سیستم خورشیدی مستقل از شبکه برای مکان‌هایی مناسب است که دسترسی به شبکهٔ برق ندارند یا هزینهٔ انشعاب در آن‌ها بالاست: سایت‌های مخابراتی، چاه‌های کشاورزی دورافتاده، ویلاها و ایستگاه‌های پایش. در این سیستم، باتری نقش شبکه را بازی می‌کند و معمولاً بیشترین سهم هزینه را دارد.
گام ۱: محاسبهٔ انرژی مصرفی روزانه
برای هر مصرف‌کننده، توان را در ساعت کارکرد روزانه ضرب کنید:
| مصرف‌کننده | توان (وات) | ساعت در روز | انرژی (وات‌ساعت) |
|---|---|---|---|
| ۸ لامپ LED | ۹۶ | ۵ | ۴۸۰ |
| یخچال کم‌مصرف | ۱۰۰ (میانگین ۴۰) | ۲۴ | ۹۶۰ |
| تلویزیون | ۱۲۰ | ۴ | ۴۸۰ |
| پمپ آب | ۴۰۰ | ۱ | ۴۰۰ |
| شارژ و مودم | ۳۰ | ۸ | ۲۴۰ |
| مجموع | ۲۵۶۰ وات‌ساعت | ||
توجه کنید که برای یخچال باید مصرف میانگین روزانه (با لحاظ سیکل کمپرسور) استفاده شود، نه توان نامی ضربدر ۲۴.
گام ۲: محاسبهٔ ظرفیت بانک باتری
سه پارامتر تعیین‌کننده است:
- روزهای خودکفایی (Autonomy): تعداد روزهای ابری که سیستم باید بدون تولید کار کند؛ معمولاً ۲ تا ۳ روز
- حداکثر عمق تخلیه (DoD): برای باتری سرب-اسید حدود ۵۰ درصد و برای لیتیوم فسفات آهن تا ۸۰ تا ۹۰ درصد
- راندمان مسیر: تلفات اینورتر و باتری، تقریباً ضریب ۰٫۸۵
با مصرف روزانهٔ ۲۵۶۰ وات‌ساعت، دو روز خودکفایی و راندمان ۰٫۸۵:
- انرژی مورد نیاز از باتری: ۲۵۶۰ × ۲ ÷ ۰٫۸۵ ≈ ۶۰۲۴ وات‌ساعت
- با باتری سرب-اسید (DoD ۵۰٪): ظرفیت لازم ≈ ۱۲۰۵۰ وات‌ساعت → در ولتاژ ۴۸ ولت حدود ۲۵۰ آمپرساعت
- با باتری لیتیوم (DoD ۸۰٪): ظرفیت لازم ≈ ۷۵۳۰ وات‌ساعت → در ولتاژ ۴۸ ولت حدود ۱۵۷ آمپرساعت
گام ۳: محاسبهٔ توان پنل
توان پنل بر پایهٔ ساعات تابش مؤثر روزانه (Peak Sun Hours) محاسبه می‌شود. اگر این مقدار برای محل پروژه در بدترین ماه ۴ ساعت باشد:
- انرژی لازم در خروجی پنل: ۲۵۶۰ ÷ ۰٫۸۵ ≈ ۳۰۱۲ وات‌ساعت
- توان پنل مورد نیاز: ۳۰۱۲ ÷ ۴ ≈ ۷۵۳ وات
- با حاشیهٔ اطمینان ۲۵ درصد برای آلودگی، دما و افت سالانه: حدود ۱ کیلووات
طراحی بر پایهٔ بدترین ماه سال، قاعدهٔ استاندارد سیستم‌های off-grid است؛ طراحی بر مبنای میانگین سالانه در زمستان با کمبود مواجه می‌شود.
انتخاب شارژ کنترلر
- PWM: ارزان، راندمان کمتر، مناسب سیستم‌های کوچک با ولتاژ پنل نزدیک به ولتاژ باتری
- MPPT: راندمان بالاتر (معمولاً ۱۵ تا ۳۰ درصد برداشت بیشتر)، امکان استفاده از پنل با ولتاژ بالاتر و کابل نازک‌تر؛ گزینهٔ پیش‌فرض در سیستم‌های امروزی
جریان کنترلر باید با حاشیهٔ مناسب بیشتر از جریان اتصال کوتاه آرایه انتخاب شود.
مقایسهٔ باتری سرب-اسید و لیتیوم
| شاخص | سرب-اسید | لیتیوم (LFP) |
|---|---|---|
| قیمت اولیه به ازای کیلووات‌ساعت | کمتر | بیشتر |
| عمق تخلیهٔ مجاز | حدود ۵۰٪ | ۸۰ تا ۹۰٪ |
| تعداد سیکل | چند صد تا حدود ۱۵۰۰ | چند هزار |
| وزن و حجم | بیشتر | کمتر |
| راندمان شارژ | حدود ۸۰ تا ۸۵٪ | بیش از ۹۵٪ |
| نگهداری | نیازمند بازرسی (در نوع آزاد) | عملاً بدون نگهداری |
| هزینهٔ هر کیلووات‌ساعت در طول عمر | بیشتر | کمتر |
نکات اجرایی
- بانک باتری را در محل با دمای کنترل‌شده نصب کنید؛ گرما عمر باتری را به شدت کم می‌کند.
- باتری‌های با سن و ظرفیت متفاوت را در یک بانک ترکیب نکنید.
- برای باتری سرب-اسید آزاد، تهویهٔ محل برای تخلیهٔ هیدروژن الزامی است.
- کابل‌کشی DC را کوتاه و با سطح مقطع کافی اجرا کنید؛ افت ولتاژ در این بخش هزینهٔ مستقیم انرژی است.
- سیستم مدیریت باتری (BMS) در بانک لیتیومی، تجهیزی ضروری و نه اختیاری است.
طراحی و اجرای سیستم‌های خورشیدی مستقل از شبکه، از خدمات تخصصی هایپر صنعت فراز است.
