سیستم آفگرید برای چه مکانهایی مناسب است؟
سیستم خورشیدی مستقل از شبکه برای باغ، ویلا، دامداری، ایستگاه مخابراتی، کانکس، پمپ آب، مناطق روستایی و هر محلی که دسترسی به شبکه برق ندارد یا هزینه توسعه شبکه در آن زیاد است، کاربرد دارد.
در این سیستم، تمام انرژی موردنیاز باید از پنل، باتری و در برخی پروژهها ژنراتور تأمین شود. به همین دلیل محاسبه دقیق مصرف، تولید خورشیدی و ظرفیت ذخیرهسازی اهمیت بسیار زیادی دارد.
فهرست مطالب
۱. تعریف سیستم آفگرید ۲. اجزای سیستم ۳. نحوه عملکرد ۴. تفاوت با آنگرید و هیبریدی ۵. کاربردهای سیستم آفگرید ۶. مزایا و محدودیتها ۷. محاسبه مصرف ۸. محاسبه پنل ۹. محاسبه باتری ۱۰. انتخاب اینورتر ۱۱. مثال کامل طراحی ۱۲. چکلیست نهاییسیستم خورشیدی مستقل از شبکه چیست؟
سیستم خورشیدی مستقل از شبکه، سامانهای است که برای تأمین برق مصرفکننده به شبکه سراسری وابسته نیست. پنلها در طول روز انرژی تولید میکنند و بخشی از انرژی مستقیماً به بارها میرسد.
انرژی اضافه در باتری ذخیره میشود تا در شب، ساعات کمتابش یا روزهای ابری مورد استفاده قرار گیرد.
در سیستم آفگرید، شبکه برق نقش منبع پشتیبان دائمی را ندارد؛ بنابراین ظرفیت پنل و باتری باید برای تأمین مطمئن بار کافی باشد.
اجزای اصلی سیستم خورشیدی آفگرید
پنل خورشیدی
انرژی تابشی خورشید را به برق DC تبدیل میکند.
- تعیینکننده ظرفیت تولید
- وابسته به تابش محل
- نیازمند نصب بدون سایه
- متصل به MPPT
اینورتر آفگرید
برق DC پنل و باتری را به برق AC موردنیاز مصرفکننده تبدیل میکند.
- خروجی سینوسی خالص
- مدیریت شارژ باتری
- حفاظت اضافهبار
- کنترل منابع انرژی
بانک باتری
انرژی تولیدشده در طول روز را برای ساعات بدون تابش ذخیره میکند.
- تأمین بار شبانه
- پشتیبانی در هوای ابری
- تأمین توان لحظهای
- نیازمند حفاظت مناسب
شارژکنترلر MPPT
شارژکنترلر انرژی پنل را مدیریت کرده و ولتاژ و جریان مناسب برای شارژ باتری را فراهم میکند. در بسیاری از اینورترهای آفگرید جدید، MPPT داخل دستگاه قرار دارد.
تابلو و تجهیزات حفاظتی
- فیوز و کلید DC پنل
- کلید قطع باتری
- فیوز نزدیک قطب مثبت باتری
- حفاظت اضافهولتاژ DC و AC
- کلید حفاظتی خروجی AC
- سیستم ارت و همبندی
- کابل و کانکتور استاندارد
سیستم آفگرید چگونه کار میکند؟
در طول روز
در ساعات آفتابی، انرژی پنل ابتدا برای تأمین بارهای فعال استفاده میشود. اگر تولید پنل بیشتر از مصرف باشد، انرژی اضافی برای شارژ باتری استفاده میشود.
در شب
زمانی که پنل تولیدی ندارد، انرژی موردنیاز بارها از بانک باتری تأمین و توسط اینورتر به برق AC تبدیل میشود.
در هوای ابری
اگر تولید پنل کمتر از مصرف باشد، کسری انرژی از باتری تأمین میشود. ادامه این شرایط میتواند سطح شارژ باتری را کاهش دهد.
هنگام کاهش شدید شارژ باتری
اینورتر یا BMS برای جلوگیری از تخلیه بیش از حد، خروجی را محدود یا قطع میکند. در برخی پروژهها ژنراتور پشتیبان در این شرایط فعال میشود.
عملکرد مطمئن سیستم به تعادل میان تولید پنل، ظرفیت باتری و مصرف روزانه وابسته است. بزرگبودن اینورتر بهتنهایی کمبود انرژی را جبران نمیکند.
تفاوت سیستم آفگرید، آنگرید و هیبریدی
| ویژگی | آفگرید | آنگرید | هیبریدی |
|---|---|---|---|
| نیاز به شبکه | ندارد | دارد | معمولاً دارد |
| باتری | ضروری | معمولاً ندارد | دارد |
| کار هنگام قطع شبکه | بله | خیر | از خروجی Backup |
| فروش برق | خیر | ممکن است | وابسته به مدل |
| هزینه ذخیرهسازی | زیاد | ندارد | دارد |
| کاربرد اصلی | مناطق بدون شبکه | کاهش قبض یا فروش برق | برق پشتیبان و مدیریت انرژی |
کاربردهای سیستم خورشیدی مستقل از شبکه
تأمین برق روشنایی، یخچال، تلویزیون، دوربین و پمپهای کوچک.
تأمین انرژی پمپ چاه یا انتقال آب در مناطق فاقد شبکه.
برق تجهیزات ارتباطی و کنترلی در نقاط دورافتاده.
تأمین برق روشنایی، حصار الکتریکی، تجهیزات کنترلی و پمپ.
تأمین برق موقت برای تجهیزات اداری و ابزارهای سبک.
تغذیه دوربین، حسگر، ایستگاه هواشناسی و سامانههای نظارتی.
مزایا و محدودیتهای سیستم آفگرید
مزایا
- استقلال از شبکه برق
- مناسب مناطق دورافتاده
- امکان تولید برق پاک
- کاهش نیاز به سوخترسانی
- قابلیت توسعه مرحلهای
- امکان ترکیب با ژنراتور
محدودیتها
- هزینه اولیه باتری
- نیاز به مدیریت مصرف
- محدودیت انرژی در روزهای ابری
- نیاز به تعویض باتری در طول عمر سیستم
- حساسیت بیشتر به خطای طراحی
- نیاز به بازدید و نگهداری
در سیستم آفگرید بهتر است بارهای پرمصرف مانند اتو، بخاری برقی، اجاق برقی، آبگرمکن برقی و کولرهای بزرگ با دقت مدیریت یا از منابع جایگزین تأمین شوند.
محاسبه مصرف روزانه سیستم آفگرید
نخستین مرحله طراحی، تهیه فهرست کامل وسایل و محاسبه انرژی مصرفی روزانه است.
N تعداد وسیله، P توان بر حسب وات و t زمان استفاده بر حسب ساعت است.
| وسیله | تعداد | توان | زمان استفاده | انرژی روزانه |
|---|---|---|---|---|
| لامپ LED | ۶ | ۱۰ وات | ۵ ساعت | ۳۰۰ واتساعت |
| یخچال | ۱ | ۱۵۰ وات | ۸ ساعت معادل | ۱۲۰۰ واتساعت |
| تلویزیون | ۱ | ۱۲۰ وات | ۴ ساعت | ۴۸۰ واتساعت |
| لپتاپ | ۲ | ۶۰ وات | ۴ ساعت | ۴۸۰ واتساعت |
| مودم و دوربین | ۱ مجموعه | ۴۰ وات | ۱۲ ساعت | ۴۸۰ واتساعت |
| پمپ آب | ۱ | ۷۵۰ وات | ۱ ساعت | ۷۵۰ واتساعت |
| مجموع مصرف روزانه | ۳۶۹۰ واتساعت | |||
محاسبه ظرفیت پنل خورشیدی
ظرفیت پنل بر اساس مصرف روزانه، ساعات خورشیدی مؤثر و ضریب عملکرد سیستم محاسبه میشود.
محاسبه ظرفیت پایه
افزودن ۳۰ درصد حاشیه اطمینان
در سیستم آفگرید بهتر است PSH بر اساس ماههای کمتابش و شرایط واقعی محل انتخاب شود، نه فقط میانگین تابستان.
محاسبه ظرفیت باتری سیستم آفگرید
ظرفیت باتری به مصرف روزانه، تعداد روزهای خودمختاری، عمق دشارژ و بازده تجهیزات وابسته است.
باتری LiFePO₄ با یک روز خودمختاری
تبدیل به آمپرساعت
برای دو روز خودمختاری، انرژی ذخیرهسازی تقریباً دو برابر میشود. این موضوع هزینه باتری را بهطور قابلتوجهی افزایش میدهد.
انتخاب توان اینورتر آفگرید
توان اینورتر بر اساس بیشترین توان همزمان بارها و توان راهاندازی تجهیزات موتوری تعیین میشود.
بارهای همزمان مثال
کنترل توان راهاندازی پمپ
جریان دشارژ مجاز باتری و BMS باید برای تأمین توان کامل اینورتر و پیک راهاندازی کافی باشد.
مثال کامل طراحی سیستم خورشیدی آفگرید
فرض میکنیم یک ویلای فاقد شبکه برق روزانه ۳٫۶۹ کیلوواتساعت انرژی مصرف میکند و دارای یک پمپ ۷۵۰ واتی است.
اطلاعات اولیه
ظرفیت پنل
ظرفیت باتری
توان اینورتر
نتیجه نهایی محاسبات اولیه
سیستم آفگرید ۴۸ ولت با سه پنل ۵۵۰ وات، اینورتر ۳ کیلووات و باتری لیتیومی حدود ۵ تا ۶ کیلوواتساعت
انتخاب نهایی باید با مشخصات واقعی پمپ، الگوی مصرف، تابش فصل کمتولید، جریان BMS، محدوده MPPT و تعداد روزهای ابری محل کنترل شود.
چکلیست طراحی سیستم آفگرید
- فهرست تمام مصرفکنندهها تهیه شود.
- مصرف روزانه هر وسیله محاسبه شود.
- بیشترین توان همزمان مشخص شود.
- جریان راهاندازی موتور و پمپ بررسی شود.
- تابش ماه کمتولید محل استفاده شود.
- ظرفیت پنل با ضریب عملکرد محاسبه شود.
- تعداد روزهای خودمختاری مشخص شود.
- ظرفیت باتری با DOD و بازده محاسبه شود.
- جریان BMS با اینورتر سازگار باشد.
- محدوده MPPT با رشته پنل هماهنگ باشد.
- کابل و افت ولتاژ محاسبه شوند.
- حفاظت DC، باتری و AC در نظر گرفته شود.
- امکان اتصال ژنراتور بررسی شود.
- برنامه مدیریت مصرف تدوین شود.
اشتباهات متداول در سیستم آفگرید
ظرفیت سیستم باید در ماههای کمتابش نیز بررسی شود.
باتری کوچک زودتر تخلیه شده و چرخههای عمیق بیشتری تجربه میکند.
توان Surge بارهای موتوری باید کنترل شود.
مصرف بدون بار دستگاه در شب بر ظرفیت باتری اثر دارد.
جریان اتصال کوتاه باتری بسیار زیاد است و نیازمند فیوز مناسب است.
استفاده همزمان از بارهای بزرگ میتواند سیستم را اضافهبار کند.
سیستم آفگرید نیازمند تعادل تولید، ذخیره و مصرف است
سیستم خورشیدی مستقل از شبکه برای مکانهای فاقد برق یا پروژههایی که به استقلال انرژی نیاز دارند مناسب است. این سیستم از پنل، اینورتر، باتری، شارژکنترلر و تجهیزات حفاظتی تشکیل میشود.
طراحی صحیح باید بر اساس مصرف واقعی، شرایط فصل کمتابش، توان راهاندازی بارها، ظرفیت مفید باتری و محدودیتهای الکتریکی تجهیزات انجام شود.