طراحی باتری پکیج برق خورشیدی

به گزارش برق نیوز، هر سیستم برق خورشیدی، شامل مجموعه‌ای از باتری‌ها می‌باشد که می‌توانند انرژی مورد نیاز سیستم در ساعاتی که پنل توان تولید انرژی از نور خورشیدی را ندارد، به سیستم برقی اعمال نمایند. هر باتری دارای ظرفیت مشخص و نیز ولتاژ مشخصی می‌باشد که این دو پارامتر را می‌توان مهم‌ترین پارامتر‌های یک باتری در فرایند طراحی در نظر گرفت.
ظرفیت هر باتری به واحد آمپر ساعت (Ah) مشخص می‌شود که بیانگر میزان جریانی است که باتری می‌تواند در طول یک ساعت به بار اعمال نماید تا ظرفیت آن تمام شود. برای مثال در صورتی که از یک باتری ۱۰۰ آمپر ساعت، جریان ۱۰۰ آمپر را دریافت نماییم، انرژی ذخیره شده در باتری پس از گذشت یک ساعت تمام می‌شود و می‌بایست دوباره آن را شارژ نمود. در صورتی که جریان کشیده شده از باتری کاهش یابد، انرژی ذخیره شده دیر‌تر تمام می‌شود. برای مثال اگر از همان باتری ۱۰۰ آمپر ساعت جریانی معادل ۵۰ آمپر کشیده شود، باتری در حدود دو ساعت جریان دهی می‌کند. ناگفته نماند که این رابطه به صورتی خطی نبوده و اعداد با تقریب ذکر شده اند.

 

 

در هر سیستم برق خورشیدی چالش‌هایی در روند اندازه گیری ظرفیت باتری مورد نیاز وجود دارد که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به نکات زیر اشاره نمود:
۱ – عمر باتری‌های مورد استفاده
۲ – قابلیت جریان دهی در روز‌های ابری
۳ – شارژ مجدد باتری‌ها

 

عمر باتری‌ها پکیج برق خورشیدی
عمر باتری‌ها در یک سیستم برق خورشیدی از اهمیت بالایی برخوردار است و به نوعی راندمان سیستم را مشخص می‌نماید. از مهم‌ترین پارامتر‌های عمر باتری می‌توان به نوع باتری و نیز روش استفاده از آن اشاره کرد که منظور از نوع باتری، ساختار داخلی آن و برند تولید کننده آن می‌باشد. منظور از روش استفاده از آن نیز رعایت پارامتر مهمی به نام عمق دشارژ می‌باشد که برای کسب اطلاعات بیشتر در زمینه آن می‌توانید به مقاله عمق دشارژ باتری خورشیدی از همین سایت مراجعه نمایید.

باتری‌های از لحاظ ساختار داخلی دارای مدل‌های متنوعی می‌باشند که هر کدام از آن‌ها در کاربردی مشخص مورد استفاده قرار می‌گیرند. براثی مثال در سیستم برق خورشیدی، به طور معمول از سه نوع باتری خشک (Seald Leed Acid)، لیتیوم (Li-Ion) و Gel (باتری خورشیدی) استفاده می‌شود که نوع اول عمر کمتری نسبت به نوع دیگر دارد، اما قیمت آن بسیار پایین‌تر می‌باشد. برای افزایش طول عمر باتری‌های پنل خورشیدی، به طور معمول از باتری‌های Gel استفاده می‌شود که این باتری‌ها از عمق دشارژ خوبی برخوردارند.

همچنین عمق دشارژ پارامتری مهم بوده که در باتری‌های خشک، به طور معمول ۶۰ درصد در نظر گرفته می‌شود تا باتری چیزی در حدود ۲ تا ۳ سال عمر مفید داشته باشد. برای مثال در صورتی که باتری معادل ۱۰۰ آمپر ساعت نیاز داشته باشیم، با رعایت عمق دشارژ ۶۰ درصد، به باتری با ظرفیت حدودا ۱۷۰ آمپر ساعت نیاز می‌باشد.

قابلیت جریان دهی در روز‌های ابری
برخی از روز‌های سال، هوا ابری بوده و پنل خورشیدی راندمان مناسبی در فرایند شارژ باتری‌ها را از خود نشان نمی‌دهد. برای این کار به طور معمول تعداد روز‌های متوالی که هوا ممکن است ابری باشد محاسبه شده و در ظرفیت باتری‌ها ضرب می‌گردد. برای مثال در صورتی که در پکیج برق خورشیدی به حداکثر ۱۰۰۰ آمپر ساعت باتری نیاز داشته باشیم و حاکثر سه روز متوالی هوا ابری باشد، در بهترین حالت ظرفیت باتری ۳ برابر یعنی ۳۰۰۰ آمپر ساعت در نظر گرفته می‌شود. اما این کار موجب افزایش هزینه‌ها می‌شود و بسیاری از طراحان این عدد را ۲ یا ۱.۵ در نظر می‌گیرند.

شارژ باتری پنل خورشیدی
بسته به نوع باتری و شرکت سازنده آن، ضریب جریان شارژ باتری مشخص می‌گردد که برای باتری‌های خشک، این عدد در حدود ۰.۱ می‌باشد. برای محاسبه جریان شارژ باتری کافی است این ضریب را در ظرفیت باتری ضرب نماییم. برای مثال در یک باتری ۱۰۰ آمپر ساعت، به جریان شارژی معادل ۱۰ آمپر نیاز است تا باتری در مدت زمان ۱۰ ساعت شارژ گردد. ۱۰ ساعت زمان زیادی بوده و پنل‌های خورشیدی که حداکثر توانایی جریان دهی ۶ ساعت در روز را دارند، نمی‌توانند باتری‌ها را شارژ نمایند. اما از طرفی این رو هم در نظر گرفتیم که باتری‌ها در زمان دشارژ، تا حد مشخصی که همان عمق دشارژ می‌باشد تخلیه می‌شوند. بنابر این می‌توان شارژ سریع‌تر را از باتری‌ها انتظار داشت. باری مثال در صورت استفاده از یک پکیج باتری ۵۰۰ آمپر ساعت و رعایت عمق دشارژ ۶۰ درصد، انرژی معادل ۳۰۰ آمپر ساعت از باتری تخلیه می‌شود و با ضرب عدد ۰.۱ در ۵۰۰ آمپر ساعت، جریانی معادل ۵۰ آمپر بدست می‌آید و از تقسیم عدد ۳۰۰ بر ۵۰، زمان مورد نیاز برای شارژ باتری ۶ ساعت بدست می‌آید. برای کاهش این زمان می‌توانیم ظرفیت کل باتری‌ها را مجدد افزایش دهیم.

با توجه به مطالب گفته شده، در ادامه قصد داریم به یک مثال از طراحی پکیج باتری یک سیستم برق خورشیدی بپردازیم. فرض کنید یک ویلا شامل تجهیزاتی الکتریکی زیر باشد:

۱ – یخچال LG با مصرف انرژی ۵۰۰kWh / Year
۲ – در مجموع ۱۰۰ وات مصرف روشنایی لامپ‌های LED
۳ – تلوزیون LCD با توان مصرفی ۱۴۵ وات
۴ – تجهیزات جانبی تلوزیون در حدود ۱۵۰ وات
۵ – سایر تجهیزات الکتریکی ۳۰۰ وات

همچنین برای انجام محاسبات لازم است تا بدانیم هر کدام از وسایل مورد نظر در طول روز چقدر انرژی مصرف می‌کندد که برای این کار لازم است تا میزان ساعت استفاده از آن‌ها را مشخص نماییم. برای این کار میزان ساعات مصرف تمامی آن‌ها حدود ۸ ساعت در نظر گرفته می‌شود. لازم به ذکر است برای محاسبه انرژی مصرفی یخچال در روز، کافی است تا میزان انرژی مصرفی آن در طول یک سال را بر عدد ۳۶۵ تقسیم نمود. بنابر این مصرف انرژی هر کدام از وسایل فوق به صورت زیر می‌باشد:

۱ – یخچال LG با مصرف انرژی ۱۴۰۰ وات ساعت در روز
۲ – روشنایی در حدود ۸۰۰ وات ساعت در روز
۳ – تلوزیون LCD در حدود ۱۱۶۰ وات ساعت در روز
۴ – تجهیزات جانبی تلوزیون ۱۲۰۰ وات ساعت در روز
۵ – سایر تجهیزات الکتریکی ۲۴۰۰ وات ساعت در روز

بنابر این مجموع انرژی الکتریکی مصرفی در طول روز برابر ۷۰۰۰ وات ساعت یا همان ۷ کیلو وات ساعت است که بخشی از آن را می‌توان از پنل و بخش دیگری را از باتری‌ها دریافت نمود، اما برای اینکار نیاز به برسی دقیق عملکرد تجهیزات بوده، بنابر این در این مثال تمام انرژی مصرفی را بر روی باتری در نظر می‌گیریم. حال با تقسیم کل انرژی مصرفی بر ولتاژ باتری میزان ظرفیت باتری نیز مشخص می‌شود که در این مثال ولتاژ باتری را ۱۲ ولت در نظر می‌گیریم. ظرفیت محاسبه شده تقریبا برابر با ۶۰۰ آمپر ساعت بوده که برای دستیابی به مقدار نهایی کافی است تا این عدد را بر ۰.۶ که همان عمق دشارژ مناسب برای باتری است تقسیم نماییم. حاصل این محاسبه چیزی در حدود ۱۰۰۰ آمپر ساعت است.

 

برای تهیه این ظرفیت می‌توان از ۱۰ باتری ۱۰۰ آمپر ساعت استفاده نمود و آن‌ها را به صورت موازی با یکدیگر قرار داد. همچنین همانطور که در قسمت قبلی نیز اشاره شد با ضرب عدد ۰.۱ در ظرفیت، جریان مورد نیاز برای شارژ باتری نیز مشخص می‌شود که در اینجا عدد ۰.۱ در ۱۰۰۰ آمپر ساعت ضرب می‌شود، زیرا این میزان از ظرفیت باتری مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابر این در این مثال نیاز به جریانی معادل ۱۰۰ آمپر است که در این صورت ۶ ساعت طول می‌کشد تا باتری‌ها شارژ شوند. با توجه به جریان ۱۰۰ آمپر، می‌بایست از کنترل شارژ ۱۰۰ آمپر نیز استفاده گردد.

 

لازم به ذکر است که در هیچ نقطه از کشور متوسط ساعات جریان دهی پنل خورشیدی، برابر ۶ ساعت نبوده و در نتیجه باتری‌ها کامل شارژ نمی‌شوند. برای کاهش این ساعت و نیز افزایش قدرت جریان دهی در روز‌های ابری مکرر، ظرفیت کل در عدد ۱.۵ ضرب می‌گردد که با این کار علاوه بر کاهش مدت زمان شارژ، عمر باتری‌ها نیز افزایش می‌یابد.
در این صورت نیاز به ۱۵۰۰ آمپر ساعت ظرفیت باتری، شارژ کنترلر ۱۵۰ آمپر شارژ ۴ ساعت می‌باشد که می‌توان از ۱۰ باتری ۱۵۰ آمپر ساعت خشک استفاده نمود.