بیلدینگ پلاس
بیلدینگ پلاس

نحوه محاسبه و طراحی سیستم خورشیدی برای باغ یا ویلا

محاسبه دقیق و طراحی سیستم خورشیدی برای باغ یا ویلا که دور از شبکه سراسری هستند، برای نصب پنل های خورشیدی خانگی ، الزامی می باشند. در این مقاله برای محاسبه و طراحی این نوع سیستم خورشیدی به شما یک مشاوره ساده و در عین حال تخصصی و دقیق با بیان و شرح کامل فرمول های محاسباتی می پردازیم. یک مثال موردی نیز در ادامه آورده شده است که نحوه استفاده از فرمول ها را بیان می کند. در پایان شما می توانید یک سیستم تولید برق رایگان برای خانه یا باغ خود طراحی و نصب نمایید.

پکیج خورشیدی با امکان سفارشی سازی در توان های مختلف

سیستم فتوولتائیک خورشیدی چیست

سیستم فتوولتائیک خورشیدی یا سیستم انرژی خورشیدی یکی از سیستم های انرژی تجدید پذیر است که از پنل خورشیدی برای تبدیل نور خورشید به برق استفاده می کند. نیروگاه برق خورشیدی می تواند به صورت مستقیم و متصل به شبکه عمل نماید و یا همراه با یک یا چند موتور برق همراه شود تا یک سیستم خورشیدی منفصل از شبکه و مستقل با ذخیره ساز باتری انجام گیرد. سیستم PV خورشیدی منبع الکتریسیته قابل اعتماد و پاکیزه است که می تواند طیف گسترده ای از کاربردهایی مانند خانگی ، صنعت ، کشاورزی ، دامداری و غیره را پوشش دهد.

طراحی و اجرای پکیج های خورشیدی مناسب باغ یا خانه ویلایی

در انتخاب آرایه های خورشیدی ( پنل فتوولتائیک ) باید به نکات زیر توجه داشت:

ولتاژ ( ولت ) : بیشترین ولتاژی که در یک پنل خورشیدی قابل تامین باشد و در ولتاژ های ۱۲ ، ۲۴ ، ۴۸ و ۷۲ ولت در بازار موجود می باشند.

جریان ( آمپر ) : مقدار تولید حداکثر جریان DC در یک پنل فتوولتائیک که رابطه مستقیم با قدرت ماژول PV دارد. ولتاژ پنل با ولتاژ دیگر اجزا مانند باتری یا شارژ کنترلر یا اینورتر برابر می باشد و تعیین کننده است.

توان ( وات ) : حاصلضرب ولتاژ در جریان پنل با در نظر گرفتن ضریب توان اکتیو را توان ماکزیمم می گویند که به تابش خورشیدی ، زاویه پنل و دمای محیط بستگی دارد. سلول های خورشیدی حداکثر توان را بر اساس نمودار MPPT به مصرف کننده تحویل می دهند. فرمول توان ماکزیمم را در زیر بیان نموده ایم و مقدار ضریب توان یا P.F هرچه به عدد یک نزدیک تر باشد ، به معنی کیفیت بالاتر صفحه خورشیدی می باشد.

P = V * I * P.F

بازده ( درصد ) : امروزه بازده پنل های خورشیدی بین ۱۰ تا ۱۸ درصد می باشد. البته با پیشرفت تکنولوژی ، پنل های سولار روز به روز در حال توسعه می باشند و در برخی آزمایشگاه ها به بازده ۴۲ درصد نیز دست یافته اند.

پنل خورشیدی خونه باغ یا خانه ویلایی دور از شبکه

طراحی پنل سولار برای باغ

اجزای اصلی سیستم خورشیدی برای باغ یا ویلا

سیستم فتوولتائیک خورشیدی شامل اجزای مختلفی است که باید با توجه به مکان سیستم ، برنامه های کاربردی و نوع سیستم ( منفصل و یا متصل ) انتخاب شوند. اجزای اصلی تولید برق خورشیدی مستقل ، برای باغ یا ویلا عبارتند از :

  • پنل خورشیدی : نور خورشید را دریافت و جریان برق DC تبدیل می کند.
  • اینورتر : خروجی جریان DC پانل خورشیدی را به یک جریان AC سینوسی برای تامین بار های AC و یا مصرف خانگی یا انتقال به شبکه سراسری تبدیل می کند.
  • باتری : در سیستم خورشیدی برای باغ ، تامین انرژی در هنگام شب و یا هوای ابری به عهده سیستم ذخیره ساز انرژی یا باتری می باشد.
  • شارژ کنترلر خورشیدی : ولتاژ و جریان پنل فتوولتائیک خورشیدی و همچنین مقدار شارژ و یا دشارژ باتری را کنترل می کند.
  • منابع انرژی کمکی : دیزل ژنراتور و یا موتور برق گازسوز برای تامین انرژی در تقاضای بیشتر از ظرفیت سیستم خورشیدی برای باغ استفاده می شود. همچنین ژنراتور برق اضطراری پایداری بیشتر سیستم خورشیدی برای باغ را به همراه دارد.
نیروگاه برق خورشیدی

تولید برق خورشیدی در باغ یا ویلا

اندازه سیستم فتوولتائیک خورشیدی برای خانه ویلایی یا باغ

برای محاسبه سیستم خورشیدی مستقل ۵ گام به صورت ترتیبی باید انجام شود که عبارتند از :

  1. محاسبه مقدار توان الکتریکی مورد نیاز
  2. محاسبه اندازه پنل سولار
  3. تعیین اندازه اینورتر
  4. محاسبه توان و اندازه باتری
  5. تعیین اندازه شارژ کنترلر خورشیدی
پانل خورشیدی فتوولتائیک

پنل های خانگی ۲۲۰ ولت در باغ یا ویلا

محاسبه مقدار توان مورد نیاز برای خانه باغ

اولین گام در طراحی پنل خورشیدی برای باغ ، یافتن و محاسبه کل مصرف انرژی تمام بار های الکتریکی می باشد که به صورت زیر داریم :

  • محاسبه کل وات ساعت در روز برای هر وسیله مورد استفاده
  • محاسبه توان تولیدی توسط پنل خورشیدی در روز

هنگامی که مقدار کل وات ساعت روزانه مورد نیاز وسایل الکتریکی محاسبه شد ، برای محاسبه مقدار توان تولیدی پنل خورشیدی ، یک ضریب ۱/۳ برای اندازه ماژول PV در نظر می گیریم.

سلول های خورشیدی فتوولتائیک

محاسبه تعداد پنل مورد نیاز برای سیستم خورشیدی

اندازه و تعداد پنل خورشیدی برای باغ

اندازه های مختلف پنل های فتوولتائیک مقدار متفاوتی از توان الکتریکی تولید می کند. برای پیدا کردن اندازه ماژول PV ، محاسبه کل پیک توان مورد نیاز می باشد. حداکثر توان الکتریکی ( پیک وات WP ) تولید شده به اندازه پنل خورشیدی و مختصات مکانی سیستم بستگی دارد. همچنین باید ” ضریب تولید پنل ” که در هر محل متفاوت می باشد ، در نظر گرفته شود. برای ایران ، ضریب تولید پانل ۳/۵ است. برای تعیین اندازه پنل فتوولتائیک ، محاسبه به شرح زیر می باشد :

  • محاسبه پیک وات یا توان حداکثر به صورت روزانه
  • محاسبه تعداد پنل های خورشیدی و مقدار توان هر پنل

محاسبه مقدار وات حداکثر با توجه به ضریب ۳/۵ و همچنین نسبت به توان مورد نیاز لوازم برقی برای محاسبه حداکثر توان تولیدی پنل فتوولتائیک مورد نیاز می باشد. سپس برای محاسبه تعداد پنل های خورشیدی مورد استفاده ، اندازه و وات پنل انتخاب می شود و آنگاه توان کل، بر مقدار توان تولیدی پنل سولار تقسیم می شود تا تعداد صفحات خورشیدی مشخص شود. در برخی محاسباتد اگر عدد صحیح دقیق به دست نیامد  ، به عدد صحیح بزرگتر از آن عدد تخمین زده می شود و تعداد پنل های خورشیدی برای نصب تامین می گردند.

نتیجه محاسبه در این گام ، بدست آوردن حداقل تعداد پانل خورشیدی مورد نیاز است. برای بهتر عمل کردن سیستم و همچنین افزایش عمر باتری در هنگام مصرف ، تعداد پنل های فتوولتاییک را می توان بیشتر از حداقل در نظر گرفت که در این صورت قابلیت اطمینان سیستم خورشیدی نیز افزایش می یابد.

تامین توان پمپ آب خورشیدی توسط پانل خورشیدی

حذف اینورتر در پمپ های آب خورشیدی و کاهش هزینه سیستم خورشیدی

توان و اندازه اینورتر خورشیدی

اینورتر خورشیدی در سیستم استفاده می شود که خروجی برق AC مورد نیاز شبکه یا مصرف کننده را تامین نماید. توان DC ورودی اینورتر هرگز نباید کمتر از مجموع توان مصرفی لوازم برقی باشد. ولتاژ اینورتر خورشیدی با ولتاژ باتری و شارز کنترلر یکسان می باشد.

برای سیستم های مستقل، اینورتر خورشیدی باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا مقدار کل توان مورد استفاده که در یک زمان است را تامین نماید. اندازه اینورتر باید ۲۵-۳۰ درصد بزرگتر از حداکثر مجموع توان کل لوازم برقی خانگی باشد. در صورتی که نوع دستگاه موتور یا کمپرسور ( مانند یخچال ) باشد، اندازه اینورتر باید حداقل ۳ برابر ظرفیت توان این لوازم باشد تا اینورتر خورشیدی جریان اولیه شروع را بتواند تامین کند.

برای سیستم های کراس شبکه یا نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه ، توان ورودی اینورتر باید به همان اندازه توان آرایه خورشیدی باشد تا بتواند عملیات تامین توان را به خوبی و ایمن انجام دهد.

نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه

نیروگاه برق خورشیدی برای خانه

اندازه باتری خورشیدی

نوع باتری توصیه شده برای استفاده در سیستم فتوولتائیک خورشیدی ، باتری چرخه عمیق یا deep cycle است. باتری چرخه عمیق طوری طراحی شده است که برای تخلیه یا دشارژ در هر شب از سال و همچنین شارژ سریع در طول روز انجام گیرد. باتری باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا انرژی کافی برای تامین توان الکتریکی وسایل در شب و روزهای ابری ذخیره شود. برای پیدا کردن اندازه باتری ، محاسبه به شرح زیر می باشد :

  • محاسبه کل وات-ساعت مصرفی به صورت روزانه توسط لوازم خانگی
  • استفاده از ضریب ۰/۸۵ برای بازدهی شارژ باتری
  • استفاده از ضریب ۰/۶ برای زمان دشارژ باتری
  • ولتاژ باتری ، نسبت به نوع سری یا موازی بودن پنل های خورشیدی محاسبه می شود
  • مقدار آمپر-ساعت باتری در روز های مستقل ( به طور مثال ۳ روز ) و بدون صفحه خورشیدی محاسبه می شود.

سپس ظرفیت باتری از حاصلضرب توان به وات-ساعت در تعداد روز های مستقل ( ۳ روز )  و آنگاه تقسیم بر ولتاژ باتری بدست می آید. لازم به ذکر است که حاصلضزب ضرائب ۰/۸۵ و ۰/۶ نیز در محاسبات نهایی لحاظ شوند.

پنل های خورشیدی مناسب برای خونه باغ

شارژ کنترل را می توان در پایه ی پنل فتوولتائیک نصب نمود

محاسبه اندازه شارژ کنترلر خورشیدی

عملکرد شارژ کنترلر تنظیم ولتاژ و جریان از آرایه های خورشیدی به باتری به منظور جلوگیری بیش از حد مقدار شارژ یا دشارژ باتری خورشیدی می باشد. فن آوری های زیادی در طراحی کنترل کننده شارژ خورشیدی وجود دارد. برای مثال، کنترل کننده شارژ MPPT شامل الگوریتم ردیابی نقطه حداکثر قدرت برای بهینه سازی پنل های PV است.

اندازه کنترل کننده های شارژ خورشیدی در سیستم خورشیدی برای باغ معمولا به مقدار ولتاژ و جریان پنل فتوولتائیک و نوع اتصال پنل ها ( سری یا موازی ) بستگی دارند. ولتاژ شارژ کنترلر خورشیدی با ولتاژ باتری و پنل همخوانی دارد و مقدار جریان تولیدی صفحه خورشیدی و تعداد آن ها نیز تعیین کننده قدرت شارژ کنترلر می باشد. مقدار تنظیم درجه شارژ کنترلر خورشیدی نیز با ضرب ضریب ۱/۳ در مقدار جریان اتصال کوتاه ( ISC ) ضرب در تعداد پنل بدست می آید.

پنل خورشیدی برای باغ یا باربیکیو و سیستم خورشیدی برای باغ

استفاده از سقف باربیکیو برای نصب صفحات خورشیدی

مبانی کنترل کننده شارژ خورشیدی ( MPPT )

ردیابی MPPT یا حداکثر نقطه قدرت ، الگوریتمی است که شامل کنترل های مورد استفاده برای استخراج حداکثر قدرت ماژول PV در شرایط خاص است. ولتاژی که در آن پنل فتوولتاییک خورشیدی می تواند حداکثر قدرت را تولید کند، نقطه حداکثر قدرت ( ولتاژ قدرت پیک ) نامیده می شود. حداکثر قدرت به تابش خورشیدی ، دمای محیط و دمای سلول خورشیدی بستگی دارد.

ماژول های معمولی خورشیدی با حداکثر ولتاژ قدرت در حدود ۱۷ وات در دمای سلولی ۲۵ درجه سانتی گراد، در یک روز بسیار گرم  می تواند تا ۱۵ وات کاهش می یابد و همچنین می تواند به ۱۸ وات در روز سرد افزایش یابد.

پنل فتوولتائیک برای خونه باغ

نحوه محاسبه تعداد پنل خورشیدی برای باغ یا خانه ویلایی

محاسبه سیستم خورشیدی برای باغ ( مطالعه موردی )

یک خانه در باغی خارج از شهر به لوازم برقی زیر نیاز دارد که داریم :

  • سه عدد لامپ ال ای دی ۶ وات با باتری درونی که به مدت ۴ ساعت در شب استفاده می شود.
  • یک پمپ ۶۰ وات که به مدت ۲ ساعت در روز استفاده می شود.
  • یک یخچال ۷۵ وات که ۲۴ ساعت شبانه روز با کمپرسور روشن می شود. ( یخچال را ۱۲ ساعت در نظر می گیرند )

برای محاسبه سیستم خورشیدی برای باغ در این مورد مثالی ، در ابتدا ولتاژ باتری و مقدار توان پانل خورشیدی انتخاب می شوند که ۱۲ ولت و ۱۱۰ وات می باشد. ۵ گام زیر برای محاسبه سیستم خورشیدی مناسب باغ به ترتیب انجام می گیرد.

محاسبه کل نیاز های مصرف برق در یک شبانه روز برای این خانه در حدود ۱۰۹۲ وات در روز می باشد که با احتساب ضریب ۱٫۳ ، حاصل ۱۴۱۹/۶ وات بر روز می شود. سپس برای محاسبه مقدار پیک وات پنل ، این عدد به ضریب پنل های خورشیدی در ایران که ۳٫۵ است تقسیم می شود. برای محاسبه تعداد پانل خورشیدی نیز حاصل بر ۱۱۰ وات تقسیم می شود که ۳/۷۶ بدست می آید و به عدد ۴ گرد می شود. بنابراین ۴ عدد پنل فتوولتائیک خورشیدی ۱۱۰ وات نیاز می شود.

سیستم خورشیدی منفصل از شبکه

تولید برق خورشیدی خانگی

مجموع وات های تمام وسایل ۱۵۳ وات می باشد که برای ایمنی و قابلیت اطمینان ، توان و ظرفیت اینورتر خورشیدی ۳۰ درصد بزرگتر در نظر گرفته می شود. بنابراین برای سیستم خورشیدی برای باغ ، اندازه ظرفیت اینورتر باید حدود ۱۹۰ وات یا بیشتر انتخاب شود. برای محاسبه باتری مانند توضیحات بالا عمل کرده و روز های استقلال ۳ روز در نظر گرفته می شود. با ضرب مقدار وات ساعت در ۳ و تقسیم آن بر ضرائب و ولتاژ باتری ( ۱۲ ولت ) ، مقدار آمپر-ساعت ۵۳۵/۲۹ می شود. بنابراین این سیستم خورشیدی برای باغ به باتری های ذخیره ساز با ظرفیت ۶۰۰ آمپر-ساعت و ولتاژ ۱۲ ولت نیاز دارد. لازم به ذکر است که این باتری به مدت سه روز تامین توان را انجام می دهد.

تعداد ماژول های خورشیدی ۱۱۰ وات ۴ عدد محاسبه شد که مقدار جریان اتصال کوتاه در این پنل ها ۷/۵ می باشد. ضریب ۱/۳ نیز برای افزایش قابلیت اطمینان سیستم خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین یک شارژ کنترلر ۴۰ آمپر با ولتاژ ۱۲ ولت انتخاب می شود.

در زیر نیز یک فیلم برای آموزش نصب پنل های خورشیدی خانگی بر روی سقف نمایش داده شده است.

منبع : home power ، leonics

تحریریه کلینیک ساختمانی بیلدینگ پلاس

“برداشت از مطالب با ذکر منبع و لینک سایت بیلدینگ پلاس کاری حرفه ای و اخلاقی است”

Review: 5 - "نحوه محاسبه و طراحی سیستم خورشیدی برای باغ یا ویلا" by , written on خرداد ۳۰, ۱۳۹۷

محاسبه دقیق و طراحی سیستم خورشیدی برای باغ یا ویلا که دور از […]

مقالات مرتبط

طراحی ، اجرا و مشاوره برای نیروگاه های خورشیدی و نصب صفحات خورشیدی خانگی

بررسی انواع پنل های خورشیدی خانگی

انواع صفحات خورشیدی نیاز به نور روزانه و نور مستقیم خورشید برای بازدهی بیشتر و تولید برق خورشیدی بیشتر ...

پنل خورشیدی خانگی

پنل خورشیدی ( صفحه خورشیدی فتوولتائیک )

پنل خورشیدی از نور خورشید برای تولید برق استفاده می کند و انواع پنل های خورشیدی از لحاظ فنآوری ساخت سلو ...

پنل تولید برق خورشیدی

تولید برق خورشیدی چیست

انرژی خورشیدی یکی از بهترین راه حل های انرژی در هزاره جدید است و یک منبع تجدید پذیر و بی پایان محسوب می ...

پنل خورشیدی فتوولتائیک

نیروگاه برق خورشیدی

انواع نیروگاه برق خورشیدی را می توان به دو نوع ، تبدیل مستقیم و حرارتی ، تقسیم نمود که در این مقاله فقط ...

پنل خورشیدی 220 ولت خانگی

نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه ( On-Grid )

در این نوشته نیروگاه خورشیدی خانگی متصل به شبکه را معرفی نموده و در مورد اجزای اصلی نیروگاه خورشیدی خان ...

نیروگاه خورشیدی منفصل از شبکه

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 ...

دیدگاه ( 1 )

  1. محمد جعفرلو۲۰ تیر ۱۳۹۸

    لطفا در صورت امکان لیست قیمت برای یک باغ ویلا که یک یخچال یک تلوزیون با دستگاه وتعدای روشنایی را برایم بفرستید به ادرس جیمل بنده متشکرم

    پاسخ

دیدگاه ها

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

*
*



بررسی انواع پنل های خورشیدی