالاتر به طور معمول باتری ها را با یکدیگر سری می کنند. ولتاژ خروجی باتری از نوع مستقیم یا DC است.

ظرفیت باتری

هر باتری دارای ظرفیت مشخص و بر حسب آمپر ساعت AH است. برای مثال یک باتری 100 آمپر ساعت را در نظر بگیرید. اگر از این باتری 100 آمپر دریافت کنیم، بعد از یک ساعت باتری کامل تخلیه می شود. به همین فرم اگر از باتری 50 آمپر دریافت شود، پس از گذشت 2 ساعت باتری به طور کامل تخلیه می شود.

هر چه ظرفیت باتری افزایش می یابد، ابعاد و وزن باتری بیشتر می شود. ظرفیت باتری در کنار ولتاژ آن بر روی بدنه درج می شود.

طول عمر مفید باتری

یکی از مهم ترین پارامتر ها در تهیه باتری مناسب برق خورشیدی، تعداد سایکل طول عمر باتری است منظور از تعداد سایکل تعداد دفعات شارژ و دشارژ باتری است. برای مثال اگر یک باتری دارای 1000 سایکل باشد، طول عمر آن برابر با 1000 بار شارژ و دشارژ است. به طور معمول تعداد سایکل شارژ و دشارژ باتری رابطه معکوس با DOD دارد و هر چه DOD افزایش یابد، طول عمر باتری کاهش می یابد.

عمق دشارژ باتری DOD

منظور از DOD، درصدی از باتری است که در هر روز مورد استفاده قرار می گیرد و در روز بعد مجدد باتری شارژ می شود. برای مثال یک باتری 100 آمپر را در نظر بگیرید. اگر در هر روز 50 آمپر ساعت از این باتری مصرف شود، عمق دشارژ باتری 50 درصد می شود. حال اگر با افزایش مصرف کننده در هر روز 70 درصد باتری تخلیه شود، عمق دشارژ به 70 درصد می رسد که در این حالت طول عمر به شدت کاهش می یابد.

عمق دشارژ 50 درصد عدد بسیار مناسبی برای باتری های اسیدی و ژله ای است.

تنوع باتری در نیروگاه خورشیدی

باتری های مورد استفاده در نیروگاه خورشیدی، بر حسب نوع و ساختار به ۳ دسته بندی مهم زیر تقسیم می شوند:

• باتری سرب اسید تر Flooded
• باتری سیلد لید اسید VRLA
• باتری لیتیوم یون Li-ion

باتری سرب اسید تر یا Flooded

این نوع باتری به دو دسته باتری ماشین و یا باتری های OPzS تقسیم می شوند که نوع OPzS بسیار محدود و نوع ماشینی آن به هیج وجه برای استفاده در نیروگاه خورشیدی توصیه نمی شود.

باتری سیلد لید اسید VRLA

این نوع باتری بر خلاف نوع اول به صورت پک و به اصطلاح به آن باتری خشک گفته می شود. تنوع این باتری به صورت زیر است:

• باتری اتمی ماشین یا همان باتری خشک ماشینی
• باتری AGM که به باتری UPS در بازار مشهور است
• باتری AGM نوع دیپ سایکل
• باتری GEL

همانند باتری اسیدی تر، باتری اسیدی خشک مخصوص ماشین نیز برای استفاده در نیروگاه خورشیدی توصیه نمی شود.

به طور معمول در ایران از باتری های AGM که باتری UPS مشهور است و باتری AGM دیپ سایکل در نیروگاه خورشیدی استفاده می شود. این دو باتری طول عمر نسبتا خوبی داشته به طوری که باتری های AGM با عمق دشارژ ۵۰ درصد در حدود ۳ سال و باتری های دیپ سایکل AGM در حدود ۴ تا ۵ سال طول عمر دارند.

باتری GEL دارای طول عمر بالاتر، قیمت بالاتر و کیفیت مناسبتری برای سیستم های خورشیدی است اما به طور معمول در بازار کمتر یافت می شود. برخی از باتری های ژل با پسوند دیپ سایکل به بازار عرضه می شوند که منظور از این واژه در این مدل باتری ها به معنی طول عمر بالاتر در ازای عمق دشارژ بیشتر است. باتری های ژل به طور معمول بسته به کیفیت تولید کننده در حدود ۵ تا ۷ سال طول عمر دارند.

باتری لیتیوم یون

این نوع از کیفیت و دوام بالاتری به نسبت مابقی باتری ها برخوردار است. باتری های لیتیوم توان ماندگاری در شرایط سخت مانند محیط با دما و رطوبت بالا را دارند. حجم و وزن باتری های لیتیوم کم و به طور معمول در صنایع نظامی، خودرو سازی (خودروی برقی)، تجهیزات الکترونیکی (موبایل و لپتاپ) و سیستم های مخابراتی و خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرد. به دلیل قیمت بالای این نوع باتری در نیروگاه خورشیدی و در ایران به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد. یک باتری لیتیومی دارای طول عمر متوسط بالای ۸ سال و همچنین قیمتی معادل ۵ برابر باتری های AGM‌ یا GEL است.

رابطه طول عمر باتری با عمق دشارژ باتری DOD

یکی از پارامتر های مهم در استفاده از باتری خورشیدی عمق دشارژ یا DOD است. منظور از عمق دشارژ، درصد تخلیه شارژ باتری به نسبت ظرفیت باتری در هر چرخه کاری است. برای مثال اگر از ۵۰ آمپر ساعت یک باتری ۱۰۰ آمپر ساعت در هر روز استفاده شود، عمق دشارژ ۵۰ درصد در نظر گرفته می شود.

عمق دشارژ رابطه مستقیم با طول عمر باتری دارد. در کاتالوگ هر باتری تعداد سیکل کاری باتری بر اساس عمق دشارژ مشخص می شود. برای مثال ممکن است یک باتری با عمق دشارژ ۷۰ درصد حداکثر ۲۰۰ سایکل و با عمق دشارژ ۵۰ درصد در حدود ۴۰۰ سایکل و با عمق دشارژ ۳۰ درصد حدود ۵۰۰ سایکل طول عمر داشته باشد. منظور از تعداد سایکل، تعداد شارژ و دشارژ باتری است. به طور مثال اگر تعداد سایکل یک باتری ۵۰۰ در نظر گرفته شود و این باتری هر روز مورد استفاده قرار بگیرد، بیش از یکسال عمر می کند.