مهندسی برق - کنترل MSCc

سیستم‌های فتوولتائیک جدا از شبکه، معمولاً برای مصارف کوچک و در نقاط دورافتاده (مانند دکل‌های مخابراتی، خانه‌ها و..) که احداث خطوط انتقال از نظر فنی یا اقتصادی عملی نیست به کار می‌روند و جایگزین مناسبی برای ژنراتورهای دیزلی هستند. در این آموزش، با طراحی یک سیستم برق خورشیدی خانگی ساده آشنا می‌شویم.

فهرست مطالب این نوشته

بخش اول: طراحی سیستم برق خورشیدی خانگی

بخش دوم: نصب سیستم برق خورشیدی خانگی

فیلم آموزش طراحی نیروگاه فتوولتائیک با نرم افزار PVsyst (پی وی سیست)

روز به روز، قیمت پنل‌های خورشیدی در حال کاهش است. اما هنوز نصب سیستم‌های خورشیدی جدا از شبکه هزینه‌بر است. این آموزش، راهنمایی برای طراحی و ساخت یک سیستم فتوولتائیک جدا از شبکه است. اگر تصمیم گرفته‌اید انرژی الکتریکی خانه، ویلا یا هر مکان دیگری را با پنل‌های خورشیدی تأمین کنید، پیشنهاد می‌کنیم این آموزش را مطالعه کنید. با مطالعه این آموزش، می‌توانید شخصاً به طراحی، خرید و نصب یک سیستم خورشیدی اقدام و از صرف هزینه‌های اضافه جلوگیری کنید.

برای یک سیستم خورشیدی جدا از شبکه به چهار تجهیز اصلی نیاز داریم:

1. پنل خورشیدی
2. کنترل کننده شارژ یا اصطلاحاً شارژ‌ کنترلر
3. اینورتر
4. باتری

شکل زیر، ارتباط بین تجهیزات مختلف را در یک سیستم خورشیدی جدا از شبکه نشان می‌دهد.

در کنار تجهیزات نمودار بالا، به تجهیزات دیگری از قبیل سیم مسی، کانکتور MC4، کلید، نمایشگر و فیوز نیز نیاز خواهیم داشت؛ در ادامه، مراحل طراحی سیستم را معرفی می‌کنیم.

بخش اول: طراحی سیستم برق خورشیدی خانگی

در این بخش، مراحل طراحی سیستم را معرفی می‌کنیم.

فیلم آموزش طراحی و شبیه سازی نیروگاه خورشیدی با نرم افزار PVSOL در فرادرس

کلیک کنید

مرحله ۱: محاسبات توان

قبل از انتخاب تجهیزات، باید توان بارها و مدت زمان استفاده از آن‌ها را محاسبه کنیم. بدین ترتیب، انرژی مصرفی به دست می‌آید. این کار به سادگی و با دانش ابتدایی ریاضی قابل انجام است:

1. وسایل الکتریکی مورد نظر (لامپ، تلویزیون و...) را فهرست کرده و زمان تخمینی روشن بودنشان در شبانه‌روز را بنویسید.
2. مشخصات پلاک یا نوشته روی وسایل را برای تعیین توان نامی‌شان بخوانید.
3. وات-ساعت یا همان انرژی برابر است با حاصل‌ضرب توان نامی وسیله الکتریکی در مدت زمان روشن بودن آن برحسب ساعت. برای مثال، فرض کنید می‌خواهیم یک لامپ فلورسنت ۱۱ واتی را به مدت ۵ ساعت روشن کنیم. در این صورت، وات-ساعت این وسیله برابر است با ۵۵ = ۵ × ۱۱.
4. وات-ساعت کل را محاسبه کنید. برای این کار، وات-ساعت همه وسایل را با هم جمع کنید. برای مثال، فرض کنید یک پنکه و یک تلویزیون نیز داریم که وات-ساعت آن‌ها، به ترتیب، ۱۵۰ و ۱۶۰ است. بنابراین، وات-ساعت کل برابر است با:

۳۶۵ = ۱۶۰ + ۱۵۰ + ۵۵ = وات-ساعت کل

اکنون محاسبات مربوط به بار را انجام داده‌ایم. در مرحله بعد، باید انتخاب تجهیزات را با توجه به نتیجه این محاسبات انجام دهیم.

مرحله ۲: انتخاب باتری

یک پنل خورشیدی توان DC تولید می‌کند. این توان فقط در طول روز و در صورت وجود نور تولید می‌شود. بنابراین، چنین به نظر می‌رسد که اگر بخواهیم یک بار DC را در طول روز با آن تغذیه کنیم، مشکلی نخواهیم داشت. اما این کار مناسب نیست، زیرا:

1. ولتاژ تغذیه اغلب وسایل الکتریکی باید ثابت باشد. همان‌طور که می‌دانیم، به دلیل وجود تغییرات جوّی و نور خورشد، ولتاژ‌ پنل خورشیدی ثابت نیست.
2. اگر بخواهیم در شب که نوری در کار نیست از وسایل استفاده کنیم، با مشکل مواجه خواهیم شد.

دو مورد بالا را می‌توان با استفاده از یک باتری برای ذخیره توان در طول روز حل کرد. علاوه بر این، باتری یک منبع ثابت، پایدار و قابل اطمینان است.

باتری‌ها انواع مختلفی دارند؛ باتری‌های خودرو و موتور برای ساعت‌های کاری کم و البته جریان‌های بالا طراحی شده‌اند و برای تخلیه عمیق مناسب نیستند. اما، باتری‌های خورشیدی، مانند باتری‌های سرب-اسید با تخلیه عمیق یا اصطلاحاً دیپ سایکل (Deep-Cycle) قابلیت تخلیه عمیق و طولانی مدت را دارند. باتری‌های لوله‌ای سرب-اسید گزینه‌های مناسبی برای یک سیستم خورشیدی هستند. باتری‌های نیکل-هیدرید فلز (Ni-MH) و لیتیم-یون (Li-Ion) نیز برای کاربردهای کوچک و فضای کم مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نکته: توجه کنید که قبل از انتخاب تجهیزات ابتدا باید ولتاژ‌ سیستم را تعیین کنید. ولتاژهای ۱۲، ۲۴ و ۴۸ ولت، ولتاژهای نامی استاندارد و رایج در این سیستم‌ها است. هرچه ولتاژ انتخابی بالاتر باشد، جریان سیستم و در نتیجه، تلفات مسی آن کمتر خواهد بود و منجر به انتخاب سیمی با اندازه (سطح مقطع) کمتر می‌شود. ولتاژ نامی اغلب سیستم‌های خورشیدی خانگی ۱۲ یا ۲۴ ولت است. برای مثال، در اینجا یک ۱۲ ولت را در نظر می‌گیریم.

ظرفیت باتری‌ها براساس آمپر-ساعت بیان می‌شود.

همان‌طور که می‌دانیم:

جریان × ولتاژ = توان

زمان (ساعت) × جریان (آمپر) × ولتاژ (ولت) = آمپر-ساعت

(ولتاژ‌ سیستم را ۱۲ در نظر گرفته‌ایم) ۱۲ ولت = ولتاژ باتری

۳۰٫۴۲ آمپرساعت = ۱۲ ÷ ۳۶۵ = ولتاژ ÷ بار = ظرفیت باتری

اما همان‌طور که می‌دانیم، بازده باتری ۱۰۰ درصد نیست و به همین دلیل فرض می‌کنیم بازده آن، ۸۰ درصد باشد. بنابراین، ظرفیت به صورت زیر تصحیح می‌شود:

۳۸٫۰۲ آمپرساعت = ۰٫۸ ÷ ۳۰٫۴۲ = ظرفیت باتری

باتری استاندارد با ظرفیت نزدیک به مقدار بالا (و بزرگ‌تر از آن)، یک باتری ۴۰ آمپر-ساعت دیپ سایکل سرب-اسید است.

مرحله ۳: انتخاب پنل خورشیدی

پنل خورشیدی نور خورشید را به برق DC تبدیل می‌کند. پنل‌هایی که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند، پنل‌های مونوکریستالی و پلی‌کریستالی هستند. پنل‌های مونوکریستال گران‌تر از پنل‌های پلی‌کریستال هستند و البته بازده آن‌ها نیز بیشتر است.

مشخصات پنل‌های خورشیدی معمولاً در شرایط آزمون استاندارد (STC) بیان می‌شود. این شرایط استاندارد شامل تابش ۱۰۰۰ وات بر متر مربع، طیف خورشیدی با توده هوای ۱٫۵ و دمای ماژول ۲۵ درجه سانتی‌گراد است.

اندازه پنل خورشیدی باید به گونه‌ای انتخاب شود که باتری را در یک روز آفتابی به صورت کامل شارژ کند. در طول ۱۲ ساعت روشنایی روز، تابش نور خورشید یکنواخت نیست و علاوه بر آن، روشنایی در مکان‌های جغرافیایی مختلف با هم تفاوت دارد. البته می‌توانیم فرض کنیم که ۴ ساعت تابش مؤثر برای تولید توان نامی وجود دارد.

بنابراین، انرژی خروجی کل پنل‌ها برابر است با:

12V×40Ah=480Wh12V×40Ah=480Wh

توان تولیدی در هر ساعت نیز به صورت زیر به دست می‌آید:

480/4=120W480/4=120W

با درنظر گرفتن اندکی حاشیه امنیت، یک پنل خورشیدی ۱۲۵ وات را برای کار در ولتاژ ۱۲ ولت را انتخاب می‌کنیم.

مرحله ۴: انتخاب شارژ کنترلر

یک شارژ کنترلر خورشیدی دستگاهی است که بین پنل خورشیدی و باتری قرار می‌گیرد و ولتاژ و جریانی را که از پنل می‌آید تنظیم می‌کند. وقتی ولتاژ پنل خورشیدی افزایش پیدا کند، شارژ کنترلر میزن شارژ باتری‌ها را تنظیم کرده و از اضافه شارژ آن‌ها جلوگیری می‌کند.

معمولاً سیستم‌های خورشیدی از باتری‌های ۱۲ ولتی بهره می‌برند، البته پنل‌های خورشیدی می‌توانند ولتاژ بیشتری برای شارژ باتری‌ها تأمین کنند. در واقع، با تبدیل ولتاژ‌ اضافه به آمپر، ولتاژ شارژ را می‌توان در یک سطح بهینه نگه داشت، در حالی که زمان مورد نیاز برای شارژ‌ کامل باتری‌ها کاهش می‌یابد. این امر سبب می‌شود سیستم خورشیدی در هر زمانی بهینه عمل کند.

شارژ کنترلرها انواع مختلفی دارند که عبارتند از:

1. ON/OFF
2. PWM
3. MPPT

شارژ کنترلرهای ON/OFF کمترین بازده را دارند و حتی الامکان از استفاده از آن‌ها خودداری می‌شود. از میان سه نوع شارژ کنترلر بالا نوع MPPT بالاترین بازدهی را دارد، اما از همه گران‌تر است. بنابراین، می‌توانیم از دو نوع PWM یا MPPT استفاده کنیم.

از آنجایی که ولتاژ‌ سیستم مورد نظر ۱۲ ولت است، ولتاژ‌ شارژ کنترلر نیز باید ۱۲ ولت باشد. جریان نامی شارژ کنترلر نیز از تقسیم توان خروجی پنل‌ها بر ولتاژ به دست می‌آید:‌

125W/12V=10.4A125W/12V=10.4A

بنابراین، یک شارژ کنترلر ۱۲ ولتی با جریانی بیشتر از ۱۰٫۴ آمپر انتخاب می‌کنیم.

مرحله ۵: انتخاب اینورتر

همان‌طور که می‌دانیم، پنل‌ها نور خورشید را به برق DC تبدیل می‌کنند. اما، اغلب وسایل الکتریکی با برق AC کار می‌کنند. بنابراین، باید برق DC را به AC تبدیل کنیم. این کار با دستگاهی به نام اینورتر امکان‌پذیر است.

اینورترها را می‌توان در سه دسته زیر تقسیم‌بندی کرد:‌

1. موج مربعی
2. موج شبه‌سینوسی
3. سینوسی خالص

اینورترهای موج مربعی ارزان‌ترین نوع اینورترها هستند، اما برای همه کاربردها مناسب نیستند. شکل موج خروجی اینورتر شبه‌سینوسی نیز برای برخی موارد خاص، به ویژه آن‌هایی که دستگاه‌هایی خازنی و الکترومغناطیسی هستند، مانند اجاق مایکرویو، یخچال و اغلب موتورها توصیه نمی‌شوند. اینورترهای شبه‌سینوسی بازدهی پایین‌تری نسبت به اینورترهای سینوسی دارند. بنابراین، بهتر است که یک اینورتر سینوسی خالص را انتخاب کنیم. اینورترهای خورشیدی در دو نوع متصل به شبکه و جدا از شبکه موجود هستند. در طراحی مورد نظر ما باید از اینورتر جدا از شبکه استفاده کنیم.

توان اینورتر باید برابر یا بزرگ‌تر از توان لحظه‌ای بار در هر زمانی باشد. در مورد سیستم ما، حداکثر بار لحظه‌ای زمانی رخ می‌دهد که هر سه وسیله الکتریکی با هم روشن باشند:

=50+80+11=141W=50+80+11=141W

با در نظر گرفتن یک محدوده اطمینان، یک اینورتر ۲۰۰ وات را انتخاب می‌کنیم. از آنجایی که ولتاژ سیستم ۱۲ ولت است، یک اینورتر ۱۲ ولت DC به ۲۳۰ ولت (۵۰ هرتز AC) انتخاب می‌کنیم.

نکته: توان راه‌اندازی وسایلی مانند یخچال، سشوار، جاروبرقی، ماشین لباس‌شویی و... چند برابر بزرگ‌تر از توان نامی کاری آن‌ها است. وقتی اندازه اینورتر را تعیین می‌کنیم، باید به این مورد دقت داشته باشیم.

اینورتر خورشیدی(Solar Inverter) وسیله ای اساسی در هر سیستم خورشیدی است. کارکرد اصلی اینورتر تغییر ولتاژ مستقیم و جریان مستقیم پانل های خورشیدی به جریان متناوب است. اجزای مختلف الکتریکی و الکترونیکی متصل به مدار در تبدیل کمک می کند.

اینورتر خورشیدی

توان جریان متناوب تبدیل شده برای راه اندازي وسایل شما مانند تلویزیون ، یخچال ، مایکروویو و غیره استفاده می شود .برای برخی از برنامه های خاص ، می توانیم مستقیماً از توان جریان مستقیم از پنل خورشیدی مانند چراغ های شب LED ، یک شارژر تلفن همراه استفاده کنیم. به طور کلی ، از قدرت یک سیستم خورشیدی خانگی برای بارهای AC استفاده می شود.

انواع اینورترهای خورشیدی

بسیاری از سازندگان مشهور اینورترهای خورشیدی در سراسر جهان وجود دارند. اما چند نوع اینورتر خورشیدی در بازار موجود است که موارد زیر را شامل می شود.

اینورترهای Grid Off يا مستقل از شبكه

اینورترهای شبکه خاموش در سیستمهای از راه دور مورد استفاده قرار می گیرند که در آن اینورتر خورشیدی از DC panel باتری تغذیه می کند. این پانل باتری توسط پنل های خورشیدی شارژ می شود. این نوع اینورترها با شارژرهای اصلی باتری ادغام شده اند که می تواند برای تقویت باتری از یک AC استفاده شود. منبع انرژی.

اینورترهای Grid Tie متصل به شبكه

می توان گفت اینورتر که با شبکه در ارتباط است ، یک اینورتر متصل به شبکه است. این نیروگاههای تغذیه اینورتر در شبکه برق توسط فاز و فرکانس متناظر انجام می شوند. و فرکانس 50Hz در هند و 60 هرتز در آمریکای شمالی از توان AC / o با قدرت مؤثر در تأمین انرژی AC تأمین می شود.

اینورترهای پشتیبان باتری

این نوع خاص از اینورترها به ویژه برای جذب انرژی از باتری طراحی شده اند. شارژ باتری با استفاده از یک شارژر روی صفحه حفظ می شود و انرژی اضافی به شبکه منتقل می شود. اینورترها این امکان را دارند که در هنگام قطع برق ، منبع تغذیه AC را برای بارهای خاص تأمین کنند. آنها همچنین عملکرد ضد جزیره ای دارند.

ميكرو اينورتر هاي متصل به شبكه

میکرو اینورتر ها در صنایع خورشیدی مدرن هستند. آنها کوچک ، اندازه جمع و جور و قابل حمل با عملکرد بسیار زیادی هستند. آنها شامل تمام ویژگی های اینورترهای مرکزی هستند.

اینورتر خورشیدی و کارکرد آن

هدف اصلی این پروژه طراحی سیستمی است که از انرژی خورشیدی برای بارهای خانگی و لوازم خانگي با استفاده از اینورتر استفاده می کند. نیازهای سخت افزاری به طور عمده شامل درایو Bridge-MOSFETs ، Step Up Transformer ، تنظیم کننده ولتاژ ، درایور MOSFET ، IC اینورتر PWM ، پنل خورشیدی و باتری است.

نمودار بلوک اینورتر خورشیدی

جهت فروش اینورتر خورشیدی با بازرگانی اینورتر گروپ در تماس باشید.

شماره تماس : 02133999115

تفاوت اینورتر سینوسی و شبه سینوسی:

اینورتر سینوسی یک وسیله الکترونیکی یا مدار الکترونیکی قدرت است که جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) تغییر می دهد. فرکانس AC به دست آمده به دستگاه خاص بکار رفته بستگی دارد. اینورترها برعکس مبدل ها هستند که در ابتدا دستگاه های الکترومکانیکی بزرگی بودند که AC را به DC تبدیل می کردند. ولتاژ ورودی ، ولتاژ و فرکانس خروجی و کنترل کلی قدرت به طراحی دستگاه یا مدار خاص بستگی دارد. اینورتر هیچ نیرویی تولید نمی کند. نیرو توسط منبع DC تأمین می شود. اینورترهای سینوسی دستگاه هایی هستند که برق را از باتری به همان نوع برق شما از یک پریز دیواری معمولی در خانه یا محل کار خود تبدیل می کنند. به طور خاص ، اینورترهای موج سینوسی جریان مستقیم (DC) را از یک باتری به یک جریان متناوب (AC) تبدیل می کنند.اینورتر شبه سینوسی برای بالا بردن فرنکاس برق اصلی جهت استفاده در گرمکن القایی استفاده و از اینورتر شبه سینوسی به عنوان (یوپی اس ) جهت تامین برق AC زمانی که برق اصلی در دسترس نیست مورد نیاز است. به سیستمی که اینورتر شبه سینوسی یک تبدیل ولتاژ AC را برای ما انجام می دهد . اینورتر برق DC را از منابعی مانند باتری ، پنل خورشیدی به برق AC تبدیل می کند.

تفاوت اینورتر خورشیدی با اینورتر معمولی:

اینورتر خورشیدی (مبدل برق) دارای تنظیم کننده کنترل دور موتور و شکل موج سینوسی و مربعی شکل دارای خروجی DC هستند که می توان با استفاده از فیلترهای مخصوص آن را به موج سینوسی تبدیل کرد. اینورتر قابلیت راه اندازی بسیاری از وسایل برقی را دارد که می توان به راحتی آن را در مسافرت ، جهت تامین روشنایی، انواع شارژرها، پمپ آب خورشیدی، ابزارهای صنعتی ، تامین کننده برق اظطراری در ساختمان ها زمانی که قطعی برق باشد استفاده نمود. تنها اینورتر (تبدیل برق ماشین به برق خانگی 220 ولت) به طور ایزوله دار که استفاده از آن همیشگی است. عملکرد اینورتر خورشیدی به گونه ای میباشد با استفاده از یک مبدل DC به DC ، ولتاژ 12 ولتی و مستقیم ورودی را به ولتاژ DC بالاتری تبدیل می کند و به کمک یک مدار سوئیچینگ این ولتاژ DC جای خود را به یک ولتاژ AC یا متناوب با شکل موج سینوسی داده و یک شکل موج تقریبا سینوسی شبیه سازی میشود. اینورتر معمولی این نوع اینورترها بازدهی پایین تری نسبت به اینورتر سینوسی دارند. در صورتی که کاربرد اینورتر معمولی معمولا از این نوع سیستم جهت کاربرد دستگاه هایی غیر موتوری و بدون المنت مورد استفاده قرار می گیرد و دستگاه هایی که از حساسیت کم تری برخوردار هستند کاربرد دارد .

انرژی خورشیدی با کمک سلولهای فتوولتائیک به انرژی الکتریکی تغییر می یابد. این انرژی در طول روز در اهداف باتری در هر زمان مورد نیاز در باتری ها ذخیره می شود. سیستم پیشنهادی به منظور استفاده از انرژی خورشیدی برای بارهای منزل با استفاده از اینورتر طراحی شده است.

اینورتر خورشیدی خروجی DC (مستقیم جریان) یک پنل خورشیدی PV را به یک فرکانس برق AC (جریان متناوب) تبدیل می کند که می تواند به یک شبکه الکتریکی تجاری (یا) که توسط یک n / w برقی محلی ، غیر خطی استفاده می شود ، تبدیل کند.

در این سیستم پیشنهادی ، انرژی خورشیدی در سلولهای PV در باتری ذخیره می شود. این انرژی از باتری با استفاده از فرکانس 50 اینچ فرکانس با استفاده از IC اینورتر PWM با MOSFET به MOSFET درایور تغییر می یابد و ولتاژ را توسط ترانسفورماتور تقویت می کند ، همه در خط n / w فقط غیر از نوع بلکه کراوات شبکه نیست.

برای اهداف نمونه باتری از نوع SMF و 5 AH (تهیه نشده است ، به طور کلی در یو پی اس های کوچک مورد استفاده قرار می گیرد) لازم است که مورد استفاده قرار گیرد زیرا سلول های خورشیدی مورد نیاز از نوع ریخته گری بسیار پرقدرت می باشد. علاوه بر این ، این پروژه را می توان برای کنترل ولتاژ ، تحت ولتاژ و محافظت از اضافه بار به یک کنترلر شارژ اضافه کرد.