باتری‌ها نقش بسیار مهمی را در کنار پنل خورشیدی و در سیستم‌های برق خورشیدی بازی می‌کنند و به همین دلیل بخش اصلی هزینه‌ها را می‌توان به آنها نسبت داد. در هر پکیج برق خورشیدی، پنل خورشیدی وظیفه تولید انرژی الکتریکی را بر عهده دارد و از طرفی درصد بیشتری از طول روز به دلیل نبود نور خورشید، پنل‌ها توان تولید انرژی الکتریکی را نداشته و در نتیجه باتری پنل خورشیدی، انرژی را برای مصارف در این ساعات ذخیره سازی می‌کنند.
همچنین در روز‌هایی که هوا ابری است، راندمان پنل‌ها به شدت کاهش می‌یابد و در اصل این باتری است که انرژی مصرفی را به سیستم اعمال می‌کند. برای طراحی چنین سیستم‌هایی نیاز است تا از باتری‌ها اضافی نیز در ساختار پکیج برق خورشیدی استفاده نمود.
طراحی باتری پکیج‌های برق خورشیدی
همانطور که در بالا نیز به آن اشاره شد، هر سیستم برق خورشیدی، شامل مجموعه‌ای از باتری‌ها است که می‌توانند انرژی مورد نیاز سیستم در ساعاتی که پنل توان تولید انرژی از نور خورشیدی را ندارد، به سیستم برقی اعمال نمایند. هر باتری دارای ظرفیت مشخص و نیز ولتاژ مشخصی است که این دو پارامتر را می‌توان مهم‌ترین پارامتر‌های یک باتری در فرایند طراحی در نظر گرفت.
ظرفیت هر باتری به واحد آمپر ساعت ( Ah ) مشخص می‌شود که بیانگر میزان جریانی است که باتری می‌تواند در طول یک ساعت به بار اعمال نماید تا ظرفیت آن تمام شود. برای مثال در صورتی که از یک باتری 100 آمپر ساعت، جریان 100 آمپر را دریافت نماییم، انرژی ذخیره شده در باتری پس از گذشت یک ساعت تمام می‌شود و می‌بایست دوباره آن را شارژ نمود. در صورتی که جریان کشیده شده از باتری کاهش یابد، انرژی ذخیره شده دیر‌تر تمام می‌شود. برای مثال اگر از همان باتری 100 آمپر ساعت جریانی معادل 50 آمپر کشیده شود، باتری در حدود دو ساعت جریان دهی می‌کند. ناگفته نماند که این رابطه به صورتی خطی نبوده و اعداد با تقریب ذکر شده‌اند.
در هر سیستم برق خورشیدی چالش‌هایی در روند اندازه گیری ظرفیت باتری مورد نیاز وجود دارد که از مهم‌ترین آنها می‌توان به نکات زیر اشاره نمود:
1 – عمر باتری‌های مورد استفاده
2 – قابلیت جریان دهی در روز‌های ابری
3 – شارژ مجدد باتری‌ها
عمر باتری‌ها پکیج برق خورشیدی
عمر باتری‌ها در یک سیستم برق خورشیدی از اهمیت بالایی برخوردار است و به نوعی راندمان سیستم را مشخص می‌نماید. از مهم‌ترین پارامتر‌های عمر باتری می‌توان به نوع باتری و نیز روش استفاده از آن اشاره کرد که منظور از نوع باتری، ساختار داخلی آن و برند تولید کننده آن است. منظور از روش استفاده از آن نیز رعایت پارامتر مهمی به نام عمق دشارژ است.
باتری‌های از لحاظ ساختار داخلی دارای مدل‌های متنوعی هستند که هر کدام از آنها در کاربردی مشخص مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای مثال در سیستم برق خورشیدی، به طور معمول از سه نوع باتری خشک ( Seald Leed Acid )، لیتیوم ( Li-Ion ) و Gel ( باتری خورشیدی ) استفاده می‌شود که نوع اول عمر کمتری نسبت به نوع دیگر دارد اما قیمت آن بسیار پایین‌تر است. برای افزایش طول عمر باتری‌های پنل خورشیدی، به طور معمول از باتری‌های Gel استفاده می‌شود که این باتری‌ها از عمق دشارژ خوبی برخوردارند.
همچنین عمق دشارژ پارامتری مهم بوده که در باتری‌های خشک، به طور معمول 60 درصد در نظر گرفته می‌شود تا باتری چیزی در حدود 2 تا 3 سال عمر مفید داشته باشد. برای مثال در صورتی که باتری معادل 100 آمپر ساعت نیاز داشته باشیم، با رعایت عمق دشارژ 60 درصد، به باتری با ظرفیت حدودا 170 آمپر ساعت نیاز است.
قابلیت جریان دهی در روز‌های ابری
برخی از روز‌های سال، هوا ابری بوده و پنل خورشیدی راندمان مناسبی در فرایند شارژ باتری‌ها را از خود نشان نمی‌دهد. برای این کار به طور معمول تعداد روز‌های متوالی که هوا ممکن است ابری باشد محاسبه شده و در ظرفیت باتری‌ها ضرب می‌گردد. برای مثال در صورتی که در پکیج برق خورشیدی به حداکثر 1000 آمپر ساعت باتری نیاز داشته باشیم و حاکثر سه روز متوالی هوا ابری باشد، در بهترین حالت ظرفیت باتری 3 برابر یعنی 3000 آمپر ساعت در نظر گرفته می‌شود. اما این کار موجب افزایش هزینه‌ها می‌شود و بسیاری از طراحان این عدد را 2 یا 1.5 در نظر می‌گیرند.
شارژ باتری پنل خورشیدی
بسته به نوع باتری و شرکت سازنده آن، ضریب جریان شارژ باتری مشخص می‌گردد که برای باتری‌های خشک، این عدد در حدود 0.1 است. برای محاسبه جریان شارژ باتری کافی است این ضریب را در ظرفیت باتری ضرب نماییم. برای مثال در یک باتری 100 آمپر ساعت، به جریان شارژی معادل 10 آمپر نیاز است تا باتری در مدت زمان 10 ساعت شارژ گردد.
10 ساعت زمان زیادی بوده و پنل‌های خورشیدی که حداکثر توانایی جریان دهی 6 ساعت در روز را دارند، نمی‌توانند باتری‌ها را شارژ نمایند. اما از طرفی این رو هم در نظر گرفتیم که باتری‌ها در زمان دشارژ، تا حد مشخصی که همان عمق دشارژ است تخلیه می‌شوند. بنابراین می‌توان شارژ سریع‌تر را از باتری‌ها انتظار داشت. باری مثال در صورت استفاده از یک پکیج باتری 500 آمپر ساعت و رعایت عمق دشارژ 60 درصد، انرژی معادل 300 آمپر ساعت از باتری تخلیه می‌شود و با ضرب عدد 0.1 در 500 آمپر ساعت، جریانی معادل 50 آمپر بدست می‌آید و از تقسیم عدد 300 بر 50، زمان مورد نیاز برای شارژ باتری 6 ساعت بدست می‌آید. برای کاهش این زمان می‌توانیم ظرفیت کل باتری‌ها را مجدد افزایش دهیم.
با توجه به مطالب گفته شده، در ادامه قصد داریم به یک مثال از طراحی پکیج باتری یک سیستم برق خورشیدی بپردازیم. فرض کنید یک ویلا شامل تجهیزاتی الکتریکی زیر باشد:
1 – یخچال LG با مصرف انرژی 500kWh / Year
2 – در مجموع 100 وات مصرف روشنایی لامپ‌های LED
3 – تلوزیون LCD با توان مصرفی 145 وات
4 – تجهیزات جانبی تلوزیون در حدود 150 وات
5 – سایر تجهیزات الکتریکی 300 وات
همچنین برای انجام محاسبات لازم است تا بدانیم هر کدام از وسایل مورد نظر در طول روز چقدر انرژی مصرف می‌کنند که برای این کار لازم است تا میزان ساعت استفاده از آنها را مشخص نماییم. برای این کار میزان ساعات مصرف تمامی آنها حدود 8 ساعت در نظر گرفته می‌شود. لازم به ذکر است برای محاسبه انرژی مصرفی یخچال در روز، کافی است تا میزان انرژی مصرفی آن در طول یک سال را بر عدد 365 تقسیم نمود. بنابر این مصرف انرژی هر کدام از وسایل فوق به صورت زیر است:
1 – یخچال LG با مصرف انرژی 1400 وات ساعت در روز
2 – روشنایی در حدود 800 وات ساعت در روز
3 – تلوزیون LCD در حدود 1160 وات ساعت در روز
4 – تجهیزات جانبی تلوزیون 1200 وات ساعت در روز
5 – سایر تجهیزات الکتریکی 2400 وات ساعت در روز
بنابر این مجموع انرژی الکتریکی مصرفی در طول روز برابر 7000 وات ساعت یا همان 7 کیلو وات ساعت است که بخشی از آن را می‌توان از پنل و بخش دیگری را از باتری‌ها دریافت نمود اما برای اینکار نیاز به برسی دقیق عملکرد تجهیزات بوده، بنابراین در این مثال تمام انرژی مصرفی را بر روی باتری در نظر می‌گیریم. حال با تقسیم کل انرژی مصرفی بر ولتاژ باتری میزان ظرفیت باتری نیز مشخص می‌شود که در این مثال ولتاژ باتری را 12 ولت در نظر می‌گیریم. ظرفیت محاسبه شده تقریبا برابر با 600 آمپر ساعت بوده که برای دستیابی به مقدار نهایی کافی است تا این عدد را بر 0.6 که همان عمق دشارژ مناسب برای باتری است تقسیم نماییم. حاصل این محاسبه چیزی در حدود 1000 آمپر ساعت است.
برای تهیه این ظرفیت می‌توان از 10 باتری 100 آمپر ساعت استفاده نمود و آنها را به صورت موازی با یکدیگر قرار داد. همچنین همانطور که در قسمت قبلی نیز اشاره شد با ضرب عدد 0.1 در ظرفیت، جریان مورد نیاز برای شارژ باتری نیز مشخص می‌شود که در اینجا عدد 0.1 در 1000 آمپر ساعت ضرب می‌شود زیرا این میزان از ظرفیت باتری مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابراین در این مثال نیاز به جریانی معادل 100 آمپر است که در این صورت 6 ساعت طول می‌کشد تا باتری‌ها شارژ شوند. با توجه به جریان 100 آمپر، می‌بایست از کنترل شارژ 100 آمپر نیز استفاده گردد.
لازم به ذکر است که در هیچ نقطه از کشور متوسط ساعات جریان دهی پنل خورشیدی، برابر 6 ساعت نبوده و در نتیجه باتری‌ها کامل شارژ نمی‌شوند. برای کاهش این ساعت و نیز افزایش قدرت جریان دهی در روز‌های ابری مکرر، ظرفیت کل در عدد 1.5 ضرب می‌گردد که با این کار علاوه بر کاهش مدت زمان شارژ، عمر باتری‌ها نیز افزایش می‌یابد.
در این صورت نیاز به 1500 آمپر ساعت ظرفیت باتری، شارژ کنترلر 150 آمپر شارژ 4 ساعت است که می‌توان از 10 باتری 150 آمپر ساعت خشک استفاده نمود . برای کسب اطلاعات بیشتر در زمینه پکیج برق خورشیدی و تجهیزات مرتبط با آن، می‌توانید به صفحه اصلی تابش الکتریک مراجعه نمایید. همچنین برای سفارش تجهیزات خورشیدی با تلفن‌های دفتر تماس حاصل فرمایید.