نقش پنل خورشیدی در سیستم‌های هیبریدی (خورشیدی-باتری-ژنراتور)

در دنیای مدرن پیشرفت­های فناوری به ویژه در زمینه انرژی­های تجدیدپذیر بسیار سریع است و هدف اصلی آن کاهش میزان آلودگی هوا و گرمایش زمین است. همچنین تولید انرژی پایدار و پاک یک مزیت برای عموم است. منبع تولید برق از فتوولتائیک به دلیل منابع انرژی فراوان و نامحدودی که ارائه می‌دهند، جذاب هستند؛ با این حال، ناپایداری این منابع مشکل‌ساز است و می‌تواند نیازهای مصرف را تأمین نکند و این موضوع به کاهش قابلیت اطمینان به تولید این دسته از سیستم­های تولید انرژی منجر شود. بنابراین، ضروری است که از سیستم‌های پشتیبان و ذخیره‌سازی مانند ژنراتور دیزلی و بانک باتری استفاده شود تا به‌صورت مستمر نیاز بار را تأمین کنند.

از این­رو یک سیستم هیبریدی(ترکیبی) از اهمیت بالایی برخوردار است. سیستمی که از نور خورشید در طول روز برای تولید برق استفاده کند و یک باتری که انرژی را برای شب و زمان­هایی که نورخورشید به اندازه کافی به پنل نمی­رسد ذخیره کند. با این وجود هم ممکن است گاهی میزان برق تولیدی کم و یا دارای نوسان باشد که یک ژنراتور می­تواند به عنوان یک پشتیبان عمل کند. در این ترکیب شما همیشه برق ارزان و پایدار در دسترس خواهید داشت و تا حد زیادی از آلودگی محیط زیست جلوگیری خواهید کرد. به این ترتیب با استفاده از سیستم‌های یکپارچه، بهره‌وری و قابلیت اطمینان به حداکثر می­رسد.

مطالب مرتبط: اینورتر خورشیدی

ساختار سیستم هیبریدی

امروزه استفاده از پنل­های خورشیدی برای تولید برق رایج است، با توجه به ماهیت ناپیوسته انرژی خورشیدی، استفاده از باتری‌ها برای ذخیره انرژی در طول روز و تأمین آن در شب ضروری است. با این حال، استفاده از یک سیستم توان کمکی (APS) می‌تواند تعداد پنل‌های خورشیدی و هزینه­های مورد نیاز را کاهش و قابلیت اطمینان سیستم را افزایش دهد. به همین خاطر سیستم­های هیبریدی ارجحیت پیدا می­کنند.

به طور معمول اجزای اصلی یک سیستم هیبریدی عبارتند از: پنل خورشیدی به عنوان تامین کننده انرژی تجدیدپذیر، باتری ذخیره­کننده برق DC تولیدی توسط پنل خورشیدی، اینورتر به عنوان مبدل برق DC به AC برای تبدیل به برق 220 ولت شهری و یک ژنراتور است. ژنراتور به عنوان یک پشتیبان عمل می­کند و زمانی که نور خورشید در دسترس نمی­باشد شروع به کار می­کند و برق مورد نیاز را تولید می­کند. ژنراتور می­تواند از نوع دیزلی یا گازی باشد. همچنین در یک سیستم نیروگاه خورشیدی هیبریدی، یک سیستم ثبت داده (Logger) نیز تعبیه شده است که اطلاعاتی مانند دما، جریان، ولتاژ پنل خورشیدی، درصد شارژ باتری، توان خروجی بار، منبع شارژ و میزان توان مصرفی در بار را ذخیره می‌کند. این اطلاعات برای جابجایی منبع تولید انرژی بین پنل خورشید و منبع تولید برق دوم که در اینجا ژنراتور است ضروری است.

تحقیقات نشان می‌دهد که سیستم‌های هیبریدی در مقایسه با سیستم‌های جداگانه، می‌توانند بارهای مورد نیاز را با نسبت‌های مختلف بسته به شرایط کاری و اجزای سیستم هیبریدی تأمین کنند، اما از نظر اجزای سیستم دارای پیچیدگی بیشتری و هزینه اولیه بالاتری هستند. علاوه بر این، استفاده از سیستم هیبریدی خورشیدی/ژنراتوری نسبت به سیستم‌های دیگر مؤثرتر است، نقش پنل خورشیدی به‌عنوان منبع اولیه از اهمیت بالایی برخوردار است. در این سیستم خودکفا نیاز به منبع انرژی سومی نیست.

پنل خورشیدی به‌عنوان منبع اولیه کار اصلی تولید برق را برعهده دارد. در سیستم‌های هیبریدی، درصد برق تولیدی از پنل خورشیدی به پیکربندی سیستم، ظرفیت هر منبع انرژی، شرایط جغرافیایی و میزان تابش خورشید بستگی دارد و مقدار ثابتی برای همه سیستم‌ها وجود ندارد. با این وجود میزان کیلووات ساعت برق تولیدی پنل­های خورشیدی نسبت بالاتری از ژنراتور را دارند. به طور معمول بین 50 تا 90 درصد از کل انرژی تولیدی به انرژی خورشیدی وابسته است. در یک تحقیق در کامرون سهم انرژی خورشیدی در مدل هیبریدی 94 درصد بوده است و در یک پروژه که برای برق­رسانی به یکی از روستاهای سیستان بلوچستان انجام داده­اند  64 درصد از انرژی تجدیدپذیر خود را از پنل­های خورشیدی دریافت کردند.

مزایای استفاده از پنل خورشیدی در سیستم هیبریدی

یکی از سوالاتی که ذهن شما را شاید درگیر کند این است که چرا باید از سیستم هیبریدی استفاده کنیم وقتی با ژنراتور می­توانیم برق مورد نیاز خود را تامین کنیم؟ اولین و مهم­ترین نکته میزان برق تولیدی برحسب کیلووات ساعت است که در سیستم هیبریدی توان بیشتری از یک ژنراتور تنها می­توانیم برق تولید کنیم. مزایای استفاده از پنل خورشیدی هیبریدی عبارتند از:

کاهش مصرف سوخت ژنراتور

استفاده از سیستم هیبریدی مقدار قابل توجهی از سوخت ژنراتور را کاهش می­دهد که این کاهش مصرف با کاهش آلودگی هوا و کاهش هزینه همراه است. فرض کنید یک ژنراتور کوچک دیزلی 50 وات دارید با راندمانی بین 30 تا 40 درصد؛ که برای تولید یک کیلووات بر ساعت به صورت تقریبی 0.25 لیتر سوخت گاز یا بنزین مصرف می­کند که در یک شبانه روز (24 ساعت) تولید مداوم حدود 300 لیتر و در یک ماه حدود 9هزار لیتر سوخت مصرف می­کند. حالا فرض کنید با کمک پنل خورشیدی و باتری نیاز به تولید برق با ژنراتور حدودا 6 ساعت یا کمتر در روز باشد، به این ترتیب روزانه 75 لیتر و در یک ماه به 2250 لیتر سوخت نیاز دارد. این تفاوت بالا به کاهش مصرف سوخت ژنراتور و در نتیجه کاهش هزینه­های ماهانه می­انجامد.

صرفه‌جویی هزینه انرژی در بلندمدت

در بلند مدت تولید برق با پنل­های خورشیدی بسیار ارزن­تر از ژنراتور است. از این­رو استفاده از سیستم هیبریدی در کاهش هزینه­ها تاثیر بسزایی خواهد داشت. برق مورد نیاز مراکز درمانی، کارگاه­های کوچک و حتی روستا­ها را می­توان از این طریق تامین کرد و با هزینه کمتری برق بیشتری تولید کرد که همیشه در دسترس خواهد بود.

کارایی در شرایط قطع برق

با کاهش بارندگی و کمبود گاز در کشور در هر فصل شاهد قطع برق­های مداوم و گسترده بوده­ایم که خسارت­های جبران ناپذیری گاها با خود به همراه دارد. حتی بعد از وصل شدن برق نوسانات بالای برق شهری به لوازم و تجهیزات گران قیمت برقی آسیب جدی وارد می­کند و سبب خسارات بسیاری شده است. بنابراین یک سیستم هیبریدی شما را از این خطرات و مشکلات دور می­کند و با امنیت خاطر بیشتری می­توانید در زمان بی برقی به کار خود بپردازید.

مطالب بیشتر: پنل خورشیدی

اهمیت باتری‌های خورشیدی در کنار پنل

شاید یکی از معایب اصلی تولید برق با انرژی خورشیدی وابستگی شدید آن به تابش نور خورشید است! که در صورت نبود خورشید، هوای ابری یا بعد از غروب، تولید برق قطع خواهد شد. بنابراین اهمیت باتری­های خورشیدی در کنار پنل خورشیدی غیر قابل چشم­پوشی است. توان باتری تنها زمانی استفاده می‌شود که انرژی تجدیدپذیر کافی برای تأمین تقاضا وجود نداشته باشد. بنابراین باتری خورشیدی به ما این امکان را می­دهد که برق اضافی تولید شده توسط پنل خورشیدی را ذخیره کنیم و در زمان بی­برقی از آن استفاده کنیم.

انواع باتری خورشیدی

در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی، انتخاب نوع باتری تأثیر زیادی بر عملکرد، هزینه و دوام سیستم دارد. بنابراین باید در انتخاب باتری مناسب دقت لازم را داشته باشید. در ابتدا باید با انواع باتری­های خورشیدی آشنا شوید که عبارتند از:

1- باتری‌های سرب-اسید (Lead-Acid)

2- باتری‌های لیتیوم-یون (Lithium-Ion)

3- باتری‌های جریان (Flow Batteries)

4- باتری‌های نیکل-کادمیوم (Nickel-Cadmium)

5- باتری‌های سدیم-یون (Sodium-Ion)

در جدول زیر می­توانید مزایا و معایب و طول عمر هر کدام از این باتری­ها را مشاهده کنید:

برای انتخاب یک باتری مناسب باید ظرفیت مورد نیاز، هزینه و بودجه، عمر مفید و دوام، فضای موجود، نیاز به نگه­داری و کاربرد و مقیاس باتری را در نظر بگیرید.

نحوه ذخیره‌سازی انرژی

انرژی خورشیدی معمولا مستقیما در باتری ذخیره نمی­شود بلکه توسط یک شارژ کنترلر کنترل می­شود. برق تولید شده ابتدا وارد بخش شارژ کنترلر می­شود تا از شارژ بیش از حد باتری جلوگیری کند و اجازه ندهد باتری به طور کامل دشارژ شود. این کار باعث بهره­وری بهتر از باتری می­شود. جریان تولیدی پس از عبور از شارژ کنترلر وارد باتری می­شود و باتری­ها که معمولا از دو نوع پرکاربرد لیتیوم-یون یا سرب اسید تشکیل شده اند را شارژ می­کند. در این حالت یون­های لیتیوم از کاتد به سمت آند حرکت می­کنند و انرژی الکتریکی به صورت انرژی شیمیایی در باتری ذخیره می­شود. در صورت نیاز به باتری جریان DC ذخیره شده­ی خود را از طریق اینورتر­ها به AC تبدیل می­کند و از این طریق برق مورد نیاز خانگی را تامین می­کند.

انتخاب ظرفیت مناسب باتری

بعد از انتخاب نوع باتری مهم­ترین مساله در طراحی یک سیستم هیبریدی انتخاب ظرفیت مناسب باتری است. اگر میزان ظرفیت باتری کم باشد، بعد از قطع تولید برق توسط خورشید باتری خیلی زود تخلیه می­شود و ژنراتور باید مدت زمان بیشتری کار کند تا این کمبود برق را جبران کند و کارایی سیستم کاهش پیدا می­­کند. اما با انتخاب ظرفیت مناسب باتری از مشکل ورود سریع ژنراتور به مدار جلوگیری می­کنیم و در مصرف سوخت از این طریق می­توانیم صرفه­جویی کنیم و بازدهی سیستم هیبریدی را افزایش دهیم.

ظرفیت باتری خورشیدی با کیلووات ساعت مشخص می­شود. برای انتخاب ظرفیت مناسب باتری باید این موارد را در نظر بگیرید: مصرف روزانه انرژی؛ تعداد روزها و ساعت­هایی که باتری باید در مدار باشد تا کمبود نور خورشید را جبران کند؛ عمق دشارژ باتری؛ راندمان سیستم یعنی همان نسبت انرژی خروجی مفید به ورودی؛ ولتاژ نامی مدار DC و نوع باتری. همه­ی این موارد بر ظرفیت باتری اثرگذار هستند.

کاربردهای عملی سیستم هیبریدی

در بسیاری از کشورهای در حال توسعه استفاده از سیستم­های هیبریدی افزایش یافته است. کمبود برق و برق­رسانی به مناطق دور افتاده همواره مشکلات زیادی را برای مردم ایجاد کرده است. هزینه­های تولید و انتقال برق گران است. سیستم­های انرژی هیبریدی کاربردهای گسترده‌ای دارند، زیرا ترکیب چند منبع انرژی (خورشیدی، بادی، دیزلی یا شبکه برق) باعث افزایش پایداری و کاهش هزینه می‌شود و می­تواند جایگزین تولید و انتقال برق به خانه‌های مسکونی در مناطق دورافتاده شود.

گاها مزارع و سیستم‌های کشاورزی، صنایع کوچک و کارگاه‌ها با ارقام بالای قبض برق خود روبرو می­شوند که شاید در برابر راه­اندازی یک سیستم هیبریدی قابل مقایسه نباشد و می­توانند با هزینه­های کمتری برق مورد نیاز خود را تهیه کنند؛ بدون نگرانی از اینکه برق آن­ها از شبکه سراسری قطع شود.

مراکز درمانی و امدادی نیاز مداوم به برق ایمن دارند. سیستم­های هیبریدی با قابلیت تولید پایدار برق می­تواند یک پشتیبان امن برای این بخش­ها باشد. در بسیاری از موارد قطع ناگهانی برق در مراکز درمانی و کلینیک­های دندانپزشکی باعث بروز مشکل برای افراد شده است. اما با تهیه یک سیستم هیبریدی می­توان از این قبیل اتفاقات جلوگیری به عمل آورد.

کاربرد­های عملی سیستم هیبریدی بی­شمار است. امروزه برق به عنوان یکی از پایه­ترین نیازهای بشری تبدیل شده که نبود آن دردسر بزرگی در تولید، صنعت و خدمات ایجاد کرده است.

جمع‌بندی

برخلاف سیستم‌های فتوولتاییک تنها، سیستم هیبریدی PV – که شامل یک سیستم فتوولتائیک با پشتیبانی یک موتور-ژنراتور است – از قابلیت اطمینان بیشتری در تولید برق برخوردار است و اغلب بهترین راه‌حل برای برق‌رسانی به مناطق دورافتاده، صنایع و مراکز تولیدی محسوب می‌شود. قطعی پیوسته برای صنایع، بازار، خدمات درمانی و… خسارات جبران ناپذیری به بار آورده است. استفاده از یک سیستم هیبریدی خورشیدی با باتری و ژنراتور اهمیت بالاتری پیدا کرده است.

در این مجموعه شما می­توانید یک سیستم هیبریدی مناسب کسب و کار خود را پیدا کنید با مشاهده محصولات پنل خورشیدی و باتری اطلاعات مورد نیاز برای تهیه یک سیستم هیبریدی مناسب را بدست خواهید آورد. سیستمی که علاوه بر صرفه اقتصادی، امنیت انرژی را به همراه خواهد داشت.