طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه که با نام سیستم‌های ایستاده (Stand-alone) نیز شناخته می‌شود، راهکاری ایده‌آل برای تأمین انرژی الکتریکی در مناطقی است که دسترسی به شبکه برق سراسری ندارند یا اتصال به آن از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه نیست. در واقع طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه به شما امکان می‌دهد بدون وابستگی به هرگونه شبکه سراسری، برق پایدار داشته باشید.

سیستم خورشیدی آفگرید چیست و چرا به طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه نیاز داریم؟

قبل از هر چیز، بیایید با یک مثال ساده مفهوم را روشن کنیم. فرض کنید ویلایی در دل طبیعت دارید که هوای پاک و آرامش آن بی‌نظیر است، اما خبری از تیرهای برق و کنتور نیست. یا شاید یک مطب پزشکی در منطقه‌ای در حال توسعه دارید که قطعی‌های مکرر برق کار شما را مختل می‌کند. اینجاست که طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه وارد میدان می‌شود و تمام نیاز الکتریکی شما را بدون کوچکترین وابستگی به شبکه سراسری تأمین می‌کند.

در یک نگاه ساده، یک سیستم آفگرید مانند یک نیروگاه کوچک شخصی عمل می‌کند که:

• برق مورد نیاز را خودش تولید می‌کند (با پنل‌های خورشیدی)
• انرژی اضافه را برای شب و روزهای ابری ذخیره می‌کند (در باتری‌ها)
• جریان برق را برای وسایل خانگی قابل استفاده می‌کند (با اینورتر)

و برخلاف تصور بسیاری، طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه آنقدرها هم پیچیده نیست. فقط باید چند اصل مهم را درک کنید و گام‌به‌گام پیش بروید.

گام اول: تحلیل بار مصرفی؛ پایه و اساس طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه

اگر بخواهیم با یک مثال واقعی پیش برویم، بیایید یک ساختمان مسکونی معمولی را در نظر بگیریم. اولین و مهم‌ترین مرحله در طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه، تهیه لیست دقیقی از تمام وسایل برقی و میزان مصرف آن‌هاست.

مثال عملی تحلیل بار برای یک ساختمان مسکونی:

اما این همه ماجرا نیست. این عدد برق مصرفی مستقیم بارهاست. وقتی پای اینورتر و باتری به میان می‌آید، باید تلفات انرژی را هم محاسبه کنیم. در این مثال، مجموع انرژی مورد نیاز روزانه حدود ۷۴۶۳ وات-ساعت برآورد شده است که باید در طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه لحاظ شود.

گام دوم: انتخاب اینورتر مناسب و تعیین ولتاژ در طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه

اینورتر قلب تپنده یک سیستم آفگرید است. وظیفه آن تبدیل جریان مستقیم (DC) ذخیره شده در باتری‌ها به جریان متناوب (AC) است تا وسایل خانگی شما بتوانند از آن استفاده کنند.

نکته مهمی که باید در طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه بدانید: هیچ اینورتری با بازدهی ۱۰۰٪ کار نمی‌کند. در این مثال، بازده اینورتر ۸۵٪ در نظر گرفته شده است. یعنی از هر ۱۰۰ وات انرژی ورودی، فقط ۸۵ وات به عنوان برق قابل استفاده به بارهای شما می‌رسد.

ولتاژ سیستم نیز در این طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه، ۲۴ ولت انتخاب شده است که باید با ورودی اینورتر مطابقت داشته باشد.

مشاهده انواع اینورترهای موجود در میرکاسان

گام سوم: محاسبه تلفات و راندمان باتری در طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه

انرژی تولیدی پنل‌ها مستقیماً به مصرف نمی‌رسد. بخشی از آن در فرآیند شارژ و دشارژ باتری از بین می‌رود. این پدیده را با نام راندمان رفت و برگشت باتری (Round Trip Efficiency) می‌شناسیم. در طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه باید این تلفات را دقیق محاسبه کرد.

در این طراحی، راندمان باتری ۸۵٪ لحاظ شده است. چرا چون:

• بخش قابل توجهی از انرژی در طول روز مستقیماً مصرف می‌شود
• باتری‌هایی با کیفیت بالا در این پروژه به کار رفته است

با در نظر گرفتن هر دو راندمان (اینورتر و باتری)، کل تقاضای انرژی روزانه به شکل زیر محاسبه می‌شود:

یعنی برای تأمین ۷۴۶۳ وات‌ساعت مصرف مستقیم، طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه باید توان تولید حدود ۸۷۸۰ وات‌ساعت را داشته باشد.

مشاهده انواع باتری‌های خورشیدی موجود در میرکاسان

گام چهارم: طراحی بر اساس بدترین شرایط تابش (ماه طراحی)

یکی از اشتباهات رایج در طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه، خوش‌بینانه عمل کردن است. یک طراح حرفه‌ای هرگز سیستم را برای روزهای آفتابی تابستان طراحی نمی‌کند.

قانون طلایی در طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه: سیستم را برای بدترین شرایط سال طراحی کنید، نه بهترین شرایط!

در نیمکره شمالی، ماه‌های دسامبر (آذر/دی) یا ژانویه کمترین میزان تابش خورشید را دارند. در یک پروژه واقعی در کشور اردن، ماه دسامبر به عنوان ماه طراحی انتخاب شده است. برای جذب حداکثر انرژی در این ماه که خورشید در ارتفاع پایینی از آسمان قرار دارد، پنل‌ها باید با زاویه تندتری نصب شوند. در این پروژه، زاویه شیب ۵۰ درجه برای بهینه‌سازی تابش در ماه دسامبر توصیه شده است.

گام پنجم: تعیین تعداد پنل‌ها و پیکربندی رشته‌ها در طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه

حالا به محاسبه اصلی می‌رسیم. باید مشخص کنیم چه تعداد پنل خورشیدی برای تأمین انرژی محاسبه‌شده نیاز داریم. این بخش نیاز به دقت بالایی دارد.

الف) تعداد کل پنل‌ها:

فرض کنید هر پنل خورشیدی در شرایط واقعی عملیاتی (نه در شرایط استاندارد آزمایشگاهی) حدود ۱۶۳ وات-ساعت در روز تولید کند. آنگاه:

ب) تعداد پنل در هر رشته (سری):

ولتاژ نامی هر پنل در این طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه، ۱۴٫۸ ولت و ولتاژ باس باتری ۲۴ ولت است.

ج) تعداد رشته‌های موازی:

گام ششم: نکات مهم در نصب و مکان‌یابی

حتی بهترین طراحی هم بدون اجرای صحیح بی‌فایده است. قبل از شروع نصب، حتماً موارد زیر را در محل پروژه بررسی کنید:

• سقف مناسب: آیا سازه ساختمان توانایی تحمل وزن پنل‌ها و تجهیزات را دارد؟
• دسترسی خورشیدی: درختان، ساختمان‌های مجاور یا هر مانعی که سایه می‌اندازد را شناسایی کنید
• مختصات جغرافیایی: موقعیت دقیق پروژه را برای استخراج داده‌های تابش خورشید تعیین کنید
• فضای تجهیزات: یک اتاق الکتریکی استاندارد با تهویه مناسب برای اینورتر، کنترل‌کننده شارژ و بانک باتری در نظر بگیرید

جدول جمع‌بندی محاسبات طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه

جمع‌بندی و قدم بعدی

طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه فرآیندی فراتر از نصب چند پنل روی پشت بام است. این کار نیازمند تحلیل دقیق الگوهای مصرف، شناخت صحیح تجهیزات (مانند بازده ۸۵ درصدی اینورتر) و تطبیق زاویه نصب با بدترین شرایط تابش سال (زاویه ۵۰ درجه برای دسامبر) است. تنها با رعایت این استانداردهای مهندسی در طراحی سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه است که می‌توان از تأمین پایدار انرژی در تمام روزهای سال اطمینان حاصل کرد.

منبع: Design of Photovoltaic Systems – The University of Jordan

آیا برای طراحی و اجرای سیستم خورشیدی ویلای خود نیاز به کمک دارید؟

همین حالا با مشاوران فنی ما تماس بگیرید تا با بررسی دقیق نیاز شما، بهترین پکیج خورشیدی را با مناسب‌ترین قیمت طراحی کنیم. ما علاوه بر طراحی تخصصی و اجرای حرفه‌ای، انواع اینورترها، باتری‌ها و پنل‌های خورشیدی با بالاترین کیفیت و گارانتی معتبر را در اختیار شما قرار می‌دهیم.

برای دریافت مشاوره رایگان و استعلام قیمت، با شماره‌های زیر تماس بگیرید:

۰۹۱۱۴۱۵۰۴۴۴۸ و ۰۹۱۱۳۱۱۸۲۶۰