طراحی سیستم های خورشیدی

محاسبات سیستم :

پس از اینکه اموزش های وسایل یک سیستم خورشیدی را مطالعه نمودید اکنون اماده اید تا یک سیستم را طراحی کنید. در زیر ما یک سیستم خورشیدی را بعنوان نمونه طراحی کرده ایم:
برای طراحی سیستم خورشیدی ابتدا باید میزان مصارف و محاسبات انها را انجام بدهیم سپس با توجه به نیاز می توانیم وات و تعداد پنل خورشیدی ، شارژ کنترلر ، باتری خورشیدی، اینورتر ، وسایل حفاظتی و کابل ها را مشخص کرد . هر چند می توانیم از ابزار محاسبه نیز استفاده کنیم .

در این قسمت ما محاسبات سیستم های خورشیدی را مورد بررسی قرار می دهیم . برای اینکه درک بهتر مطلب من محاسبات یک سیستم برای یک ویلای کوچک یا یک خانه خیلی کوچک را طراحی می کنم
گام اول :

در گام اول باید نوع وسایل برقی که می خواهند از سیستم استفاده کنند را مشخص کنیم (انتخاب وسایل کم مصرف در سیستم خورشیدی دارای اهمیت است ) :

• یخچال ۵ فوت

• تلویزیون LED 19 اینچ

• روشنایی LED

گام دوم :

باید توان مصرفی هر یک از این وسایل مشخص شود . برای وسایل مثال ما مصرف به قرار زیر است :

• توان مصرفی یخچال ۱۰۰ وات

• توان مصرفی تلویزیون ۵۰ وات

• استفاده از ۶ لامپ ۱۰ وات LED برای تامین روشنایی مجموعاً ۶۰ وات

گام سوم :

در این گام باید ساعات استفاده و زمان استفاده را مشخص کنیم . زمان استفاده یعنی زمانی که این وسیله کار می کند ایا پنل ها برق تولید می کنند یا نه ؟ یا بهتر است بگوییم ایا این وسیله برق مورد نیاز خود را از باتری دریافت می کند یا از پنل خورشیدی؟ برای مثال ما ساعات و زمان مصرف به قرار زیر است :

• یخچال ۵ ساعت در ۲۴ ساعت = ۳٫۵ ساعت با باتری + ۱٫۵ ساعت با پنل

• تلویزیون ۶ ساعت در ۲۴ ساعت = ۴ ساعت با باتری + ۲ ساعت با پنل

• روشنایی ۵ ساعت در ۲۴ ساعت = ۵ ساعت با باتری

گام چهارم :

باید میزان وات مصرفی کل و میزان وات مصرفی باتری ها و میزان وات مصرفی پنل ها را محاسبه کنیم .

میزان کل توان مصرفی :

میزان وات مصرفی از باتری ها :

میزان وات مصرفی از پنل ها :

گام پنجم :

در این گام محاسبات سیستم به تفکیک مانند زیر انجام می شود :

باتری مورد نیاز:

• با توجه به اینکه ما باتری ها را کامل تخلیه نمی کنیم در این مثال میزان شارژ باقی مانده در باطری را ۴۰% در نظر می گیریم که نسبتاً خوب است .

پس ظرفیت بانک باتری باید در حدود ۱۰۰ امپر ساعت باشد . که میتوانیم از یک عدد باتری ۱۰۰ امپر استفاده کنیم .

پنل مورد نیاز :

در محاسبه پنل مورد نیاز باید کل توان مصرفی را تقسیم بر میانگین تابش در ان منطقه کرد. ما فرض می کنیم که این پنل ها را در اصفهان می خواهیم نصب کنیم پس باید کل توان مصرفی را تقسیم بر ۴٫۶ می کنیم :

برای این سیستم می توانیم از دو عدد پنل ۱۲۰ وات استفاده کنیم.( البته از تلفات های سیستم صرفه نظر کرده ایم)

شارژ کنترلر :

در این مثال ما از دو عدد پنل ۱۲۰ وات استفاده می کنیم . همانطور که در کاتالوگ پنل ذکر شده است ماکزیمم جریان پنل ۶٫۷ امپر است.

با توجه به اینکه ماکزیمم جریان یکی از پنل ها ۶٫۷ امپر است و ما دو پنل داریم پس جریان کل برابر ۱۳٫۴ امپر می شود .

با توجه به میزان جریان ، برای این سیستم ما یک شارژ کنترلر ۱۵ امپر از نوع PWM انتخاب می کنیم .

انتخاب اینورتر :

ابتدا بگذارید از اینجا شروع کنیم که وسایل الکتریکی دو نوع هستند :

• وسایل برقی معمولی (مقاومتی ) : این نوع وسایل در هنگام راه اندازی جریانی زیادتر از جریان حالت دائم کار خود از مدار نمی کشند . (البته در هنگام راه اندازی کمی زیادتر جریان دریافت می کنند ولی انقدر زیاد نیست که در محاسبات تاثیر داشته باشد )

• وسایل برقی دارای موتور : این وسایل در هنگام راه اندازی یک جریان راه انداز دارند یعنی جریان هنگام راه اندازی چند برابر جریان حالت دائم کار انهاست .

پس در انتخاب اینورتر باید به این نکته توجه کرد که وسایل ما از کدام نوع هستند . اگر وسایل برقی موتوری را می خواهیم با اینورتر راه اندازی کنیم توان راه اندازی اینورتر باید حداقل هشت برابر توان وسیله موتوری باشد تا بتواند جریان گذرا یا جریان راه اندازی موتور را تامین کند . البته راه دیگر این است که بجای چند برابر کردن توان اینورتر می توانیم از سافت استارتر استفاده کنیم .

• نکته :

سافت استارتر وسیله ای است برای راه اندازی ارام موتور است یعنی جریان راه اندازی را در موتور کاهش می دهد . که این عامل علاوه بر کاهش تنش های میکانیکی موتور ، تنش های الکتریکی را نیز کاهش می دهد و باعث افزایش طول عمر موتور می شود .

پس ما فرض می گیریم که سافت استارتر برای راه اندازی موتور یخچال داریم و لامپ های LED هم از برق DC استفاده کنند (چون LED ها توانایی کار با برق DC را دارند پس نیازی به اینورتر ندارند ) و چون مصرف تلویزیون و یخچال همزمان ۱۵۰ وات است پس بهتر است یک اینورتر با توان واقعی (توان دائم کار) ۲۰۰ وات انتخاب کنیم که قابلیت تحمل ۲ برابر بار نامی را داشته باشد . ( می توانیم اینورتر ۱۵۰ وات هم استفاده کنیم ولی توصیه نمی کنم )

• نکته :

توان واقعی یا توان دائم کار همانطور که از نامش معلوم است به توانی می گویند که اگر ما ان توان را برای ساعت ها از وسیله دریافت کنیم هیچ گونه افت توان ، داغ شدگی یا خاموشی دستگاه را شاهد نباشیم . توان واقعی را می توان با همان لامپ های رشته ای قدیمی تست کرد به این صورت که مثلاً ما یک اینورتر ۲۰۰ وات واقعی داریم پس دو عدد لامپ ۱۰۰ وات به ا

ان متصل می کنیم و چندین ساعت بعد اگر دستگاه خاموش نشد یا افت توان و داغ شدگی شدید نداشت پس واقعاً اینورتر ۲۰۰ وات واقعی تحویل می دهد .

انتخاب سطح مقطع کابل ها :

برای انتخاب سطح مقطع کابل ها می توانیم از این ابزار استفاده کنیم :

http://www.freesunpower.com/wire_calc.php

انتخاب سطح مقطع کابل از پنل ها تا شارژ کنترلر :

فاصله پنل ها تا شارژ کنترلر ۱۲ متر است و میزان امپر تولیدی پنل ها ۱۳٫۴ امپر است . اگر این مقادیر را به نرم افزار وارد کنیم و میزان افت را ۳% در نظر بگیریم پس از تبدیل سایز کابل از سیستم AWG به سیستم متریک (برای توضیحات بیشتر به قسمت تبدیل AWG به مراجعه کنید ) باید کابلی با سطح مقطع ۱۳٫۲۹ میلی متر مربع انتخاب کرد . با توجه به اینکه کابل با این سایز وجود ندارد ما کابلی با سطح مقطع بزرگتر که وجود دارد را انتخاب می کنیم یعنی کابلی با سطح مقطع ۱۶ میلی متر مربع .

انتخاب سطح مقطع کابل از شارژ کنترلر تا باتری ها :

همانطور که قبلاً گفته شد می توانیم همان کابلی که برای پنل ها استفاده کردیم اینجا نیز استفاده کنیم چون فاصله ان زیاد نیست و هزینه زیادی ندارد . اما اگر می خواهیم که دقیق باشد می توانیم دوباره از نرم افزار استفاده کرده و میزان دقیق را بدست بیاوریم . با توجه به اینکه شارژ کنترلر از باتری ها ۲ متر فاصله دارد و چون از شارژ کنترلر PWM استفاده کردیم جریان را همان ۱۳٫۴ امپر در نظر می گیریم . اگر این مقادیر را به نرم افزار وارد کنیم می بینیم که باید کابلی با سطح مقطع ۲٫۶۳ میلی متر مربع انتخاب کنیم که این کابل در بازار نیست پس می توانیم یک کابل با سطح مقطع ۴ انتخاب کنیم .

انتخاب سطح مقطع کابل برای اتصالات داخلی باتری ها و از باتری ها تا اینورتر :

همانطور که گفتیم این کابل ها باید بزرگترین کابل های درون سیستم باشند (برای توضیحات بیشتر به قسمت سیم & کابل مراجعه کنید ) با توجه به اینکه فاصله باتری ها تا اینورتر کم است یعنی حدود ۲ متر است پس ما سطح مقطع این کابل را نیز ۱۶ میلی متر مربع در نظر می گیریم .

حتماً سوال می کنید که شما گفتید که این قسمت سیستم باید بزرگترین کابل ها را داشته باشند پس چرا سایز این کابل ها را با کابل پنل ها یکی در نظر گرفتید ؟

جواب این است که اگر دقت کنید می بینید که فاصله اینورتر تا باتری ها ۲ متر و فاصله پنل تا شارژ کنترلر ۱۲ متر است . اگر ما فرض کنیم جریان خروجی از باتری ها به سمت اینورتر ۲۵ امپر باشد و فاصله را همان ۱۲ متر در نظر بگیریم با وارد کردن این مقادیر به نرم افزار میبینیم که به کابلی با سطح مقطع حدود ۲۷ میلی متر مربع نیاز داریم . پس در نتیجه با توجه به فاصله کم بزرگترین کابل در سیستم را برای این قسمت انتخاب کرده ایم .

انتخاب وسایل حفاظتی :

برای انتخاب فیوز می توانیم از فیوزهای ماشین استفاده کنیم ما برای این سیستم فیوزهای زیر را انتخاب کردیم :

• یک فیوز ۱۵ امپر از پنل ها به سمت شارژ کنترلر

• چون ما از شارژ کنترلر PWM استفاده می کنیم پس بعد از شارژ کنترلر جریان اضافه نداریم (برای توضیحات بیشتر به قسمت شارژ کنترلر مراجعه کنید ) پس یک فیوز ۱۵ امپری برای بعد از شارژ کنترلر استفاده می کنیم .

• بدلیل استفاده از اینورتر استاندارد که دارای سطح حفاظتی مطلوب می باشد نیاز به گذاشتن فیوز برای اینورتر نیست .

• اگر از اینورتر ایزوله استفاد نمی کنید برای اطمینان بیشتر یک کلید محافظ جان نیز استفاده کنید.

منبع: کالاآموز