چگونه یک سیستم ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی را از پنل خورشیدی تا سیستم کامل طراحی کنیم

یکی از رایج‌ترین پرسش‌هایی که صاحبان خانه، صاحبان کسب‌وکار، نصابان سیستم‌های خورشیدی و توسعه‌دهندگان پروژه مطرح می‌کنند، ساده است:

واقعاً به چند پنل خورشیدی نیاز دارم؟

پاسخ فقط به اندازه سقف بستگی ندارد. مصرف روزانه برق، شرایط تابش خورشید در محل، بازده پنل، طراحی اینورتر، نیاز به ذخیره‌سازی باتری و تقاضای انرژی آینده همگی بر اندازه نهایی سیستم اثر می‌گذارند.

در MOTOMA، تیم مهندسی ما روی پروژه‌های خورشیدی مسکونی، تجاری و صنعتی در سراسر جهان کار می‌کند. هرچند هر پروژه متفاوت است، فرایند محاسبه از یک رویکرد مهندسی منطقی پیروی می‌کند که به نصابان و مشتریان کمک می‌کند از طراحی سیستم‌های کمتر یا بیشتر از ظرفیت مورد نیاز جلوگیری کنند.

مرحله ۱: مصرف روزانه انرژی خود را محاسبه کنید

نقطه شروع هر پروژه خورشیدی، شناخت میزان مصرف انرژی است.

مصرف برق معمولاً بر حسب کیلووات‌ساعت (kWh) اندازه‌گیری می‌شود.

برای مثال، اگر یک خانوار روزانه 20kWh مصرف کند، سیستم خورشیدی باید در شرایط عادی کار دست‌کم همین مقدار انرژی تولید کند.

مرحله ۲: ساعات اوج تابش خورشید را بشناسید

پنل‌های خورشیدی در تمام ۲۴ ساعت شبانه‌روز توان نامی تولید نمی‌کنند.

مهندسان از مفهومی به نام ساعات اوج تابش خورشید (PSH) استفاده می‌کنند که معادل تعداد ساعت‌هایی در روز است که شدت تابش خورشید برابر با 1000W/m² باشد.

پروژه‌هایی که در مناطق با تابش خورشیدی بیشتر قرار دارند، برای تولید همان مقدار انرژی به پنل‌های کمتری نیاز دارند.

مرحله ۳: تلفات سیستم را در نظر بگیرید

یک سیستم خورشیدی هرگز با بازده نظری ۱۰۰٪ کار نمی‌کند.

تلفات ناشی از تبدیل اینورتر، مقاومت کابل، تجمع گردوغبار، افزایش دمای ماژول، سایه‌اندازی و بازده شارژ باتری ایجاد می‌شود.

بیشتر طراحان حرفه‌ای سیستم‌های خورشیدی، بازده کلی سیستم را بین ۷۵٪ تا ۸۵٪ در نظر می‌گیرند.

یک فرض رایج مهندسی این است:

بازده سیستم = ۸۰٪

فرمول محاسبه پنل خورشیدی

یک فرمول عملی برای تعیین اندازه سیستم که نصابان استفاده می‌کنند عبارت است از:

ظرفیت خورشیدی مورد نیاز (kW) = مصرف روزانه انرژی ÷ ساعات اوج تابش خورشید ÷ بازده سیستم

مثال:

• مصرف روزانه: 20kWh
• ساعات اوج تابش خورشید: ۵ ساعت
• بازده سیستم: ۸۰٪

ظرفیت مورد نیاز = 20 ÷ 5 ÷ 0.8 = 5kW

بنابراین این پروژه به یک سیستم خورشیدی حدود 5kW نیاز دارد.

برای یک سیستم خورشیدی 5kW چند پنل لازم است؟

این موضوع نشان می‌دهد چرا ماژول‌های مدرن با بازده بالا، فضای نصب و نیاز به تجهیزات نگهدارنده را کاهش می‌دهند.

نمونه‌های سیستم خورشیدی مسکونی

پروژه‌های خورشیدی تجاری به رویکرد متفاوتی نیاز دارند

در پروژه‌های تجاری و صنعتی، مساحت سقف همیشه عامل محدودکننده نیست. مهندسان معمولاً موارد زیر را ارزیابی می‌کنند:

• ظرفیت ترانسفورماتور
• محدودیت تزریق برق به شبکه
• پروفایل بار در طول روز
• یکپارچه‌سازی ذخیره‌سازی باتری
• فرصت‌های کاهش هزینه دیماند

کارخانه‌ای با مصرف روزانه 500kWh ممکن است به یک آرایه خورشیدی 100kW با حدود موارد زیر نیاز داشته باشد:

• ۲۳۳ عدد ماژول 430W
• ۱۸۲ عدد ماژول 550W
• ۱۶۷ عدد ماژول 600W

در صورت ترکیب با یک سیستم باتری ESS با ظرفیت 100kWh، 215kWh یا بیشتر، میزان مصرف مستقیم انرژی خورشیدی می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی افزایش یابد.

آیا پنل‌های خورشیدی با توان بالاتر همیشه انتخاب بهتری هستند؟

نه لزوماً.

اگرچه ماژول‌های 550W، 600W و 700W تعداد ماژول‌ها را کاهش می‌دهند، پنل‌های بزرگ‌تر موارد زیر را نیز افزایش می‌دهند:

• وزن پنل
• بار باد
• پیچیدگی نصب
• الزامات سازه‌ای سقف

برای سقف‌های مسکونی، بسیاری از نصابان همچنان ماژول‌های TOPCon با توان 430W تا 450W را به دلیل تعادل مناسب میان بازده، سهولت جابه‌جایی و سازگاری با سقف ترجیح می‌دهند.

ذخیره‌سازی باتری محاسبات را تغییر می‌دهد

در پروژه‌های خورشیدی مدرن، تولید فتوولتائیک به‌طور فزاینده‌ای با سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی ترکیب می‌شود.

برای مثال:

• خورشیدی 5kW + باتری 10kWh
• خورشیدی 8kW + باتری 15kWh
• خورشیدی 10kW + باتری 20kWh
• خورشیدی 15kW + باتری 30kWh

باتری تعداد پنل‌های خورشیدی مورد نیاز را کاهش نمی‌دهد. در عوض، انرژی خورشیدی اضافی تولیدشده در روز را برای استفاده در شب یا هنگام قطع شبکه ذخیره می‌کند.

جمع‌بندی

تعیین تعداد پنل خورشیدی مورد نیاز یک محاسبه مهندسی است، نه یک حدس ساده. مصرف انرژی، تابش خورشیدی، بازده ماژول، اندازه‌گذاری اینورتر، نیازهای ذخیره‌سازی باتری و فضای موجود برای نصب همگی در طراحی نهایی نقش دارند.

برای بیشتر پروژه‌های مسکونی، سیستم‌هایی با ماژول‌های پربازده 400W تا 450W تعادل بسیار خوبی میان عملکرد و انعطاف‌پذیری نصب ایجاد می‌کنند. پروژه‌های تجاری بسته به ملاحظات سازه‌ای و اقتصادی ممکن است از ماژول‌های بزرگ‌تر 550W، 600W یا 700W بهره ببرند.

مطمئن‌ترین روش این است که پیش از انتخاب ماژول‌های خورشیدی و ظرفیت ذخیره‌سازی باتری، با تحلیل دقیق بار و طراحی سیستم آغاز کنید.

پرسش‌های متداول

سؤال ۱: برای یک سیستم 5kW چند پنل خورشیدی لازم است؟

معمولاً با ماژول‌های 430W به ۱۲ پنل یا با ماژول‌های 550W به ۱۰ پنل نیاز است.

سؤال ۲: برای یک خانه چند پنل خورشیدی لازم است؟

بیشتر خانه‌ها بسته به مصرف برق و شرایط تابش خورشید در محل، به ۶ تا ۳۰ پنل نیاز دارند.

سؤال ۳: آیا پنل خورشیدی 430W بهتر از پنل 550W است؟

نه لزوماً. بهترین انتخاب به فضای سقف، نیازهای نصب و اقتصاد پروژه بستگی دارد.

سؤال ۴: آیا باید ذخیره‌سازی باتری اضافه کنم؟

ذخیره‌سازی باتری استقلال انرژی و قابلیت پشتیبان را افزایش می‌دهد، اما ظرفیت تولید خورشیدی مورد نیاز را کاهش نمی‌دهد.

سؤال ۵: برای یک سیستم خورشیدی 10kW چه مقدار فضای سقف لازم است؟

معمولاً ۴۵ تا ۶۰ مترمربع، بسته به ابعاد پنل و چیدمان نصب.

سؤال ۶: آیا می‌توانم بعداً سیستم خورشیدی خود را توسعه دهم؟

بله، به شرط آنکه اینورتر، سیستم باتری و زیرساخت برق با در نظر گرفتن توسعه آینده طراحی شده باشند.