تفاوت ولتاژ نامی و حداکثر ولتاژ در پنلهای خورشیدی

نکاتی که باید به آن توجه کنید عبارتند از: 1- تفاوت ولتاژ نامی و ولتاژ مدار باز در پنلهای خورشیدی. 2- محل تامین ولتاژ برای بارهای مصرفی باتری است نه پنل. در مورد پنل های خورشیدی، درصورتی که پنل به جایی متصل نباشد و با قراردادن آن در معرض تابش اقدام به اندازه گیری ولتاژ نمایید، مقدار ولتاژ نمایش داده شده به عنوان ولتاژ مدار باز یا Open Circuit Voltage و به اختصار VOC خواهد بود که عموماً بالاتر از ولتاژ نامی پنل است. به عنوان مثال حداکثر ولتاژ مدار باز پنل خورشیدی با ولتاژ نامی 12 ولت، ممکن است تا 21 یا 23 ولت نیز باشد که این عدد به منزله ولتاژ خروجی پنل خورشیدی نیست. معمولاً ولتاژ موثر در فرآیند شارژ با Vpm یا Voltage at Maximum Power یا ولتاژ در حداکثر توان نشان داده می شود که این مقدار نیز بیشتر از ولتاژ نامی پنل خواهد بود. توجه داشته باشید که پنل خورشیدی  مانند منابع جریان یا منابع ولتاژ، قادر به تامین یکنواخت انرژی الکتریکی در طول مدت عملکرد نیست. توان الکتریکی و به تبع آن ولتاژ و جریان حاصل از پنل خورشیدی از مقدار صفر هنگام طلوع تا مقدار توان نامی افزایش یافته و مجدداً به میزان صفر در هنگام غروب می رسد. این فرآیند بصورت منحنی ولتاژ و جریان در بروشور یا اطلاعات فنی مربوط به هر پنل توسط سازنده اعلام می شود.به همین دلیل الزاماً در تمام طول مدت شارژ، ولتاژ بالاتر از توان نامی از پنل خارج نمی شود و همچنین شارژ کنترلرها (MPPT یا PWM) نیز با توجه به ولتاژ نامی کارکردشان، از دامنه ولتاژ مورد نیاز خود در سمت ورودی از پنل خورشیدی استفاده می کنند. (نه از ولتاژ ثابت) در سیستمهای مبتنی بر ولتاژ 12، 24، 36، 48، 60 ولت یا بالاتر، از باتری استفاده می شود. در مورد باتری ها نیز ولتاژ مدارباز با ولتاژ تحت بار متفاوت است. به عنوان مثال باتری با ولتاژ نامی 12 ولت بصورت مدارباز 13.7 ولت را نشان خواهد داد. یا ممکن است اندازه گیری ولتاژ مدار باز عددی بالاتر از 12 ولت را برای باتری نشان دهد در صورتی که هنگام قرار گرفتن زیر بار ولتاژ به زیر 10.5 ولت افت پیدا کند. (که در این صورت باتری خراب شده است) هرچند ولتاژ حاصل از پنلهای خورشیدی در طول روز متفاوت است، ولی حاصل و عملکرد تولید این پنلها توسط شارژ کنترلر به باتری ها منتقل شده و در آنها ذخیره می شود. در واقع پنل خورشیدی به تنهایی فقط در طول ساعات یا شاید دقایقی خاص از کل شبانه روز قادر به تامین مستقیم ولتاژ و جریان مورد قبول برای مصرف کننده است و باتری یا بانک باتری وظیفه اصلی تامین انرژی الکتریکی در سیستمهای جدا از شبکه را به عهده دارند که همواره خروجی یکنواخت و قابل استفاده توسط مصرف کننده را ارایه می دهند.

محاسبه انرژی حاصل از تابش خورشید

میزان استحصال انرژی الکتریکی از انرژی خورشیدی توسط پنل خورشیدی ، در هر منطقه از جهان بسته به شدت تابش خورشید در آن منطقه متفاوت است. برای بدست آوردن جواب دقیق سوال خود باید میانگین شدت تابش خورشید در محل مورد نظر را بر حسب "کیلووات ساعت بر متر مربع در روز" اعلام نمایید. در حالت بسیار بهتر و دقیق تر، جدولی شامل 13 ردیف و 4 ستون ترسیم نمایید. در 12 خانه ستون اول نام ماههای سال را وارد کنید و در 3 ستون مقابل آنها به ترتیب کمترین، بیشترین و میانگین میزان تابش در آن ماه را یادداشت نمایید. پس از تکمیل جدول در ردیف آخر یا ردیف 13 می توان میانگین مینیمم، میانگین ماکزیمم و متوسط سالانه تابش در منطقه مورد نظر را بدست آورد که این حالت بهترین روش محاسبه میزان انرژی قابل دریافت از خورشید است. همچنین برای دریافت اطلاعات تابش خورشید می توانید به سازمان هواشناسی منطقه خود مراجعه نمایید یا از طریق سایتهای مربوط به اطلاعات آب و هوایی جهان، به آنها دسترسی یابید.
پس از گردآوری و اعلام نتایج فوق، با توجه به طول متغیر روز و مدت زمان تابش در هر ماه از سال، می توان محاسبات مورد نظر جنابعالی را انجام داد. برای رسیدن به نتیجه علمی تر و قابل استناد می توانید از نرم افزارهایی نظیر Polysun یا Homer نیز استفاده نمایید.

تفاوت پانل های خورشیدی مونوکریستال و پلی کریستال

اصطلاحات پلی کریستال و مونوکریستال مربوط به ریز ساختار کریستالی سلولهای خورشیدی بکار رفته در ساخت پنلهای خورشیدی می باشد. ماده اصلی بکار رفته در ساخت سلولهای خورشیدی سیلیس یا سیلیکون است. سیلیس ماده ای است که قسمت عمده پوسته زمین از آن تشکیل شده ولی این ماده عمدتاً به صورت ترکیب اکسید سلیسیم یا سیلیکا (SiO2) یافت می شود که به اصطلاح غیر علمی به آن ماسه می گوییم. روشهای مختلفی برای تخلیص و استحصال سیلیسیم از اکسید آن وجود دارد که مهمترین و کاربردی ترین آنها احیا کردن ماده به روش ترموکربنیک (استفاده از راد کربن در دمای 1700 درجه سانتیگراد) می باشد.  سیلیس حاصل شده از این فرآیند هنگام سرد شدن حالت کریستالی پیدا می کند و فرآیند سرد شدن یا انجماد سیلیس مذاب تعیین کننده ماهیت کریستالهای سیلیس تولید شده خواهد بود. هرچه سرعت انجماد کند تر باشد، می توان کریستالهای درشت تری از سیلیس را تولید نمود. حتی با رعایت شرایطی خاص می توان یک تک کریستال بسیار بزرگ سیلیس نیز به دست آورد. چنان که میدانید روش تولید سخت تر و پیچیده تر به معنی گران قیمت تر بودن کریستال تولید شده نیز هست.  تفاوت سلولهای خورشیدی مونو کریستال و پلی کریستال نیز در نوع سیلیس بکار رفته در ساخت آنها است. سلولهای مونوکریستال با استفاده از یک کریستال بزرگ سیلیس تولید می شوند در صورتی که برای ساخت سلولهای پلی کریستال از تجمع چندین کریستال سیلیس در یک سلول استفاده می شود.

نکته قابل توجه در کاربرد سلولهای خورشیدی در اینجاست که پنلهای ساخته شده از سلولهای مونوکریستال به میزان بسیار جزئی دارای سطح کمتری نسبت به پنلهای پلی کریستال مشابه خود هستند یا به عبارتی راندمان آنها بالاتر است. از طرف دیگر، به دلیل گرانتر بودن سیلیکون تک کریستال، قیمت آنها نیز کمی بیشتر است.
روی هم رفته هزینه لازم برای استحصال برق از طریق فتوولتائیک با هر دو پنل مونوکریستال و پلی کریستال برابر است. زیرا یکی از این دو روش را باید انتخاب کنیم: 1- سطح کمتری از پنلهای گران قیمت تر. 2- سطح بیشتری از پنلهای ارزان قیمت تر. در مناطق خیلی گرمسیر شاید استفاده از پنلهای پلی کریستال مناسب تر باشد چون سطح آنها روشنتر است و حرارت کمتری را از انرژی تابشی خورشید جذب می کنند. به همین دلیل میزان افزایش مقاومت الکتریکی سیستم در اثر گرمتر شدن نیز کمتر خواهد بود و افت توان کمتری از پنل خورشیدی  مشاهده خواهد شد.

- در مورد باتری ها:
اصولاً نوع باتری مورد نیاز نسبت به دستگاههایی که باید به آن متصل شوند، میزان مجاز خود شارژی باتری، حداکثر جریان مجاز شارژ، حداکثرجریان مجاز دشارژ، تعداد سیکل شارژ و دشارژ در مدت زمان بهره برداری، ولتاژ نامی باتری بانک و ظرفیت آن تعیین می شود.
با استفاده از وسیله ای به نام شارژ کنترلر خورشیدی یا (Solar Charge Regulator) می توان هر نوع باتری قابل شارژی را توسط پنل خورشیدی متناسب با آن شارژ نمود.
انواع باتریهایی که در سیستم خورشیدی قابل استفاده هستند:
1- انواع باتریهای لید اسید یا سرب اسیدی (Lead Acid) شامل flooded lead-acid یا sealed lead-acid یا valve regulated lead-acid

2- نیکل کادمیم (Ni-Cd یا Nickel Cadmium)

3- نیکل آهن (Ni-Fe یا Nickel Iron)

یا انواع دیگر باتری که مراتب گران قیمت تر خواهند بود.

ایا راه اندازی نیروگاه خورشیدی کوچک اقتصادی است ؟

نصب سلول های خورشیدی برای منازل در کوتاه مدت اقتصادی نیست اما اگر به شبکه برق متصل باشد می توان گفت که یک سرمایه گذاری خوب محسوب می شود . در ادامه این مطلب به بحث در مورد این موضوع می پردازیم .امروزه با رشد جمعیت و افزایش نیاز به الکتریسیته و همچنین افزایش قیمت سوخت قیمت تمام شده برق نیز افزایش یافته است . ایران نیز از این مطلب مستثنی نیست ولی دولت با یارانه ای که بر روی برق می دهد هنوز قیمت این انرژی را گران نکرده است ولی در سال های اینده با توجه به اینکه شبکه برق ایران به سوی خصوصی شدن پیش می رود انتظار می رود که این انرژی نیز گران شود .پس دولت نیز برای رفع مشکل کمبود انرژی الکتریکی با تشویق مردم سعی در گسترش استفاده از انرژی خورشیدی را دارد . از جمله طرح های دولت برای تشویق مردم دادن وام 4/5 میلیون تومانی به تولید کنندگان برق خورشیدی خانگی است و همچنین خرید تضمینی برق خورشیدی به قیمت 955 تومان می باشد .اما سرمایه گذاری اولیه برای تولید انرژی خورشیدی نسبتاً زیاد است ولی با توجه به اینکه عمر پنل خورشیدی  و در کل عمر سیستم خورشیدی طولانی است ( پنل خورشیدی در حدود 25 سال و عدم استفاده از باتری ) در دراز مدت یک سرمایه گذاری خوب محسوب می شود. با توجه به مطالب گفته شده امروزه شاهد ان هستیم که بخش خصوصی سرمایه گذاری های کلانی برای تولید برق از انرژی خورشید کرده است .در ادامه بحث در مورد هزینه نصب یک نیروگاه خورشیدی کوچک یا نیروگاه خورشیدی خانگی می پردازیم .
هزینه نصب یک نیروگاه خورشیدی خانگی کوچک :
برای نصب یک نیروگاه خانگی کوچک که روزانه در حدود 9 کیلو وات برق تولید کند در حدود 12 میلیون تومان است اگر 4/5 میلیون تومان وام را از ان کم کنیم در حدود 7/5 میلیون تومان باید سرمایه گذار هزینه کند .
درامد این نیروگاه برابر است با :
هزار تومان 8/595 = 9 * 955 درامد روزانه
هزار تومان 257/850 = 8/595 * 30 درامد ماهانه
تومان 3.094.200 = 257/850 * 12 درامد سالانه
با این درامد ظرف مدت حدود یکسال و نیم وام پرداخت می شود و می ماند اصل سرمایه که گذاشته بودیم . اصل سرمایه نیز با احتساب تورم سالانه 10% که به قیمت فروش اضافه می شود حدود 2 سال طول می کشد که بر گردد .
پس در کل برای بازگشت کل سرمایه در حدود 3.5 سال زمان نیاز است .
اگر این پول را در بانک سرمایه گذاری کنیم و با نرخ سود فعلی پس از چهار سال پول ما دو برابر می شود یعنی 7 میلیون تومان سرمایه ما می شود 14 میلیون تومان .
اگر این پول را برای راه اندازی نیروگاه خورشیدی سرمایه گذاری کنیم در حدود 3/5 سال طول می کشد تا سرمایه ما باز گردد و با احتساب نرخ توم 1/5 سال طول می کشد که سودی که بانک به ما می دهد بر گردد . یعنی پس از 5 سال سرمایه ما 14 میلیون تومان می شود .
حال اگر این 14 میلیون تومان را در بانک قرار دهیم ماهانه با سود 19% در حدود 220 هزار تومان به ما سود می دهد ولی نیروگاه خورشیدی در حدود 450 هزار تومان ماهانه به ما سود می دهد .
مهمترین مزیت های نصب نیروگاه خورشیدی بر روی بام خانه ها یا کارگاه ها :
1-با توجه به اینکه این نیروگاه ها بر روی پشت بام نصب می شوند و به نوعی پشت بام ها در خانه ها بلا استفاده هستند نیازی به تامین مکان برای نصب نیست و در هزینه ها صرفه جویی می شود .
2- عدم داشتن سر و صدا و الودگی های محیطی
3- قابلیت راه اندازی با هر سرمایه ای ( از سرمایه های در حد چند میلیون تومان تا چند صد میلیون تومان )
4- قابلیت نصب در همه ی مکان ها

تفاوت میان شارژ کنترلر بادی و خورشیدی چیست ؟

این سوال رو اگه بخواهیم ریشه ای بررسی کنیم باید بگیم که توربین بادی برق AC (متناوب) و پنل های خورشیدی برق DC (مستقیم) تولید می کنند . پس تفاوت اساسی توربین بادی و پنل خورشیدی در نوع برق تولیدی انهاست . برق AC تولید شده توسط توربین بادی با توجه به اینکه سرعت باد ثابت نیست پس سرعت گردش روتور هم متغییر است در نتیجه فرکانس برق تولیدی نیز متغییر است پس بعضی از توربین های بادی برق تولیدی را توسط یکسوکننده ها (Rectifier) به برق DC تبدیل می کنند و در برخی موارد می توان خورجی یکسو شده را مستقیم به باتری ها وصل کرد ولی حتما باید یک حفاظتی برای over charge (شارژ زیاد) قرار داد . شارژ کنترلر خورشیدی همانطور که در بخش شارژ کنترلر بحث شد زمانی که باتری ها به حد شارژ کامل رسیدند جریان شارژ را قطع یا در حد جریان Float نگه می دارد . اما شارژ کنترلر بادی زمانی که باتری ها به شارژ کامل رسیدند نمی تواند جریان را صفر کند و مجبور است جریان را به یک Dump Controller بفرستد . دلیل اینکه نمی توان جریان شارژ توربین بادی را قطع کرد این است که اگر توربین بادی را بدون بار یا مصرف کننده ( no load ) قرار دهیم امکان دارد سرعت گردش پره های توربین و رتور به حدی برسد که به سیستم اسیب وارد شود .پس زمانی که باتری ها نیاز به شارژ دارند توان خروجی از توربین صرف شارژ باتری ها می شود و زمانی که باتری ها در شارژ کامل هستند توان توربین به Dump controller فرستاده می شود تا توان خروجی از توربین صفر نشود و توربین بدون بار نباشد .بیشتر شارژ کنترلر های بادی خودشان یکسوساز دارند و نیاز به داشتن توربین با خروجی یکسو شده یا DC نیست و همچنین بیشتر این شارژ کنترلر ها مدار Dumping را نیز دارند و نیاز به مدار Dumping نیست. باید به این نکته توجه کرد که Dump controller اصلاً برق AC توربین را نمی بیند و فقط با برق AC کار می کند .تفاوت دیگر شارژ کنترلر های خورشیدی و بادی در بازه ولتاژ ورودی انهاست. بگذارید با یک مثال بهتر توضیح بدم، مثلاً ولتاژ باتری های سیستم ما 12 ولت است پس ولتاژ پنل ها (همه ی پنل ها از 10 وات گرفته تا 300 وات ) هم بین 0 تا 20 ولت تغییر می کند پس شارژ کنترلر خورشیدی رنج تغییر ولتاژ رو از 0 تا 20 ولت در نظر می گیرد ولی در یک سیستم بادی ولتاژ از 0 تا 100 ولت قابل تغییر است . پس مشاهده میکنید که اگر ما در یک سیستم بادی از یک شارژ کنترلر خورشیدی استفاده کنیم سیستم دچار مشکل می شود .
در اخر برای جمع بندی می توان گفت تفاوت شارژ کنترلر بادی و خورشیدی در این است که :
•    توان خروجی شارژ کنترلر خورشیدی را می توان صفر کرد و برای سیستم هیچ مشکلی پیش نمی اید و فقط ولتاژ سیستم به حد ولتاژ مدار باز می رسد و جریان صفر می شود ولی در شارژ کنترلر بادی اگر توان خروجی سیستم صفر شود بدلیل بی بار شدن توربین سرعت پره های توربین زیاد شده و امکان صدمه دیدن توربین وجود دارد
•    بازه تغییرات ولتاژ در سیستم بادی خیلی بیشتر از سیستم خورشیدی است پس شارژ کنترلر بادی باید با شارژ کنترلر خورشیدی متفاوت باشد .

افتادن سایه بر روی پنل خورشیدی

زمانی که می خواهید محل قرار گرفتن پنل خورشیدی  را انتخاب کنید باید به این نکته توجه داشته باشید که زمان حداکثری نور خورشید ( معمولاً 9 صبح تا 4 بعد از ظهر ) نباید سایه ای بر روی پنل بیافتد زیرا راندمان پنل را کاهش می دهد یا حتی ممکن است به پنل اسیب برساند . اکثر شرکت ها برای جلوگیری از این مشکل در هنگام ساخت پنل ها از تعدادی دیود استفاده می کنند که خود این دیودها توان را کاهش می دهند . در اثر افتادن سایه بر روی پنل در زمانی که سایه از روی پنل خارج یا وارد می شود میزان نور در لبه ی بین سایه و نور بیشتر می شود و این بعلت شکست نور است که به ان اثر لبه می گوییم .این میزان نور بیشتر شده باعث تولید زیاد الکتریسیته برای یک لحظه می شود که می تواند به سیستم اسیب برساند البته با استفاده از شارژ کنترلر می تواند جلوی اسیب دیدن سیستم را بگیرد . برای مشاهده اثر لبه ابر می توانید به بخش فیلم های اموزشیمراجعه کنید .
ملاحضات دما و باد در پنل ها :
همانطور که قبلا بحث شد شما باید پنل را در مکانی نصب کنید که بیشترین تابش نور خورشید را داشته باشد تا بیشترین توان را جذب کنید ولی این کار یک مشکل دارد و ان هم تولید گرما است . بدلیل اینکه هر چقدر دما بیشتر شود کارایی پنل خورشیدی کمتر می شود . پس باید در طراحی نصب پنل های خورشیدی حفره هایی را برای گردش هوا تعبیه کرد (در صورت استفاده از چند پنل ) . مساله دیگر که با قرار دادن حفره هایی دربین پنل ها تا حدود رفع می شود مقاومت در برابر باد است. زیرا در بادهای شدید امکان اسیب رسیدن به پنل وجود دارد. قرار دادن حفره در پنل ها فقط برای زمانی است که ما خودمان می خواهیم یک پنل بسازیم چون بیشتر شرکت های سازنده پنل، بدلیل بزرگتر شدن پنل و مسائل دیگر حفره ای در پنل قرار نمی دهند.
انواع روش های نصب پنل های خورشیدی :
پنل های ثابت :
این روش ارزان ترین روش نصب پنل خورشیدی  است . در این روش پنل خورشیدی را در بهترین حالت نصب می کنیم . بهترین حالت در نیمکره شمالی معمولاً بطرف جنوب است البته جنوب جغرافیایی نه جنوب مغناطیسی و بهترین شیبنصب برای این حالت را می توانید از قسمت شیب نصب پنل خورشیدی ملاحضه کنید.
البته این اعدادی که در قسمت شیب نصب پنل خورشیدی وجود دارد برای دقت زیاد است و تا حدودی صرفاً برای دانستن شماست و در عمل استفاده نمی شود چون با تغییر چند زاویه تغییرات زیادی در توان خروجی شاهد نیستیم پس در حالت کلی زاویه نصب پنل های خورشیدی ثابت 30 درجه در نظر می گیریم .
پنل های متغییر :
این پنل ها همانطور که از اسمشان مشخص است زاویه انها نسبت به خورشید بسته به فصول سال تغییر می کند . میانگین بازده این پنل هایی که به این روش نصب می شوند در حدود 20% بیشتر از پنل های مکان ثابت است .
پنل های دنبال کننده خورشید :
این نوع پنل ها خورشید را در طول روز دنبال می کنند تا بیشترین تابش خورشید را جذب کنند . دنبال کننده های یک جهته خورشید ، فقط از شرق به غرب حرکت می کنند . ولی دنبال کننده های دو جهته خورشید ، علاوه بر تغییرات از شرق به غرب در فصول متفاوت سال هم تغییرات شمالی و جنوبی دارند .
باید این را اذعان کرد که پنل های دنبال کننده خورشید بیشترین بازده را دارند بازده این پنل ها در حدود 15 تا 30 درصد است بیشتر می شود . ولی با توجه به هزینه نصب این نوع پنل ها برای مصارف خانگی و صنعتی توجیه اقتصادی ندارد . زیرا برای بیشتر کردن 15 تا 30 درصد توان می توان از تعداد بیشتر پنل های ثابت استفاده کرد که هزینه این کار حدود 60 درصد ارزانتر تمام می شود . این پنل ها معمولاً در مکان هایی که محدودیت هایی فضایی ، وزنی و … وجود دارد مانند فضاپیماها نصب می شود .
طراحی تعداد و توان پنل بر اساس میزان نور خورشید :
با توجه به اینکه نور خورشید در مناطق مختلف زمین متفاوت است پس برای محاسبه میزان توان دریافتی از پنل ها باید میزان تابش نور خورشید در منطقه ای که پنل در ان نصب می شود را داشت تا بتوان محاسبات درستی انجام داد .