چگونه یک سیستم برق خورشیدی مقیاس خانگی طراحی کنیم؟ (با محاسبه تعداد پنل و باتری)

با افزایش هزینه برق شبکه و تمایل به استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر، بسیاری از خانوارها به دنبال نصب سیستم برق خورشیدی خانگی هستند. طراحی صحیح این سیستم شامل محاسبه تعداد پنل‌های خورشیدی، ظرفیت باتری و انتخاب اینورتر مناسب است.

هدف این مقاله ارائه یک راهنمای تخصصی و عملی برای راه‌اندازی سیستم خانگی خورشیدی با حداکثر بهره‌وری و صرفه اقتصادی است.

۱. تعیین نیازهای انرژی خانگی

اولین گام در طراحی سیستم خورشیدی خانگی، برآورد میزان مصرف انرژی روزانه است. برای این کار:

1. لیست تجهیزات خانگی مانند یخچال، تلویزیون، کولر، روشنایی و لپ‌تاپ‌ها را تهیه کنید.

2. توان مصرفی هر دستگاه را بر حسب وات (W) یادداشت کنید.

3. مدت زمان استفاده روزانه از هر دستگاه را مشخص کنید.

فرمول محاسبه مصرف روزانه:

$$\text{مصرف روزانه (وات ساعت)}=\text{توان دستگاه (وات)}\times \text{مدت زمان استفاده (ساعت)}$$

مثال:

• یخچال: 150 وات × 24 ساعت = 3600 وات ساعت

• تلویزیون: 100 وات × 5 ساعت = 500 وات ساعت

• روشنایی: 10 لامپ × 10 وات × 5 ساعت = 500 وات ساعت

کل مصرف روزانه = 3600 + 500 + 500 = 4600 وات ساعت (4.6 کیلووات ساعت)

۲. تعیین ظرفیت پنل خورشیدی

پنل خورشیدی وظیفه تبدیل انرژی خورشید به برق DC را دارد. برای محاسبه ظرفیت پنل:

ظرفیت پنل (وات)=مصرف روزانه (وات ساعت)ساعات تابش خورشید مفید در روز×ضریب اتلاف{ظرفیت پنل (وات)} = {{مصرف روزانه (وات ساعت)}}{{ساعات تابش خورشید مفید در روز}} {ضریب اتلاف}ظرفیت پنل (وات)=ساعات تابش خورشید مفید در روزمصرف روزانه (وات ساعت)​×ضریب اتلاف

• ساعات تابش مفید خورشید: بسته به منطقه، معمولاً ۴–۶ ساعت در روز.

• ضریب اتلاف: شامل افت کابل، باتری و اینورتر، معمولاً 1.2–1.3.

مثال:

• مصرف روزانه: 4600 وات ساعت

• ساعات تابش: 5 ساعت

• ضریب اتلاف: 1.25

ظرفیت پنل=46005×1.25=1150 وات{ظرفیت پنل} = {4600}{5} \times 1.25 = 1150 { وات}ظرفیت پنل=54600​×1.25=1150 وات

بنابراین، سیستم به حدود 1.2 کیلووات پنل خورشیدی نیاز دارد.

۳. محاسبه تعداد پنل‌ها

اگر از پنل‌های 300 وات استفاده شود:

تعداد پنل=ظرفیت کل پنل توان هرپنل=1200300=4 پنل{تعداد پنل} = {ظرفیت کل پنل}{توان هر پنل} = {1200}{300} = 4 { پنل}تعداد پنل=توان هرپنل ظرفیت کل پنل​=3001200​=4 پنل

این تعداد پنل برای مصرف متوسط یک خانه ۴ نفره کافی است.

۴. انتخاب باتری و محاسبه ظرفیت

باتری انرژی تولید شده توسط پنل را ذخیره می‌کند تا در شب یا زمان‌های ابری قابل استفاده باشد.

محاسبه ظرفیت باتری:

$$\text{ظرفیت باتری (وات ساعت)}=\text{مصرف روزانه}\times \text{روزهای پشتیبانی}÷\text{عمق دشارژ}$$

• روزهای پشتیبانی: تعداد روزهایی که بدون نور خورشید سیستم کار کند (مثلاً 2 روز).

• عمق دشارژ (DoD): برای افزایش عمر باتری، معمولا 50٪–80٪.

مثال:

ظرفیت باتری=4600×20.5=18400 وات ساعت=18.4 کیلووات ساعت{ظرفیت باتری} = \{4600 \times 2}{0.5} = 18400 { وات ساعت} = 18.4 { کیلووات ساعت}ظرفیت باتری=0.54600×2​=18400 وات ساعت=18.4 کیلووات ساعت

محاسبه تعداد باتری:

اگر از باتری 12 ولت، 200 آمپر ساعت استفاده شود:

$$\text{ظرفیت هر باتری}=12\times 200=2400\text{ وات ساعت}$$ تعداد باتری=184002400=7.7≈8 باتری{تعداد باتری} = {18400}{2400} = 7.7 8 { باتری}تعداد باتری=240018400​=7.7≈8 باتری

۵. انتخاب اینورتر مناسب

اینورتر جریان DC تولیدشده توسط پنل و باتری را به AC تبدیل می‌کند. معیار انتخاب اینورتر:

• توان پیک مصرفی کل دستگاه‌ها،

• نوع موج خروجی (موج سینوسی خالص برای تجهیزات حساس)،

• قابلیت اتصال به شبکه (در صورت نیاز).

مثال: اگر مجموع توان مصرفی همزمان تجهیزات خانگی 3000 وات باشد، یک اینورتر 3.5 کیلووات توصیه می‌شود.

۶. نکات فنی و عملیاتی

• زاویه و جهت پنل‌ها: نصب پنل‌ها با زاویه مناسب و رو به جنوب (در نیمکره شمالی) بیشترین بازده را فراهم می‌کند.

• سیستم خنک‌کننده و تهویه باتری‌ها: باتری‌ها را در محیط خنک و خشک قرار دهید.

• کابل‌کشی و محافظت: از کابل‌های استاندارد و فیوزهای محافظ استفاده کنید.

• نگهداری و سرویس: پاکسازی پنل‌ها، بررسی باتری‌ها و اینورتر به صورت دوره‌ای.

۷. جمع‌بندی و توصیه‌ها

برای طراحی سیستم خورشیدی خانگی:

1. مصرف روزانه انرژی خود را دقیق محاسبه کنید،

2. ظرفیت پنل و تعداد آن را بر اساس ساعات تابش خورشید و ضریب اتلاف انتخاب کنید،

3. ظرفیت و تعداد باتری‌ها را با توجه به روزهای پشتیبانی و عمق دشارژ محاسبه کنید،

4. اینورتر مناسب با توان مصرفی انتخاب کنید،

5. نصب با زاویه و جهت بهینه و توجه به نگهداری و امنیت سیستم، بهره‌وری و طول عمر را افزایش می‌دهد.

با رعایت این مراحل، می‌توان یک سیستم برق خورشیدی خانگی پایدار، بهینه و اقتصادی طراحی کرد.