تعریف : سیستم فتوولتاییک خورشیدی یا سیستم انرژی خورشیدی یکی از سیستم های انرژی تجدید پذیر است که از ماژول های PV برای تبدیل نور خورشید به الکتریسیته استفاده می کند . الکتریسیته تولید شده را هم می توان ذخیره نمود و یا به طور مستقیم استفاده کرد ؛ به خط شبکه تزریق کرد و یا در نهایت با یک یا چند ژنراتور یا منابع تولید انرژی تجدید پذیر ترکیب کرد.
اجزای اصلی
یک سیستم PV خورشیدی از بخش های مختلفی تشکیل شده که بایستی با توجه به کاربرد ، موقعیت مکانی و نوع سیستم انتخاب شوند . اجزای اصلی سیستم عبارتند از : ماژول فتوولتاییک ( پنل خورشیدی ) ، شارژ کنترلر ، اینورتر ، باتری و بار مصرفی .
تعیین مقادیر اجزای اصلی
1 . تعیین میزان مصرف توان . اولین مرحله در طراحی سیستم فتوولتاییک خورشیدی این است که کل توان و انرژی مصرفی برای تمام بارهایی که نیاز به تغذیه دارند را مشخص کنیم :
1 – 1 . میزان وات ساعت مصرفی هر وسیله را در طی یک روز محاسبه کنید . سپس مقادیر وات ساعت های مصرفی کلیة وسایل را برای یک روز با هم جمع کنید .
2 – 1 . عدد بدست آمده را در 1.3 ضرب کنید تا میزان وات ساعتی که پنل باید در طی یک روز تولید کند بدست بیاید . ( 1.3 میزان تلفات انرژی در سیستم است ) .
2 . تعیین اندازة ماژول PV
هر چه اندازة ماژول بزرگتر باشد به همان میزان توان بیشتری تولید خواهد نمود . برای مشخص کردن اندازة ماژول PV ، باید ابتدا بیشترین توان تولیدی را بدست آوریم . بیشترین توان تولیدی یا وات پیک( Wp ) بستگی به ماژول PV و آب و هوای منطقة مورد نظر دارد . بدین منظور به عاملی نیاز داریم به نام " ضریب تولید پنل " . ( به ضریب تولید پنل ، پیک سان شاین هم گفته می شود . )
برای تعیین اندازة ماژول به طریق زیر عمل می کنیم :
1 – 2 . محاسبة وات پیک کل ( Wp Total ) . میزان کل وات ساعت هایی که در طول روز نیاز داریم تا توسط ماژول تولید شود ( عدد بدست آمده از قسمت 2-1 ) را بر ضریب تولید پنل تقسیم کنید تا وات پیک کلی که توسط پنل ها باید تولید شود بدست آید .
2 – 2 . محاسبة تعداد پنل های مورد نیاز برای سیستم . جواب بدست آمده از قسمت 1 – 2 را بر Wp نامی پنل هایی که در اختیار دارید تقسیم کرده و حاصل بدست آمده را به سمت عدد صحیح بزرگتر گرد کنید . جواب ، تعداد پنل هایی که باید استفاده کنید را مشخص می کند .
البته باید توجه داشت که حاصل این محاسبه حداقل پنل هایی که باید استفاده کنیم را مشخص می کند . مسلماً اگر پنل های بیشتری استفاده کنیم عملکرد سیستم بهتر خواهد بود و همچنین طول عمر باطری هم افزایش خواهد یافت .
3 . تعیین اندازة اینورتر .
در صورت نیاز به خروجی AC بایستی از یک اینورتر استفاده کنیم . نکتة بسیار مهم این است که
ورودی اینورتر به هیچ وجه نبایستی از مجموع توان تمام وسایل برقی کمتر باشد . همچنین ولتاژ نامی و باطری باید با هم برابر باشند .
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 . اگر از موتور یا کمپرسور استفاده نماییم اندازة اینورتر باید حداقل 3 برابر ظرفیت آنها باشد تا بتواند جریان ضربه را تحمل کند .
برای سیستم های متصل به شبکه ، ورودی اینورتر باید با آرایة PV برابر باشد تا عملکرد سیستم ایمن و مؤثر باشد .
4 . تعیین اندازة باطری . باطری های مورد استفاده در سیستم های PV خورشیدی باید قابلیت این را داشته باشند که تا پایین ترین سطح انرژی دشارژ شده و سپس به سرعت شارژ شوند . ( عموماً از باطری های لید اسید خشک استفاده می شود . ) همچنین ظرفیت آنها به اندازه ای باشد که بتواند وسایل و تجهیزات مورد استفاده را در شب و روزهای ابری به راه بیاندازد . برای تعیین اندازة باطری به طریق زیر محاسبه 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 باطری ( که همان ولتاژ باس سیستم است ) تقسیم نمایید .
5 – 4 . حال این عدد را در تعداد روزهایی که تابش خورشید وجود ندارد Days of Autonomy ( یعنی در واقع پنل ها توانی تولید نمی کنند ) و نیاز داریم که از سیستم ولتاژ بگیریم ؛ ضرب کنید . ( معمولاً بین 3 تا 5 روز )
5 . تعیین اندازة شارژ کنترلر خورشیدی .
شارژ کنترلر عموماً بر مبنای ظرفیت ولتاژ و جریان ارزیابی می شود . ولتاژ بایستی مطابق با باطری و آرایة PV در نظر گرفته شده و همین طور بتواند جریان آرایة PV را تحمل کند .
برای شارژ کنترلرهای نوع سری ، اندازة کنترلر بستگی به جریان ورودی کل PV که وارد کنترلر میشود و همچنین ساختار پنل PV دارد ( سری یا موازی ) .
به طور استاندارد برای تعیین اندازة شارژ کنترلر جریان مدار کوتاه آرایة PV ( Isc ) را در عدد 1.3 ضرب می کنند .
مثــــــــــــــــــــــال .
میزان مصرف وسایل الکتریکی یک خانه به شرح ذیل می باشند :
5 لامپ فلورسنت 11 وات به مدت 5 ساعت
یک رادیوی 5 وات به مدت 5 ساعت
یک تلویزیون 70 وات به مدت 5 ساعت
یک پنکة 40 وات به مدت 5 ساعت
مشخصات پنل موجود : Pm = 110 wp
Vm = 16.7 Vdc
Im = 6.6 a
Voc = 20.7 v
Isc = 7.5 a
مرحلة 1 .
کل مصرف وسایل الکتریکی: (55w X 5h ) + (5w X 5h ) + (70w X 5h ) + (40w X 5h)
= 850 wh/day
میزان توان مورد نیاز از پنل ها : 850 X 1.3 = 1105 wh/day
مرحلة 2 : تعداد پنل
وات پیک کل : 1105 / 3.4 = 325 wp
تعداد پنل های مورد نیاز : 325 / 110 = 2.95 ⟹
مرحلة 3 : اینورتر
مجموع توان تمامی وسایل : 55 + 5 + 70 + 40 = 170 w
انتخاب اینورتر مناسب x 25 – 30 % ←
مرحلة 4 : باطری
کل مصرف وسایل : 850 w
ولتاژ نامی باطری : 12 v
روزهای تاریک : 3 days
ظرفیت باطری = 850/(0.6 * 0.85 *12) x 3 = 416.66 Ah ⟹
مرحلة 5 : شارژ کنترلر
Isc = 7.5 A
panel numbers = 4 ⟹ ظرفیت شارژ کنترلر = 4 x 7.5 x 1.3 = 39