سیستم خورشیدی منفصل از شبکه ( Off-Grid )
در این نوشته نیروگاه خورشیدی منفصل از شبکه را معرفی نموده و در مورد اجزای اصلی این سیستم خورشیدی مطالبی بیان می شود. همچنین نحوه عملکرد هر کدام از اجزا مورد بررسی قرار می گیرد و در مورد استفاده و نصب نیروگاه منفصل از شبکه نکاتی ارائه می گردد.
نیروگاه خورشیدی منفصل از شبکه چیست
زندگی در مکان های دور افتاده و خارج از شبکه سراسری ، به معنای زندگی بدون برق و تکنولوژی نیست. بودن خارج از شبکه سراسری به معنای شیوه زندگی عجیب و غریب نیست و می توان در مناطق دور افتاده و باغات خارج از شهر و خانه های در دل کوه به برق و تکنولوژی دسترسی داشت. دلایل زیادی برای استفاده از سیستم برق جدا ازشبکه وجود دارد. در محل های دور افتاده یا روستایی که اتصال به شبکه برق سراسری غیر ممکن یا بسیار گران است یا در مناطقی که قطعی برق زیاد می شود و یا برق قدرت مناسبی ندارد ، آنگاه استفاده از سیستم های برق جدا از شبکه مانند سیستم خورشیدی منفصل از شبکه ، توربین بادی کوچک ، سیستم هیدرولیکی و یا ترکیبی از این فناوری ها برای تامین انرژی برق مورد نیاز استفاده می شود. در برخی از سیستم های منفصل از شبکه ، یک موتور برق گازسوز کوچک به صورت پشتیبان برای زمانی که سیستم های تجدیدپذیر پاسخگو نباشند ، استفاده می شود.

سیستم خورشیدی منفصل از شبکه می تواند مصرف کننده را از وابستگی به شبکه برق قدرت رهایی دهد زیرا این سیستم تمام برق مورد نیاز مصرف کننده را تولید می نماید. بنابراین سیستم خورشیدی منفصل از شبکه از نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه بزرگتر می باشد.

احداث نیروگاه خورشیدی منفصل از شبکه در سوله های انبار میوه
برای اینکه سیستم خورشیدی جدا از شبکه بتواند مانند نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه پر قدرت باشد ، باید مجموعه ای از پنل خورشیدی با ظرفیت ذخیره سازی بیشتر و بزرگتری نسبت به سیستم خورشیدی متصل به شبکه انتخاب و نصب بشود. به هر حال اگر طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی مناسب و به درستی انتخاب شود ، سیستم خورشیدی منفصل از شبکه بسیار مقرون به صرفه می باشد.

استفاده از پنل ال ای دی مستقل از شبکه در چراغ های ال ای دی خیابانی
کاربرد های سیستم خورشیدی جدا از شبکه
مهمترین کاربرد های سیستم خورشیدی منفصل از شبکه ، در مناطق دور افتاده ، روستاها ، صحرا ، باغات و خانه های گردشگری در دل کوه می باشد. اما در مواردی نیز استفاده از پنل های خورشیدی جدا از شبکه بسیار کاربردی و مقرون به صرفه است که عبارتند از :
- چراغ روشنایی خیابانی با استفاده از لامپ ال ای دی سولار
- پمپ آب خورشیدی ( تامین توان شناور یا کفکش با استفاده از پنل های خورشیدی فتوولتائیک )
- دکل های مخابراتی در مناطق دور دست و کوه ها
- آبیاری مزارع و باغات تحت فشار
- سیستم آبدهی به دام و چهارپایان
- خانه های ویلایی در باغات حاشیه شهر
- کشاورزی نوین و پمپاژ ثانویه استخر مزارع

پمپ آب خورشیدی با پنل های فتوولتائیک
نکات مهم قبل از احداث نیروگاه خورشیدی منفصل از شبکه
در استفاده از برق با سیستم منفصل از شبکه باید عادت های مصرف برق را تغییر داد و از انرژی برق مطابق نوع سیستم جدا از شبکه ، مصرف و استفاده نمود. در ابتدا برای مصرف نیاز به تنظیم دقیق زمان و چگونگی استفاده از برق در سیستم خورشیدی منفصل از شبکه دارید. بنابراین می توان در محدوده طراحی نیروگاه خورشیدی مصرف کرد و هزینه های سیستم خورشیدی را به صورت منطقی کاهش داد. و این لزوما به معنی مصرف نکردن نیست ، بلکه درست مصرف کردن و منطقی مصرف کردن برق است.
برای طراحی نیروگاه خورشیدی و نوشتن طرح توجیهی سیستم خورشیدی منفصل از شبکه ، مهم است که مقدار مصرف توان روزانه مصرف کننده ، به طور دقیق محاسبه و لحاظ شود. همچنین مقدار مصرف در فصل های مختلف سال نیز محاسبه شود. به طور مثال برای محاسبه توان نیروگاه خورشیدی منفصل از شبکه باید فصل زمستان و شب های سرد که مصرف انرژی در اوج خود است و همچنین قدرت تولید برق خورشیدی نیز کاهش یافته است، محاسبه و لحاظ شود. بنابراین طراحی سیستم خورشیدی منفصل از شبکه به گونه ای است که با نور کم نیز پاسخگوی حداقل توان مورد نیاز مصرف کننده باشد.

آبرسانی به روستا ها با استفاه از کفکش خورشیدی
قبل از سرمایه گذاری و احداث نیروگاه خورشیدی منفصل از شبکه ، اقدامات حفاظت انرژی و ممیزی انرژی برای کاهش مصرف مانند تعویض چراغ های خانه با لامپ ال ای دی و تعویض لوازم پر مصرف با لوازم کارآمد و کم مصرف الزامی و مقرون به صرفه می باشد.
قبل از احداث نیروگاه خورشیدی منفصل از شبکه ، می توان از افرادی که قبلا این شیوه نیروگاه برق خورشیدی را برگزیده اند ، مشورت و صحبت کرد. این به دستیابی به اطلاعات عملی که در تئوری طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی نیست ، کمک فراوان می کند. همچنین می توان از افراد و کارشناسان حوزه انرژی خورشیدی و شرکت های انرژی تجدیدپذیر نیز مشاوره رایگان دریافت نمود.

استفاده از پنل خورشیدی بر روی سقف سوله های نگهداری دام
ویژگی های سیستم خورشیدی مستقل از شبکه
انرژی خورشیدی یک منبع قدرت پاک می باشد. بنابراین استفاده از پنل خورشیدی ، وابستگی به سوخت های فسیلی را به صورت عملی و موثر کاهش می دهد و به حفظ محیط زیست و کاهش انتشار گاز های گلخانه ای کمک می کند. نیروگاه خورشیدی مستقل از شبکه می تواند هزینه های اتصال به شبکه را کاهش دهد و نیازی به خرید امتیاز برق یا قطعی برق اجباری نیست. بنابراین این سیستم نسبت به کاربرد خود پرطرفدار و مقرون به صرفه می باشد.
به طور کلی برای تامین برق یخچال ، سیستم تهویه ، دستگاه های پخت و پز و آبگرم کن های الکتریکی در سیستم جدا از شبکه ، نیروگاه خورشیدی بسیار بزرگ و گران می شود. استفاده از ژئوترمال ، آبگرم کن خورشیدی و البته لوازم خانگی گازی می تواند سیستم خورشیدی منفصل از شبکه را کوچکتر و ارزانتر کند.

سیستم خورشیدی منفصل از شبکه
محاسبه مقدار توان تولیدی در سیستم برق خورشیدی جدا از شبکه
تعیین مقدار تولید برق نیروگاه خورشیدی Off-Grid دقیقا مانند نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه است و هر دو سیستم نیروگاه خورشیدی ، شبیه و اندازه یکدیگر می باشند. با این تفاوت که هیچ کنتور یا قبض برقی در ماه از سوی اداره برق منطقه ای ، برای سیستم نیروگاه خورشیدی منفصل از شبکه محاسبه و صادر نمی شود. بنابراین فهرست لوازم برقی و روشنایی ساختمان و محوطه را که با سیستم خورشیدی جدا ازشبکه تامین می شود برای طراحی نیروگاه خورشیدی و تهیه طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی خانگی الزامی می باشد.

برای اندازه گیری مقدار تولید برق خورشیدی باید مقدار مصرف را به طور کامل و دقیق دانست و با توجه به توجیه اقتصادی ، یک سیستم خارج از شبکه مناسب را طراحی و نصب کرد. برای تهیه لیست دقیق وسایل برقی می توان به کاتالوگ لوازم برقی و اطلاع از مقدار مصرف توان با لحاظ کردن ساعات مصرف در روز مراجعه کرد. به طور مثال در جدول بالا مقدار مصارف مورد نیاز یک نیروگاه خورشیدی خانگی منفصل از شبکه با ساعات مصرف هر تجهیز برقی آورده شد که حدودا 2000 وات ساعت در روز انرژی نیاز دارد و برای تامین انرژی این واحد می توان به پکیج خورشیدی 2000 وات اشاره نمود.

کاربرد نیروگاه خورشیدی مستقل از شبکه در آبیاری و کشاورزی
اجزای سیستم نیروگاه خورشیدی منفصل از شبکه
اجزای سیستم خورشیدی منفصل از شبکه زمانی مشخص می شود که در ابتدا مقدار تولید برق خورشیدی ، به طور دقیق و کامل اندازه گیری شده باشد و سپس اجزا و قدرت هر تجهیز انتخاب شود. در ادامه مهمترین اجزای نیروگاه برق خورشیدی مستقل از شبکه معرفی و بیان می شوند که غبارتند از :
- پنل های خورشیدی
- پایه و استراکچر پنل فتوولتاییک
- ردیاب پنل خورشیدی
- اینورتر یا مدل قدرت
- باتری در سیستم خورشیدی
- کنترل شارژ باتری
- مانیتورینگ باتری خورشیدی
- ژنراتور یا موتور برق کم صدا
- جعبه ترکیبی
- کلید های قطع کننده
از دیگر اجزای نیروگاه خورشیدی می توان به سیم و کابل های اتصال و انتقال نیرو AC ، کابل صفحه خورشیدی DC ، سنسور دمای از راه دور و سایر وسایل الکتریکی کوچک مانند گجت ها و دیگر افزونه های مورد نیاز که ممکن است در سیستم بکار گرفته شود ، اشاره نمود. موارد فوق به طور جامع و کلی بیان شده اند و برای طراحی نیروگاه خورشیدی هر مورد با شرایط و موقعیت موارد دیگر تفاوت می کند.

پنل های خورشیدی 220 ولت مستقل از شبکه
پنل خورشیدی فتوولتائیک
مهمترین جزء سیستم خورشیدی منفصل از شبکه ، پنل می باشد که انرژی خورشیدی را جذب و برق DC را تولید می نماید. مقدار مصرف برق ، مساحت موجود برای نصب و منطقه جغرافیایی بر نوع و کمیت پنل خورشیدی مورد نیاز تاثیر می گذارد. از آنجایی که هر سلول خورشیدی مقدار کمی توان تولید می نماید، تعدادی از این سلول های خورشیدی در کنار یکدیگر یک پانل خورشیدی و تعدادی از این پنل های خورشیدی در کنار یکدیگر تشکیل یک آرایه PV را می دهند. بنابراین برای تولید توان قابل توجهی باید آرایه های فتوولتائیک را در کنار یکدیگر نصب کنیم.
استراکچر پنل های خورشیدی
پایه یا استراکچر پنل خورشیدی ، سازه ای زاویه شکل و شیب دار است که پنل را در مقابل خورشید با زاویه ای مشخص قرار می دهد ، تا تولید پنل به حداکثر برسد. همچنین در مقابل باد نیز پنل را محافظت می کند و می تواند پنل های خورشیدی را ثابت نگه دارد. پنل های خورشیدی با پایه های مختلف می توانند بر روی سقف ، زمین ، دیوار و یا شناور بر روی آب نصب شوند. جنس استراکچر پنل فتوولتائیک از آلومینیوم یا آهن گالوانیزه است و در موارد نصب به صورت شناور ، از جنس فوم یا پلاستیک فشرده می باشد.

استراکچر پانل خورشیدی مجهز به سیستم ردیاب آفتاب
آفتاب گردان پنل خورشیدی در سیستم منفصل از شبکه
ردیاب خورشیدی یک دستگاه دنبال کننده به همراه موتور کوچک DC می باشد که بر روی پایه پنل فتوولتاییک نصب می شود و در طول روز خورشید را ردیابی می کند تا پانل خورشیدی را در مقابل نور خورشید با بیشترین بازدهی قرار دهد. ردیاب پنل خورشیدی نوردهی صبح و بعداز ظهر را بسیار افزایش می دهد و در شرایط آب و هوایی می تواند پنل را در زاویه ای مشخص قرار دهد که سیستم نیروگاه خورشیدی ، تولید برق بیشتری داشته باشد.
البته از این نوع سیستم و دستگاه به دلیل بالا رفتن هزینه های تعمیر و نگهداری و سرمایه اولیه به ندرت استفاده می شود و فقط در مواقعی که محدودیت مساحت برای نصب پنل خورشیدی داشته باشیم و مقدار تولید از مقدار مساحت نصب بیشتر باشد ، آنگاه از این سیستم ردیاب پنل فتوولتائیک برای افزایش تولید استفاده می شود. موتور چرخش استراکچر پنل فتوولتائیک نیز با برق DC صفحه خورشیدی تامین می شود.

کاربرد پنل های خورشیدی Off-Grid
اینورتر خورشیدی
اینورتر قدرت ، ترانسفورماتور DC-AC با استفاده از ادوات الکترونیک-قدرت است که برق مستقیم ( DC ) پنل را به برق متناوب خانگی ( AC ) تبدیل می کند. همانطور که می دانیم سیستم برق مصرفی شهری در ایران ، ۲۲۰ ولت با فرکانس ۵۰ هرتز می باشد در حالی که پنل های خورشیدی خانگی جریان مستقیم یا DC تولید می کنند. بنابراین قبل از اینکه انرژی خورشیدی بتواند استفاده شود یا به ساختمان تغذیه شود ، باید از یک اینورتر عبور کند تا به سیستم متناسب ، برای تامین انرژی الکتریکی ساختمان تبدیل شود. اینورتر های تکفاز در توان های مختلف ، مطابق با نیاز مصرف کننده در بازار وجود دارند که برق مستقیم انرژی خورشیدی را به برق تک فاز ۲۲۰ ولت با فرکانس ۵۰ هرتز تبدیل می کنند.
در برخی موارد برای پایین آوردن هزینه های اولیه سرمایه گذاری در احداث نیروگاه خورشیدی منفصل از شبکه ، با جایگزینی اوازم DC و استفاده از روشنایی لامپ ال ای دی ، میتوان اینورتر را از سیستم خورشیدی حذف نمود. به طور مثال در طراحی سیستم پمپ آب خورشیدی ، از شناور DC استفاده می کنند که دیگر نیازی به اینورتر نمی باشد.

کاربرد سیستم خورشیدی و توربین بادی در تامین توان دکل ای مخابراتی
باتری در سیستم خورشیدی Off-Grid
اکنون فناوری باتری بسیار در حال پیشرف می باشد که امروزه سیستم های ذخیره سازی باتری را می توان در سیستم خورشیدی منفصل به شبکه نصب نمود. در مواردی که شبکه برق سراری در دسترس نباشد و یا توجیه اقتصادی برای انتقال نیروی الکتریکی وجود نداشته باشد ، می توان از سیستم های فتوولتائیک برای تامین انرژی الکتریکی بهره برد. برای استفاده برق در روز های ابری یا شب هنگام ، به باتری برای ذخیره انرژی الکتریکی نیاز است. باتری در روز های آفتابی انرژی اضافی تولیدی را ذخیره و در روزهای پر مصرف و یا شب ها برق مورد نیاز را تامین می کند.
شارژ کنترلر نیروگاه خورشیدی
کنترل کننده شارژ باتری بخش مهمی از یک سیستم تولید برق خورشیدی منفصل از شبکه می باشد که شارژ کنترلر مقدار شارژ یا دشارژ باتری را تعیین می کند. هدف شارژ کنترلر این است که باتری ها چرخه شارژ یا دشارژ خود را به طور منظم و به مقدار کافی انجام دهند تا باعث خرابی زود هنگام و خسارت نشود. بنابراین یا شارژ کنترلر خورشیدی عمر باتری نیز طولانی تر می شود. کنترل کننده ها مانع از شارژ شدن بیش از حد باتری می شوند.
وظیفه دیگر شارژ کنترلر نیروگاه خورشیدی کاهش تلفات نیز می باشد. در هنگامی که صفحه خورشیدی تولید برق ندارد بنابراین از باتری یک جریان کم به پنل وارد می شود که تلفات را به همراه دارد. شارژ کنترلر با یکسو سازی جریان ، اجازه نمی دهد که از باتری جریانی به سمت پنل فتوولتائیک شارش کند.

موتور برق گازسوز اتوماتیک ، پشتیبان سیستم خورشیدی مستقل از شبکه
ژنراتور برق اتوماتیک پشتیبان
در نظر گرفتن یک منبع تغذیه پشتیبان برای جبران تغییرات فصلی و الگوهای آب و هوایی که بر تولید برق سیستم خورشیدی تاثیر می گذارد، بسیار اهمیت دارد. استفاده از موتور برق اتوماتیک پشتیبان ( به جای راه اندازی دستی ) در سیستم منفصل از شبکه منجر به کاهش نگرانی های مصرف برق می شود. موتور برق گازسوز اتوماتیک با کپسول LPG می تواند گزینه مناسبی برای پشتیبانی سیستم های جدا از شبکه خورشیدی باشد.

توربین بادی پشتیبان سیستم خورشیدی در روزهای ابری و شب ها
مانیتور باتری در سیستم خورشیدی منفصل از شبکه
مانیتور باتری اطلاعات مهمی از وضعیت و مقدار مصرف انرژی الکتریکی ، برای مدیریت بهتر و محافظت از باتری در اختیار مصرف کننده توان خورشیدی می گذارد. مانیتور باتری با کیفیت و ارزان و اطلاعات مهمی از جمله : جریان تقویت ، وضعیت و مقدار شارژ باتری ، اطلاعات تعمیر و نگهداری و عیب یابی را فراهم می کند. مانیتور باتری سیستم خورشیدی منفصل از شبکه باید در یک مکان مرکزی در ساختمان یا خانه نصب شود تا هر لحظه براحتی قابل مشاهده باشد.

پایه پانل خورشیدی به همراه جعبه ترکیبی سیستم خورشیدی
جعبه ترکیبی سیستم برق خورشیدی
این جعبه تمام اجزای پنل خورشیدی را در یک مکان جمع آوری می کند و یک نصب تمیز و زیبا را ارائه می دهد. اجزای جعبه ترکیبی شامل فیوز ها و کلید ها ، ردیاب آفتاب گردان خورشیدی ، اینورتر باتری و شارژ کنترلر می باشد. کارایی اصلی جعبه ترکیبی سیستم خورشیدی ، محافظت اجزا از گرد ، غبار ، آب و رطوبت با درجه حفاظتی بالا ( IP66 ) می باشد. این جعبه می تواند در روز های بارانی ، از اجزای نیروگاه خورشیدی منفصل از شبکه محافظت نماید.
کلید قطع کن AC
کلید قطع کن AC ، اتصال به بار و جریان عبوری بین پنل فتوولتاییک و شبکه مصرف بار را متوقف می کند. این امر برای ایمنی و تعمیر و نگهداری سیستم خورشیدی استفاده می شود. قدرت کلید نیز به قدرت اینورتر و مقدار جریان تولیدی سیستم نیروگاه برق خورشیدی دارد.

کاربرد سیستم خورشیدی مستقل از شبکه برای آبیاری گیاهان
فیوز خورشیدی DC در پنل های خورشیدی
برای حفاظت از پنل خورشیدی در مقابل اضافه بار ، نوسانات تجهیزات ، ایمنی و همچنین برای تعمیر و نگهداری پنل های خورشیدی به صورت جداگانه ، از فیوز خورشیدی سولار استفاده می شود. فیوز های خورشیدی بر روی هر پنل نصب می شوند و هنگامی که برای پاک کردن و تمیز کردن صفحه پنل های خورشیدی اقدام شود ، هر پنل به صورت جداگانه قطع می شود و نیازی به قطع کردن کل پنل های فتوولتائیک نیروگاه خورشیدی نمی باشد.
منبع : SEIA , Fire Solar
تحریریه کلینیک ساختمان بیلدینگ پلاس
“برداشت از مطالب با ذکر منبع و لینک سایت بیلدینگ پلاس کاری حرفه ای و اخلاقی است”
نظرات کاربران