تمامی قیمت‌های سایت بروز می‌باشد

ماناباتری راهکارهای پایداری انرژی
ماناباتری طراحی و تامین راهکارهای پایداری انرژی
۰۲۱-۴۴۲۸۲۵۳۱

تأمین انرژی پایدار، از طراحی مهندسی تا تامین تجهیزات و پیاده سازی پروژه

مهندسی و اجرای سیستم‌های برق خورشیدی

ظرفیت مصرفی خود را محاسبه کنید، زمان بازگشت سرمایه پروژه را بسنجید و باکیفیت‌ترین تجهیزات سولار را با گارانتی معتبر از مانا باتری تهیه کنید.

محاسبه‌گر برق خورشیدی
پکیج های برق خورشیدی
اجرای پروژه خورشیدی
محاسبه‌گر بازگشت سرمایه

محصولات سولار:

سانورتر
پنل خورشیدی
باتری خورشیدی

انواع سیستم‌های برق خورشیدی

برق خورشیدی صرفاً نصب چند پنل روی سقف نیست. یک معماری مهندسی است. یک معماری چند لایه که بر اساس نیازهای مختلف طراحی می‌شود. معمولا اولین سوالی که باید به آن پاسخ دهید، این است: شما از سیستم برق خورشیدی دقیقاً چه می‌خواهید؟

کاهش هزینه قبض برق؟

تأمین برق ویلایی که به شبکه برق دسترسی ندارد؟

یا فروش برق به اداره برق؟

تامین برق پمپ های آبیاری؟

پاسخ به همین یک سوال، مسیر طراحی را کاملاً تغییر می‌دهد. اینکه از چه نوع سیستمی استفاده شود بستگی به پاسخ همین سوال دارد. در مهندسی فتوولتائیک، ما با دو نوع سیستم متفاوت و یک سیستم ترکیبی سر و کار داریم:

  • سیستم‌های متصل به شبکه یا آنگرید
  • سیستم‌های جدا از شبکه یا آفگرید
  • سیستم‌های ترکیبی یا هیبرید

سیستم متصل به شبکه (On-Grid)

آنگرید. ساده‌ترین و البته اقتصادی‌ترین روش. در این سیستم برق تولیدی مستقیما به شبکه برق سراسری متصل می‌شود.

چگونه کار می‌کند؟

پنل‌ها زیر نور خورشید جریان مستقیم تولید می‌کنند و اینورتر برق تولید شده را به جریان متناوب تبدیل می‌کند. حالا این برق تولیدی می‌تواند در لحظه توسط خودتان مصرف شود یا اگر مازاد نیازتان است آن را به اداره برق بفروشید؛ مثل یک رودخانه انرژی که تا وقتی خورشید هست، جریان دارد. هر چه خواستید خودتان بر می‌دارید و مابقی را می‌فروشید. این یعنی یک درآمدزایی تضمین‌شده.

در این سیستم خبری از باتری نیست. این یعنی هزینه اولیه کمتر و استهلاکِ به مراتب پایین‌تر. اما یک پاشنه آشیل مهم دارد: اگر برق شبکه سراسری قطع شود، سیستم شما هم فوراً خاموش می‌شود. چرا؟ استانداردهای ایمنی شبکه (Anti-Islanding) اجازه نمی‌دهند سیستم شما روی خطوطِ قطع‌شده برق بفرستد تا جان تکنسین‌های اداره برق که در حال تعمیرات هستند به خطر نیفتد. علاوه بر این، سیستم در هنگامی که نور خورشید وجود ندارد، هیچ تولیدی ندارد. انگار که آن رودخانه انرژی خشکیده باشد بدون هیچ ذخیره‌ای.

کجا کاربرد دارد؟

سقف کارخانه‌ها، سوله‌های صنعتی و منازل شهری که دسترسی کامل به شبکه دارند و هدفشان صرفاً درآمدزایی یا حذف هزینه‌های برق است.

سیستم مستقل از شبکه (Off-Grid)

آفگرید. قطع کامل ارتباط با شبکه. شما خودتان نیروگاه خودتان هستید.

دسترسی به کابل‌های اداره برق ندارید؟ هزینه تیرگذاری سرسام‌آور است؟ اینجاست که سیستم‌های آفگرید وارد می‌شوند.

چگونه کار می‌کند؟

در طول روز که همه چیز خوب است! پنل ها برق تولید می کنند و لوازم برقی از این برق تولید شده استفاده می کنند. اما اینبار مازاد برق تولیدی به جای رفتن روی شبکه، در باتری‌ها ذخیره می شود. حالا شب‌هنگام که دیگر خبری از نور خورشید و تولید برق توسط پنل ها نیست، اینورتر وارد عمل شده و برق ویلا، پمپ آب کشاورزی یا دکل مخابراتی شما را تأمین می‌کند.

همان مثال رودخانه را در نظر بگیرید؛ سیستم آفگرید مثل این است که شما جریان رودخانه را داخل یک مخزن بزرگ جمع می‌کنید و هر مقدار که انرژی نیاز دارید، از این مخزن برداشت می‌کنید.

هزینه؟

متاسفانه، بالاتر است. باتری‌ها قیمت سیستم را بالا می‌برند. در طراحی یک سیستم آفگرید محاسبه دقیق ظرفیت ذخیره‌سازی، محاسبه عمق دشارژ (DOD) و پیش‌بینی روزهای ابری متوالی حیاتی است. یک اشتباه محاسباتی در سایزینگ باتری، مساوی است با خاموشی مطلق در نیمه‌شب.

کجا کاربرد دارد؟

معمولا در مکان هایی که دسترسی به سبکه برق ندارند؛ ویلاها یا باغ‌های دور از شبکه و …

سیستم‌های ترکیبی (Hybrid)

گاهی نه یک سیستم آنگرید جواب می‌دهد، نه آفگرید. فرض کنید به شبکه وصلیم، اما قطعی‌های برق امانمان را بریده. مثل یک کارگاه تولیدی که هر ساعت توقف تولید مساوی است با هزینه‌های سرسام آور تجهیزاتی و نیروی انسانی.

راهکار چیست؟

سیستم متصل به شبکه با پشتیبانی باتری. در ساعات عادی سیستم دقیقاً مثل یک نیروگاه آنگرید رفتار می‌کند؛ یعنی مازاد برق تولیدی هم به شبکه فروخته می‌شود و هم باتری را شارژ می‌کند؛ اما وقتی شبکه قطع شد، به جای خاموشی، سیستم در کسری از ثانیه روی باتری‌ها سوییچ می‌کند. در مثال  رودخانه مثل این است که شما روی رودخانه یک سد احداث کرده اید، هر زمان که خواستید می‌توانید دریچه های سد را باز کرده و مازاد نیاز انرژی خود را به شبکه بفروشید.

حسن دیگر این سیستم این است که اگر پنل ها هم برقی تولید نکنند (مثلا به خاطر خرابی یا در روزهای ابری و شب ها) سیستم می تواند برق را از شبکه دریافت کرده و به کمک آن باتری‌ها را شارژ کند. دقیقا مانند یک سیستم پشتیبانی برق اضطراری. در این صورت شارژ باتری‌ها همواره پر است تا در صورت قطع برق حتی طولانی مدت، به مشکل کمبود برق نخورید.

هزینه؟

یک سانورتر (اینورتر-شارژر) هوشمند در این ساختار، فرماندهی تغییر مسیر جریان را بر عهده دارد. کمی گران‌تر از یک سیستم آفگرید تمام می‌شود، اما برای مراکزی که به برق بدون وقفه (UPS-like) نیاز دارند، ارزش سرمایه‌گذاری را دارد.

کجا کاربرد دارد؟

اگر مشکل شما قطعی های برق است.

محاسبه‌گر سیستم برق خورشیدی

برآورد ظرفیت آرایه، اینورتر و بانک باتری بر پایه‌ی تابش منطقه و الگوی مصرف.

کیلووات‌ساعت

بر اساس معیاری که بالا انتخاب کرده‌اید.

اگر انتخاب نشود، میانگین استان استفاده می‌شود.

ساعت

پکیج‌های برق خورشیدی

پکیج‌های آماده برق خورشیدی، مجموعه‌ای از تجهیزات موردنیاز برای تأمین برق با انرژی خورشیدی هستند که متناسب با کاربردهای مختلف در کنار یکدیگر انتخاب شده‌اند. از استفاده در سفر و کمپینگ گرفته تا تأمین برق تجهیزات اداری، ویلا و فضاهایی که دسترسی مطمئنی به برق شبکه ندارند.

با انتخاب یک پکیج آماده، نیازی نیست هر یک از اجزای سیستم مانند پنل خورشیدی، اینورتر و باتری را جداگانه انتخاب و با یکدیگر هماهنگ کنید. تجهیزات هر پکیج متناسب با ظرفیت و کاربرد آن در نظر گرفته شده‌اند و می‌توان سیستم را بر اساس نیاز مصرفی انتخاب کرد.

خرید پکیج خورشیدی به‌صورت یکجا می‌تواند هزینه نهایی سیستم را نیز نسبت به خرید جداگانه تجهیزات کاهش دهد. ضمن اینکه در صورت افزایش نیاز به برق، امکان ارتقای برخی پکیج‌ها و اضافه کردن تجهیزات متناسب با ظرفیت سیستم وجود دارد.

پکیج قابل حمل

300 W / 1000 Wh

۳۰۰ واتتوان خروجی
۱ کیلووات‌ساعتظرفیت ذخیره

مناسب برای: سفر و کمپینگ

نیروگاه خورشیدی در مقیاس کوچک برای تأمین برق تجهیزات سفری.

راهنمایی و مشاوره

ضروریات خانه و دفتر کار

1 kW / 2.5 kWh

۱ کیلوواتتوان خروجی
۲٫۵ کیلووات‌ساعتظرفیت ذخیره

مناسب برای: خانه و دفتر کار

با امکان شارژ از برق خورشیدی؛ انرژی تجهیزات ضروری را در نبود برق تأمین می‌کند.

راهنمایی و مشاوره

اداری و شرکتی

3 kW / 5 kWh

۳ کیلوواتتوان خروجی
۵ کیلووات‌ساعتظرفیت ذخیره

مناسب برای: شرکت‌های کوچک و متوسط

چند رایانه، تجهیزات شبکه و سیستم امنیتی را بدون وقفه در قطعی برق نگه می‌دارد.

راهنمایی و مشاوره

ویلا، باغ و منزل مسکونی

6 kW / 10 kWh

۶ کیلوواتتوان خروجی
۱۰ کیلووات‌ساعتظرفیت ذخیره

مناسب برای: ویلا و منزل مسکونی

لوازم خانگی، سیستم گرمایش و سرمایش و پمپ آب را در قطعی برق تأمین می‌کند.

راهنمایی و مشاوره

تجهیزات خورشیدی

مدل های مختلف سانورتر

مدل های مختلف پنل خورشیدی

مدل های مختلف باتری سولار

اجرای پروژه برق خورشیدی

اکثر افراد وقتی می‌خواهند یک پروژه خورشیدی را استارت بزنند، تمرکز خود را به خرید تجهیزات و مشخصات فنی محصولات، معطوف می‌کنند. اما تفاوت میان یک نیروگاه خورشیدی پر بازده و یک سیستم پرهزینه و کم‌بازده، معمولاً در جزییات اجرای آن نهفته است. روی کاغذ، همه چیز ساده است: محاسبه ظرفیت پنل‌ها، پیدا کردن سانورتر مناسب و در نهایت اگر نیاز بود باتری خورشیدی. اما در میدان عمل، داستان تغییر می‌کند. افت ولتاژ در مسیرهای طولانی، زاویه نادرست استراکچر نسبت به عرض جغرافیایی، خنک‌کاری نامناسب سانورتر و سایه‌های موضعی می‌توانند عملکرد کل سیستم را تا ۴۰ درصد کاهش دهند.

مسیر اجرای پروژه خورشیدی

از بازدید و امکان‌سنجی محل تا تحویل و پایش عملکرد؛ هر مرحله با محاسبات مهندسی و استانداردهای ایمنی انجام می‌شود. جزئیات فنی هر مرحله را می‌توانید باز کنید.

  1. امکان‌سنجی و ارزیابی فنی محل احداث

    پیش از خرید هر تجهیزی، محل نصب از نظر سایه‌اندازی، مقاومت سازه و الگوی مصرف بررسی می‌شود. این بازدید جلوی بیشتر اشتباهات پرهزینه بعدی را می‌گیرد.

    مشاهده جزئیات فنی
    • تحلیل سایه‌اندازی: بررسی دیوارها، درختان، دکل‌ها و دودکش‌های اطراف در طول ۱۲ ماه سال. سایه روی تنها ۵ درصد از یک دیود بای‌پاس می‌تواند عملکرد کل یک رشته پنل را مختل کند.
    • ارزیابی مقاومت سازه: سنجش توان باربری سقف سوله یا پشت‌بام برای تحمل بار مرده تجهیزات و بار زنده بادهای منطقه‌ای.
    • تحلیل الگوی مصرف: استخراج پروفایل بار و مشخص کردن اینکه پیک مصرف در روز است یا شب، و سیستم باید متصل به شبکه (On-Grid) باشد یا مستقل از شبکه (Off-Grid).

  2. طراحی مهندسی و انتخاب دقیق تجهیزات

    بر پایه داده‌های بازدید، نقشه کلی و محاسبات فنی سیستم آماده می‌شود تا هر وات ظرفیت نصب‌شده واقعاً به برق قابل استفاده تبدیل شود.

    مشاهده جزئیات فنی
    • تطبیق توان و ولتاژ: تنظیم ولتاژ ورودی MPPT سانورتر یا اینورتر با ولتاژ مدار باز (Voc) پنل‌ها در سردترین روز سال و ولتاژ نقطه توان حداکثر (Vmpp) در گرم‌ترین روز سال.
    • محاسبه سطح مقطع کابل: انتخاب کابل مسی یا آلومینیومی DC بر اساس میزان جریان و طول مسیر، برای کاهش افت ولتاژ.
    • نسبت توان DC به AC: به دلیل تلفات دمایی، تلفات کابل‌کشی و گردوغبار، توان واقعی پنل‌ها معمولاً ۱۵ تا ۳۰ درصد کمتر از توان نامی است. بنابراین این نسبت معمولاً بین ۱٫۱۵ تا ۱٫۳۵ طراحی می‌شود تا ظرفیت اسمی اینورتر هدر نرود.
    • تطبیق بانک باتری: در سیستم‌های آفگرید، محاسبه دقیق عمق تخلیه (DoD) و نرخ تخلیه باتری برای جلوگیری از کاهش سریع عمر مفید آن ضروری است.
    • اصلاح ظرفیت بر اساس نرخ تخلیه و دما: در کاربردهایی با بار لحظه‌ای مانند استارت الکتروموتور و در محیط‌های گرم، ضریب افت ظرفیت ناشی از دما محاسبه می‌شود تا تخلیه عمیق ناگهانی رخ ندهد.

  3. پیاده‌سازی و رعایت استانداردهای ایمنی الکتریکی

    اجرای فیزیکی پروژه بر اساس مقررات ملی ساختمان و استانداردهای بین‌المللی مانند IEC انجام می‌شود؛ ایمنی در سیستم‌های DC جای آزمون و خطا نیست.

    مشاهده جزئیات فنی
    • استراکچر و سازه نگهدارنده: سازه گالوانیزه گرم با قابلیت تنظیم زاویه فصلی، یا سازه ثابت مقاوم در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی.
    • حفاظت و ایمنی: نصب فیوز DC، سرج ارستر (SPD) برای مهار ولتاژهای ناگهانی، کلید ایزولاتور و اجرای سیستم ارتینگ اختصاصی.
    • اتصالات و کابل‌کشی: به‌کارگیری کانکتور استاندارد MC4 با ابزار پرس مخصوص؛ اتصالات چسب‌کاری‌شده عامل اصلی آرک الکتریکی و آتش‌سوزی در سیستم‌های DC هستند.

  4. تست، راه‌اندازی و تحویل پروژه

    سیستم بلافاصله زیر بار نمی‌رود. ابتدا مجموعه‌ای از آزمایش‌های فنی اجرا می‌شود و نتایج آن‌ها همراه پروژه تحویل می‌شود.

    مشاهده جزئیات فنی
    • اندازه‌گیری ولتاژ مدار باز (Voc) و جریان اتصال کوتاه (Isc) تک‌تک استرینگ‌ها.
    • تست ترموگرافی با دوربین حرارتی برای اطمینان از نبود هات‌اسپات روی پنل‌ها و محل اتصالات.
    • تست عملکرد سانورتر یا اینورتر زیر بار نامی و بررسی رفتار باتری‌ها هنگام قطع برق شبکه.

  5. پشتیبانی و پایش عملکرد

    پایان نصب، آغاز بهره‌برداری است. پایش دوره‌ای همان چیزی است که بازگشت سرمایه را در درازمدت تضمین می‌کند.

    مشاهده جزئیات فنی
    • تمیزکاری منظم پنل‌ها متناسب با میزان گردوغبار منطقه.
    • بازبینی پیچ‌ها و اتصالات استراکچر در بازه‌های مشخص.
    • بررسی داده‌های سیستم مانیتورینگ برای شناسایی زودهنگام افت راندمان.

فلوچارت پروژه برق خورشیدی

1

بررسی نیاز و امکان سنجی

  • تعیین هدف پروژه (آفگرید | آنگرید | هیبرید)
  • بررسی مصرف انرژی و الگوی بار
  • بررسی شرایط محل (تابش خورشید، فضای نصب، سایه‌ها و ...)
  • تحلیل اقتصادی اولیه (هزینه‌ها، بازگشت سرمایه، توجیه پذیری)

2

انتخاب نوع سیستم

  • آفگرید (مناسب مناطق با دسترسی به شبکه برق، بدون نیاز به باتری، درآمدزایی با فروش انرژی به شبکه)
  • آنگرید (مناسب مناطق دور افتاده و بدون دسترسی به شبکه برق، نیازمند بانک باتری)
  • هیبرید (ترکیب مزایای آفگرید و آنگرید، افزایش پایداری، هزینه بالاتر نسبت آفگرید و آنگرید)

3

طراحی سیستم

  • محاسبه ظرفیت نیروگاه خورشیدی (بر اساس مصرف، تابش و نوع سیستم)
  • انتخاب تجهیزات اصلی (پنل‌ها، سانورتر، باتری، سازه و ...)
  • طراحی مدار (سیم‌کشی، حفاظ‌ها، تابلوها)
  • تهیه نقشه فنی (پلان نصب، جانمایی تجهیزات)

4

خرید تجهیزات

  • انتخاب تامین‌کننده معتبر
  • بررسی گارانتی و کیفیت تجهیزات
  • خرید پنل، سانورتر، باتری و متعلقات
  • حمل و نقل و انبارش ایمن تجهیزات

5

آماده سازی محل و نصب

  • نصب ایمن سازه و زیرساخت
  • نصب پنل‌های خورشیدی
  • نصب سانورتر و تجهیزات جانبی
  • کابل کشی و اتصال به تابلوها
  • نصب باتری (در صورت نیاز)

6

راه اندازی و انجام تست‌ها

  • بررسی اتصالات و ایمنی
  • راه اندازی سانورتر و تنظیمات اولیه
  • تست عملکرد پنل ها و میزان تولید انرژی (رفع عیوب احتمالی)
  • تست باتری و سیستم ذخیره سازی (هیبرید/ آفگرید)

چالش‌ها و مشکلات رایج سیستم خورشیدی

در هنگام اجرای یک پروژه خورشیدی، چالش های متعددی می‌تواند اجرا یا بهره‌برداری از سیستم را دچار مشکل کند. در اینجا برخی از این چالش‌ها را بر اساس تجربیات واقعی بررسی کرده و راهکار حل این چالش‌ها را به شما نشان می‌دهیم:

جریان راه‌اندازی الکتروموتورها

آفگرید کشاورزی
پمپ آب پر مصرف
  • چالش

کارفرما یک الکتروموتور ۱۵ اسب (۱۱ kW) داشت و روی کاغذ یک سیستم ۱۵ کیلوواتی پاسخگو بود. اما موتورهای القایی در لحظه استارت ۴ تا ۷ برابر جریان نامی می‌کشند و در تابستان، با افت سطح آب چاه و گرمای هوا، فشار بیشتری به پمپ وارد می‌شد. روشن کردن مستقیم پمپ، اینورتر را در همان ثانیه اول وارد اورلود می‌کرد.

  • راهکار

سه برابر کردن پنل و اینورتر فقط برای پوشش چند ثانیه استارت، هزینه‌ای غیرمنطقی بود. مسئله را از سمت بار حل کردیم: نصب یک درایو VFD که با راه‌اندازی نرم، دور موتور و ولتاژ را به‌آرامی بالا می‌برد و جریان استارت را کنترل می‌کند.

  • بدون حتی یک پنل اضافه پمپ بدون شوک جریان راه افتاد و ظرفیت سیستم دست‌نخورده ماند.

ولتاژ پنهان در سرمای شدید؛ افزایش Voc

طراحی استرینگ
دمای پایین
  • چالش

در یک ویلای کوهستانی در شهرستان دماوند یک مشکل دمایی وجود داشت؛ پنل‌های خورشیدی ضریب دمایی منفی دارند؛ با کاهش دما، ولتاژ مدار باز (Voc) آن‌ها بالا می‌رود. اگر تعداد پنل هر رشته فقط بر اساس دمای استاندارد ۲۵ درجه (STC) محاسبه می‌شد، در یک روز سرد و آفتابی زمستان ولتاژ DC ورودی از ۵۰۰ ولت عبور می‌کرد و ورودی MPPT سانورتر را می‌سوزاند.

  • راهکار

ضریب دمایی ولتاژ را برای دمای ۲۰- درجه در فرمول‌های طراحی اعمال کردیم و آرایش استرینگ‌ها تغییر کرد: تعداد پنل‌های متوالی هر رشته از ۱۲ به ۱۰ عدد کاهش یافت.

محاسبه دمایی باید سمت گرم را هم ببیند؛ سرعت باد و بالا رفتن دمای سطح پنل در طول روز، هر دو در محاسبات لحاظ می‌شوند.

  • در نهایت با تغییر آرایش پنل‌ها بدون هزینه اضافه برای سانورتر، حداکثر ولتاژ خروجی به ۴۴۰ ولت در سخت‌ترین یخبندان زمستان می رسد؛ با فاصله ایمن تا حد مجاز سانورتر.

قطعی متناوب اینورتر به دلیل ولتاژ بالای شبکه

سیستم آنگرید
ولتاژ بالای شبکه
  • چالش

سیستم در ساعات اوج تابش (۱۲ تا ۲ ظهر) ناگهان خاموش می‌شد و خطای Grid Voltage Out of Range می‌داد، در حالی که تجهیزات کاملاً سالم بودند. مشکل شبکه برق منطقه بود که خودش ولتاژ بالایی (حدود ۲۴۵ ولت) داشت؛ سانورتر برای تزریق جریان مجبور بود ولتاژ خروجی را بالاتر از ولتاژ شبکه ببرد و همین، ولتاژ را از حد مجاز ۲۵۳ ولت عبور می‌داد و سیستم قطع می‌شد.

  • راهکار

به‌جای تعویض تجهیزات، تنظیمات داخلی اینورتر روی حالت کنترل توان راکتیو تنظیم شد تا با تزریق کالیبره‌شده توان راکتیو، ولتاژ نقطه اتصال را تعدیل کند.

  • مشکل با تنظیم نرم‌افزاری اینورتر حل شد و تولید ساعات پیک بازگشت.

تثبیت استراکچر روی سقف

نصب روی سوله
سقف ساندویچ‌پانل
  • چالش

اتصال مستقیم استراکچر به ورق شیروانی یا ساندویچ‌پانل، بدون در نظر گرفتن سازه پشتیبان، خطایی مهلک در مهندسی نصب است. باد شدید می‌تواند ورق نازک سقف را پاره کند و کل نیروگاه را با خود ببرد.

چالش دیگر جهت تابش نور خورشید است. بسیار از سوله‌ها در جهت شمالی-جنوبی ساخته می شوند و بنابراین پنل ها در صورت اتصال مستقیم به سقف قابلیت نورگیری مناسبی ندارند.

  • راهکار
  • اتصال مستقیم به اعضای باربر: پیچ‌های مهار باید در تیرهای Z یا خرپاهای سوله فرو روند و محل نفوذ پیچ با واشر پایه EPDM و درزگیر پلی‌یورتان آب‌بندی شود.
  • کلمپ مخصوص بدون سوراخ‌کاری: روی سقف‌های شیاردار و ساندویچ‌پانل، کلمپ به برجستگی فابریک ورق قفل می‌شود؛ عایق‌بندی سقف کاملاً حفظ می‌ماند و بار باد یکنواخت روی سازه توزیع می‌شود.
  • در این پروژه، به دلیل استفاده از ساندویچ‌پانل شیاردار، پنل‌ها با کلمپ‌های ذوزنقه‌ای نصب شدند.

ناسازگاری پروتکل BMS باتری لیتیومی با سانورتر

باتری لیتیومی
ارتباط با سانورتر
  • چالش

وقتی باتری و سانورتر را از دو برند متفاوت می‌خرید، ممکن است پروتکل BMS باتری با سانورتر همخوانی نداشته باشد و ارتباط داده‌ای بین آن‌ها برقرار نشود.

در مدل‌های جدید، سانورتر پروتکل BMS را خودکار تشخیص می‌دهد و RS485 و CAN عملاً استاندارد پذیرفته‌شده بین برندهاست؛ با یک تنظیم ساده ارتباط برقرار می‌شود. اگر هیچ‌کدام پشتیبانی نشد، بدون تعویض تجهیزات هم راه‌حل داریم:

 
  • راهکار
  • بردن سانورتر به حالت User-Defined (USE) و تنظیم دستی ولتاژ شارژ و قطع دشارژ.
  • محدود کردن جریان شارژ و تغییر پروتکل خروجی نرم‌افزاری BMS به استانداردهای همه‌گیر مانند Pylontech.
  • بازتر گرفتن آستانه‌های حفاظتی BMS نسبت به سانورتر، تا کنترل اصلی بار بر عهده سانورتر بماند و مدار زیر بار ناگهان قطع نشود.
  • RS485 یا CAN؛ ارتباط پایدار باتری و سانورتر، حتی وقتی دو برند متفاوت‌اند.

دایره‌المعارف تخصصی برق خورشیدی

مبانی انرژی و برق

توان (Power)

 نرخ انجام کار یا انتقال انرژی در واحد زمان است و در سیستم‌های برق با وات (W) سنجیده می‌شود. توان در محاسبه بار، انتخاب اینورتر و ارزیابی ظرفیت سامانه کاربرد دارد.

بخشی از توان الکتریکی است که در مدار AC به‌صورت واقعی توسط بار مصرف یا به انرژی مفید تبدیل می‌شود. واحد آن وات (W) است.

بخشی از توان AC که بین منبع و بار رفت‌ و برگشت می‌کند و به‌طور مستقیم به کار مفید تبدیل نمی‌شود.

حاصل‌ضرب مؤلفه‌های ولتاژ و جریان AC است و با ولت‌آمپر (VA) بیان می‌شود.

نسبت توان اکتیو به توان ظاهری است و نشان می‌دهد چه سهمی از توان ورودی واقعاً مفید است.

حداقل سطح تقاضای پیوسته برق در یک بازه زمانی مشخص است.

بیشترین میزان مصرف برق در یک بازه زمانی معین است.

جریان لحظه‌ای بالایی است که برخی تجهیزات هنگام روشن‌شدن می‌کشند.

نسبت انرژی یا توان خروجی مفید به انرژی یا توان ورودی است و به‌صورت درصد بیان می‌شود.

کاهش ولتاژ در طول کابل یا مسیر انتقال به‌علت مقاومت الکتریکی است.

نسبت میانگین توان مصرفی یک بار یا سیستم به بیشترین توان مصرفی آن در یک بازه زمانی مشخص است. این شاخص نشان می‌دهد مصرف برق در طول زمان تا چه اندازه به‌صورت یکنواخت انجام می‌شود.

مبانی الکتریکی سیستم خورشیدی

ولتاژ مدار باز (Voc)

بیشترین ولتاژ قابل اندازه‌گیری در خروجی پنل زمانی است که مدار باز بوده و جریانی از آن عبور نمی‌کند. Voc در طراحی رشته‌های پنل و بررسی محدوده ولتاژ ورودی اینورتر اهمیت دارد.

جریان خروجی پنل در شرایط اتصال کوتاه ترمینال‌های آن است. این پارامتر در بررسی جریان رشته‌ها و انتخاب تجهیزات حفاظتی کاربرد دارد.

نقطه‌ای روی مشخصه ولتاژ-جریان پنل است که حاصل‌ضرب ولتاژ و جریان در آن به بیشترین مقدار می‌رسد.

ولتاژ پنل در نقطه‌ای از منحنی عملکرد است که پنل در آن بیشترین توان الکتریکی را تولید می‌کند.

جریان پنل در نقطه حداکثر توان است؛ یعنی نقطه‌ای که حاصل‌ضرب ولتاژ و جریان پنل بیشترین مقدار را دارد.

نسبت میزان تابش خورشیدی بازتاب‌شده از یک سطح به تابش دریافتی آن سطح است. در پنل‌های دوطرفه، آلبدو سطح زیر پنل یکی از عوامل مؤثر بر میزان انرژی دریافتی از پشت پنل است.

سطح ولتاژ بخش DC که در انتخاب پنل، اینورتر، باتری و تجهیزات حفاظتی اهمیت دارد.

بیشترین جریان DC مجاز در ورودی تجهیز است.

مقدار ظرفیت یا توان مشخص‌شده توسط سازنده برای یک تجهیز در شرایط کاری تعریف‌شده است. این مقدار مبنایی برای انتخاب و مقایسه تجهیزات و بررسی تناسب آن‌ها با نیاز سیستم است. ظرفیت باتری معمولاً با Ah یا Wh و توان نامی اینورتر یا پنل با W یا kW بیان می‌شود.

تبدیل توان، مدیریت و کنترل

سانورتر (Solar Inverter / Sunverter)

یک دستگاه هیبریدی، قلب تپنده سیستم‌های ویلایی و آفگرید. سانورتر سه دستگاه مختلف شامل «اینورتر مبدل جریان مستقیم به متناوب»، «شارژکنترلر خورشیدی» و «شارژر باتری ورودی از برق شهر یا ژنراتور» را در یک پکیج دیواری جمع‌وجور ترکیب کرده است.

مغز هوشمند الکترونیکی در شارژکنترلرها و اینورترها. الگوریتم MPPT به طور مداوم و لحظه‌ای، ولتاژ و جریان خروجی پنل‌ها را رصد می‌کند تا نقطه‌ای را پیدا کند که حاصل‌ضرب ولتاژ در جریان به بیشترین مقدار ممکن (حداکثر توان) برسد. این تکنولوژی راندمان استخراج انرژی را به ۹۹ درصد می‌رساند.

کنترلر شارژ سنتی و مقرون‌به‌صرفه. این دستگاه ولتاژ بالای پنل خورشیدی را به زور پایین می‌کشد تا با ولتاژ باتری هم‌سطح شود. نتیجه؟ ساده و ارزان است، اما باعث هدررفت حدود ۱۵ تا ۳۰ درصدی توان پنل نسبت به مدل‌های MPPT می‌شود.

شارژکنترلر MPPT نقطه کاری پنل را دائماً بررسی می‌کند تا بتواند بیشترین توان قابل دریافت را از آن استخراج کند. سپس با تبدیل مناسب ولتاژ و جریان، این انرژی را برای شارژ باتری به کار می‌گیرد. مزیت اصلی آن در شرایطی مشخص می‌شود که ولتاژ بهینه پنل با ولتاژ باتری یکسان نیست.

EMS لایه کنترلی بالاتری است که وضعیت منابع و مصرف‌کننده‌ها را بررسی و بر اساس منطق تعریف‌شده تصمیم‌گیری می‌کند. میزان تولید خورشیدی، سطح شارژ باتری، مصرف بار و وضعیت شبکه می‌توانند در این تصمیم‌گیری دخیل باشند.

پیش از اینکه یک اینورتر به شبکه برق متصل شود، خروجی آن باید از نظر ولتاژ، فرکانس و فاز با شبکه هماهنگ باشد. این فرآیند سنکرون‌سازی نام دارد و برای انتقال صحیح توان و جلوگیری از عملکرد نامناسب هنگام اتصال ضروری است.

الزام امنیتی خط قرمز در نیروگاه‌های متصل به شبکه (On-Grid). اگر شبکه برق سراسری قطع شود، اینورتر شما باید در کسری از ثانیه تزریق برق به شبکه را متوقف کند. این کار برای جلوگیری از برق‌گرفتگی تکنسین‌های اداره برق که در حال تعمیر خطوط هستند، کاملاً حیاتی است.

این حفاظت زمانی وارد عمل می‌شود که ولتاژ از محدوده مجاز تجهیز بالاتر برود. بسته به طراحی سیستم، حفاظت می‌تواند در سطح الکترونیکی داخلی، ورودی DC یا تابلوهای حفاظتی اجرا شود.

اضافه‌جریان زمانی رخ می‌دهد که جریان از مقدار مجاز کابل یا تجهیز عبور کند. فیوز و کلید حفاظتی از رایج‌ترین روش‌های محدودکردن این وضعیت هستند و انتخاب صحیح آن‌ها باید بر اساس ظرفیت مدار و شرایط نصب انجام شود.

THD میزان حضور مؤلفه‌های هارمونیکی در ولتاژ یا جریان را نسبت به مؤلفه اصلی نشان می‌دهد. در اینورترها، THD پایین‌تر معمولاً به معنای نزدیک‌تر بودن شکل موج خروجی به موج سینوسی است، هرچند ارزیابی کیفیت خروجی باید با مشخصات کامل تجهیز انجام شود.

شکل موج خروجی اینورتر که کیفیت آن دقیقاً مشابه یا حتی بهتر از برق شبکه شهری است. برای راه‌اندازی تجهیزات حساس یا موتورهای دارای سیم‌پیچ (مانند پمپ آب خانگی، یخچال، کولرگازی و فن)، استفاده از اینورتر با خروجی سینوسی خالص برای جلوگیری از سوختن موتورها الزامی است.

راندمان اینورتر نشان می‌دهد چه نسبتی از توان DC ورودی پس از عبور از فرآیند تبدیل به توان AC خروجی تبدیل می‌شود. بخشی از انرژی در این فرآیند به‌صورت گرما و سایر تلفات الکتریکی از بین می‌رود؛ ضمن اینکه راندمان در همه بارها یکسان نیست.

در برخی شرایط اینورتر یا سیستم نباید تمام توان قابل تولید را به خروجی منتقل کند. محدودسازی توان برای رعایت ظرفیت تجهیزات، محدودیت اتصال به شبکه یا جلوگیری از اضافه‌بار، خروجی را تا مقدار مشخصی کاهش می‌دهد.

فناوری و معماری پنل‌های خورشیدی

سلول خورشیدی (Solar Cell)

کوچک‌ترین واحد تولیدکننده برق در پنل خورشیدی است که با استفاده از اثر فتوولتائیک، انرژی تابش خورشید را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. چندین سلول در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند تا یک پنل خورشیدی را تشکیل دهند.

مجموعه‌ای از سلول‌های خورشیدی به همراه لایه‌ها و اجزای محافظ است که برای تولید برق DC از نور خورشید در یک واحد قابل نصب و استفاده قرار می‌گیرد.

پنل‌هایی با رنگ تیره و متمایل به مشکی که از شمش‌های سیلیکونی با بالاترین درجه خلوص (ساختار تک‌بلوری) ساخته می‌شوند. راندمان این پنل‌ها در حال حاضر بین ۲۱ تا ۲۴ درصد است و برای فضاهای نصب محدود که نیاز به حداکثر توان تولیدی دارند، بهترین انتخاب هستند.

سلول خورشیدی مبتنی بر ویفر سیلیکونی نوع N است که در فناوری‌های جدیدی مانند TOPCon و برخی ساختارهای HJT و IBC استفاده می‌شود. این ساختار می‌تواند به کاهش برخی مکانیسم‌های افت عملکرد و دستیابی به بازده بالاتر کمک کند.

سلول خورشیدی مبتنی بر ویفر سیلیکونی نوع P است که در بسیاری از نسل‌های رایج پنل‌های خورشیدی، به‌ویژه فناوری‌های مبتنی بر PERC، استفاده شده است.

نسل جدید سلول‌های خورشیدی که در حال تسخیر بازار هستند. استفاده از یک لایه اکسید تونلی فوق‌نازک باعث می‌شود این پنل‌ها در نور کم، عملکرد خیره‌کننده‌ای داشته باشند، ضریب دمایی بهتری ارائه دهند و افت راندمان سالانه آن‌ها به حداقل ممکن برسد.

یک لایه بازتاب‌دهنده هوشمند در پشت سلول خورشیدی. نوری که از سیلیکون عبور کرده و در حالت عادی هدر می‌رود، توسط این لایه دوباره به داخل سلول بازتابانده می‌شود تا فوتون‌های بیشتری جذب شوند. این تکنولوژی راندمان پنل را به شکل محسوسی افزایش می‌دهد.

Heterojunction Technology فناوری سلولی است که ساختار سیلیکونی کریستالی را با لایه‌های سیلیکونی آمورف ترکیب می‌کند. این معماری می‌تواند بازده بالا و عملکرد دمایی مناسبی فراهم کند.

Interdigitated Back Contact معماری سلولی است که در آن اتصالات الکتریکی اصلی در پشت سلول قرار گرفته‌اند. حذف خطوط فلزی اصلی از سطح جلویی سلول باعث می‌شود سطح بیشتری برای دریافت نور در اختیار سلول قرار گیرد.

پنلی که به جای صفحه پلاستیکی تیره (بک‌شیت) در پشت، از دو طرف دارای شیشه است. این پنل علاوه بر نور مستقیم خورشید، تابش بازتاب‌شده از سطح زمین (آلبدو) را نیز از پشت سلول جذب کرده و می‌تواند بسته به میزان بازتاب سطح زمین بین ۵ تا ۲۵ درصد انرژی بیشتری تولید کند.

تعداد ساعاتی در طول روز که شدت تابش خورشید دقیقاً معادل 1000 وات بر متر مربع فرض می‌شود. در ایران، میانگین PSH بین ۴.۵ تا ۵.۵ ساعت در روز متغیر است. مبنای اصلی سایزینگ توان پنل‌ها در نرم‌افزارهای محاسباتی مانند PVsyst همین عدد است؛ نه کل ساعات روز که خورشید در آسمان دیده می‌شود.

مجموعه شرایط آزمایشگاهی یکسان که تمام پنل‌های خورشیدی در دنیا بر اساس آن تست و رتبه‌بندی می‌شوند:
شدت تابش: ۱۰۰۰ وات بر متر مربع
دمای سلول: ۲۵ درجه سانتی‌گراد
شاخص جرم هوا: معادل ۱.۵
عددی که به عنوان توان نامی روی کاتالوگ پنل (مثلاً ۵۵۰ وات) می‌بینید، در این شرایط ایده‌آل به دست آمده است.

شرایطی بسیار نزدیک‌تر به دنیای واقعی. این پارامتر نشان می‌دهد وقتی پنل در دمای محیط ۲۰ درجه سانتی‌گراد و تابش ۸۰۰ وات بر متر مربع با کمی وزش باد کار می‌کند، دمای خود سلول چقدر خواهد بود (معمولاً بین ۴۲ تا ۴۸ درجه سانتی‌گراد). این عدد برای برآورد دقیقِ افت حرارتی پنل روی سقف بسیار کاربردی است.

درصد کاهش توان خروجی پنل به ازای هر یک درجه سانتی‌گراد افزایش دمای سلول نسبت به حالت استاندارد (۲۵ درجه).
پنل‌های خورشیدی برخلاف تصور، هوای خنک و آفتابی را دوست دارند. پنل‌های باکیفیت ضریب دمایی نزدیک به منفی ۰.۳۰ درصد دارند، در حالی که در پنل‌های رده پایین این افت در روزهای گرم تابستان بسیار چشمگیرتر است.

کار دیود بای‌پس محافظ قطعات داخلی پنل در برابر سایه است. وقتی بخشی از پنل توسط سایه دودکش، برگ درخت یا فضله پرندگان مسدود می‌شود، دیود بای‌پس مسیر جریان را از اطراف سلول‌های سایه‌افتاده عبور می‌دهد. بدون این قطعه، سلول‌های در سایه به شدت داغ شده (پدیده هات‌اسپات) و پنل آسیب می‌بیند.

باتری و ذخیره‌سازی انرژی

ظرفیت نامی باتری (Rated Capacity)

ظرفیت نامی باتری ظرفیتی است که سازنده برای باتری تحت شرایط آزمایش و نرخ تخلیه مشخص اعلام می‌کند. بنابراین ظرفیت درج‌شده روی پلاک را نباید بدون توجه به شرایط دشارژ، دما و مشخصات سازنده معادل ظرفیت قابل استفاده واقعی در نظر گرفت.

بخشی از ظرفیت باتری است که در محدوده کاری تعریف‌شده واقعاً می‌توان از آن استفاده کرد. در بسیاری از سیستم‌ها، برای افزایش عمر باتری تمام ظرفیت نامی مورد استفاده قرار نمی‌گیردو تا صفر درصد شارژ تخلیه نمی‌شود. مقدار این ظرفیت را ظرفیت قابل استفاده می‌گوییم.

درصدی از ظرفیت باتری است که از حالت شارژ کامل مصرف شده است. برای مثال، DoD برابر 70 درصد یعنی حدود 70 درصد ظرفیت قابل استفاده باتری تخلیه شده است. عمق دشارژ و تعداد دفعات تکرار آن از عوامل مهم در عمر چرخه‌ای باتری هستند.

درصد شارژ باقی‌مانده باتری نسبت به ظرفیت قابل استفاده یا ظرفیت تعریف‌شده سیستم است. برای مثال، SoC برابر 80 درصد به این معناست که باتری در حدود 80 درصد سطح شارژ مرجع خود قرار دارد.

شاخصی برای بیان وضعیت فعلی باتری نسبت به شرایط اولیه یا باتری سالم مرجع است. کاهش ظرفیت، افزایش مقاومت داخلی و تغییر رفتار باتری در طول زمان می‌توانند در ارزیابی SoH مورد توجه قرار گیرند.

تعداد چرخه‌های شارژ و دشارژی است که باتری می‌تواند تحت شرایط مشخص پیش از رسیدن به حد تعریف‌شده افت ظرفیت یا عملکرد طی کند. عمق دشارژ، دما، نرخ شارژ و دشارژ و روش بهره‌برداری روی آن اثر دارند.

BMS یک سیستم الکترونیکی برای پایش و کنترل باتری، به‌خصوص پک‌های لیتیومی است. BMS می‌تواند ولتاژ و دمای سلول‌ها را بررسی کند، سلول‌ها را بالانس کند و در شرایطی مانند اضافه‌شارژ، تخلیه بیش از حد یا جریان غیرمجاز از باتری محافظت کند.

جریانی است که هنگام شارژ وارد باتری می‌شود. مقدار مجاز آن به نوع باتری، ظرفیت، دما و دستورالعمل سازنده وابسته است و شارژ با جریان نامناسب می‌تواند باعث کاهش عمر یا آسیب باتری شود.

جریانی است که هنگام تأمین انرژی بار از باتری خارج می‌شود. جریان دشارژ بالا می‌تواند ظرفیت قابل دستیابی و عملکرد باتری را تحت تأثیر قرار دهد و در برخی فناوری‌ها باعث افزایش دما شود.

حداقل ولتاژی است که سیستم برای جلوگیری از تخلیه بیش از حد باتری تعیین می‌کند. رسیدن مکرر باتری به ولتاژ قطع می‌تواند روی عمر و عملکرد برخی انواع باتری اثر منفی داشته باشد.

پایش و عیب‌یابی

تست ولتاژ (Voltage Test)

با اندازه‌گیری ولتاژ در نقاط مختلف می‌توان وضعیت پنل، رشته‌های PV، باتری، ورودی و خروجی اینورتر را بررسی کرد. اختلاف غیرعادی ولتاژ بین بخش‌های مختلف معمولاً سرنخی برای وجود مشکل در اتصال، کابل، فیوز یا خود تجهیز است.

در این تست، ولتاژ پنل یا رشته خورشیدی بدون اتصال به بار یا ورودی فعال اندازه‌گیری می‌شود. مقدار به‌دست‌آمده باید با شرایط محیطی، تعداد پنل‌های سری و مشخصات فنی آنها سازگار باشد. اختلاف قابل‌توجه می‌تواند نشانه اتصال اشتباه، خرابی پنل یا مشکل در یک رشته باشد.

اندازه‌گیری جریان نشان می‌دهد سیستم در شرایط واقعی چه مقدار جریان تولید یا مصرف می‌کند. مقایسه جریان رشته‌های مختلف پنل یا جریان شارژ باتری می‌تواند به شناسایی سایه، خرابی اتصال، عملکرد نامناسب یک رشته یا محدود شدن توان کمک کند.

در تست Isc جریان اتصال کوتاه پنل یا رشته در شرایط کنترل‌شده اندازه‌گیری می‌شود. این تست برای ارزیابی توانایی تولید جریان و مقایسه رشته‌ها مفید است، اما به دلیل جریان بالای احتمالی باید با تجهیزات و روش مناسب انجام شود.

تست پلاریته برای بررسی مثبت و منفی بودن صحیح اتصالات DC یکی از تست‌های پایه قبل از راه‌اندازی است. جابه‌جایی پلاریته می‌تواند باعث خطای اینورتر، عملکرد نادرست رشته یا در برخی شرایط آسیب به تجهیزات شود.

برای بررسی سالم بودن مسیرهای سیم‌کشی و اتصال الکتریکی بین نقاط مشخص استفاده می‌شود. این تست در پیدا کردن قطعی کابل، اتصال ناقص یا مسیر سیم‌کشی اشتباه کاربرد دارد.

در تست عایقی با اندازه‌گیری مقاومت عایقی بین هادی‌ها و زمین می‌توان نشتی یا ضعف عایق در کابل‌کشی و تجهیزات DC را شناسایی کرد. افت مقاومت عایقی می‌تواند در اثر آسیب کابل، نفوذ رطوبت، خرابی اتصالات یا مشکلات داخل تجهیزات ایجاد شود.

در تست عایقی با اندازه‌گیری مقاومت عایقی بین هادی‌ها و زمین می‌توان نشتی یا ضعف عایق در کابل‌کشی و تجهیزات DC را شناسایی کرد. افت مقاومت عایقی می‌تواند در اثر آسیب کابل، نفوذ رطوبت، خرابی اتصالات یا مشکلات داخل تجهیزات ایجاد شود.

در این تست رابطه بین ولتاژ و جریان پنل یا آرایه در شرایط مختلف ثبت می‌شود. شکل منحنی می‌تواند اطلاعات بیشتری نسبت به یک اندازه‌گیری ساده ولتاژ یا جریان ارائه کند و برای تشخیص افت عملکرد، mismatch، سایه و برخی ایرادات پنل کاربرد دارد.

منحنی P-V نشان می‌دهد توان خروجی پنل یا آرایه در ولتاژهای مختلف چگونه تغییر می‌کند. محل و شکل نقطه بیشینه توان می‌تواند برای ارزیابی عملکرد واقعی آرایه و بررسی مشکلاتی که روی نقطه کار اثر می‌گذارند، مفید باشد.

افزایش مقاومت داخلی معمولاً با افزایش افت ولتاژ و تولید گرما هنگام عبور جریان همراه است. این تست برای مقایسه وضعیت سلول‌ها یا باتری‌های یک بانک و شناسایی واحدهای ضعیف کاربرد دارد.

محاسبه‌گر برق خورشیدی محاسبه‌گر برق اضطراری تخمین برق مصرفی