سیستم برق خورشیدی خانگی و برآورد هزینه آن

سیستم برق خورشیدی خانگی و برآورد هزینه آن

خورشيد به عنوان يك منبع بي پايان انرژي مي تواند حل كننده مشكلات موجود در زمینه انرژي و محيط زيست باشد . متاسفانه انرژی ارزان و سود بانکی بالا هر دو باعث می شود که هزینه کردن در سیستم برق خورشیدی در کشور ما مقرون به صرفه به نظر نیاید در صورتی که در دراز مدت این سیستم ها بسیار مقرون به صرفه هستند و تاثیر بسزایی در کم کردن آلودگی هوا نیز خواهند داشت.

هر متر مربع از سطحی که خورشید – در یک روز بدون ابر و آلودگی – بر آن می تابد حدودا ۱۰۰۰ وات توان تابشی دریافت می کند. میزان تابش متوسط در ایران در حدود ۸۵۰ وات بر متر مربع است. پنل های خورشیدی موجود در بازار تجاری، راندمان حدود ۱۲ تا ۱۷ درصد دارند و با توجه با اینکه تمامی سطح یک پنل خورشیدی شامل سیلیکون های دریافت انرژی نیست، هر متر مربع از این پنل ها حدود ۱۰۰ تا ۱۵۰ وات دریافت انرژی می توانند داشته باشند.البته باید توجه کرد که این مقدار انرژی در صورت تابش عمود نور خورشید به پنل است و زاویه پنل ها در فصول مختلف سال باید تنظیم بشود.

سیستم برق خورشیدی مورد استفاده در یک خانه:

متصل به شبکه (On Grid): در سیستم متصل به شبکه برق تولید شده از انرژی خورشید به شبکه برق سراسری تزریق خواهد شد. در حقیقت در این سیستم کاربر برق تولیدی خود را به سازمان انرژی های نو ایران ( وزارت نیرو) می فروشد. در این روش، برق تولید شده پس از تبدیل شدن بوسیله اینورتر مخصوص سیستم های متصل به شبکه و با استفاده از کنتورهای مخصوص دوطرفه، به شبکه برق سراسری تزریق خواهد شد. در این حالت کاربر در حقیقت یک نیروگاه کوچک خورشیدی در خانه خود احداث نموده است که با توجه به سرمایه و فضا می تواند از یک تا ۲۰ کیلووات در خانه نیروگاه احداث نماید. با توجه به اینکه رویکرد این مقاله بر این نوع سیستم ها نیست، به همین مقدار توضیح بسنده شده است.

منفصل از شبکه (Off Grid)در این نوع سیستم، برق تولید شده از پنل خورشیدی، وارد باتری شده و در آن ذخیره می گردد. سپس برق ذخیره شده در باتری پس از تبدیل شدن به برق متناوب توسط اینورتر مخصوص سیستم های منفصل از شبکه، وارد مدار برق خانه می شود. در این روش یک کاربر می تواند همه یا بخشی از برق خانه خود را با استفاده از برق خورشیدی تامین نماید. در ادامه به توضیح سیستم برق خورشیدی منفصل از شبکه و همچنین برآورد هزینه برای یک خانه پرداخته می شود.

ویژگی های فنی سیستم فتوولتائیک خانگی

اجزای سیستم فتوولتائیک عبارتند از:

پنل ( سلول های فتوولتائیک ): این سلول ها مربع های نازک دیسک ها یا فیلم هایی از جنس نیمه هادی هستند که ولتاژ و جریان کافی را در زمان قرار گرفتن در معرض تابش نور خورشید تولید می کند. پنل‌ها خورشیدی متداول به دو نوع مونو کریستال و پلی کریستال تقسیم می‌شوند. پنل‌های مونو کریستال کمی بهتر از پنل پلی کریستال می‌باشند.

در حال حاضر چند برند مختلف در ایران مورد استفاده هستند که عبارتند از: ۱- Yingli solar -4       Ja Solar -3     Shine Solar -2      Sharp   و …

پنل‌های معمول برای یک سیستم خورشیدی خانگی در انواع ۱۰۰،۹۰، ۲۰۰، ۲۵۰ و ۳۰۰ واتی می‌باشد.

اینورتر (مبدل ):

وسیله ایست که جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) برای مصرف، تبدیل می کند. همانطور که پیشتر گفته شد، اینورترهای خورشیدی به دو نوع منفصل از شبکه و متصل به شبکه تقسیم می‌شوند. در نوع متصل به شبکه، برق تولیدی از پنل خورشیدی به طور مستقیم به اینورتر وارد می‌شود. بنابراین این اینورتر با اینورترهای معمولی متفاوت است. زیرا برق تولید شده از پنل به دلیل تاثیرات شرایط محیطی مانند تغییرات تابش نور خورشید همیشه در حال تغییر است. پس اینورتر با یک توان ورودی یکنواخت روبرو نیست و در نتیجه باید الگوی خاصی برای تبدیل برق مستقیم به برق متانوب داشته باشد. در نتیجه قیمت اینورتر خورشیدی نسبت به اینورتر معمولی بالاتر است. یک شرکت معروف برای اینورتر خورشیدی متصل به شبکه SMA آلمان می‌باشد.

در نوع منفصل از شبکه، اینورتر برق ذخیره شده در باتری را از ۱۲ ولت مستقیم به ۲۲۰ ولت متناوب تبدیل می‌کند تا مناسب برای استفاده در وسایل برقی خانه شود. اینورترها هرچه قدر شکل تبدیلشان سینوسی تر باشد، بهتر خواهند بود. این اینورترها مانند اینورتر متصل از شبکه نیستند زیرا برق یکنواخت باتری را تبدیل خواهند کرد. دو مدل اینورتر سینوسی کامل معروف و مناسب اینورترهای شرکت EP Solar و Cotek می‌باشند. برای انتخاب اینورتر دو پارامتر بسیار مهم را باید در نظر گرفت:

ولتاژ ورودی به اینورتر و توان خروجی از اینورتر

ولتاژ ورودی به اینورتر منفصل از شبکه مربوط به ولتاژ باتری و در نوع متصل به شبکه مربوط به ولتاژ پنل است. توان خروجی از اینورتر هم مربوط است به حداکثر توانی که سیستم برای آن طراحی شده است. این توان برای سیستم‌های منفصل معمولا در اینورترها از ۲۰۰ وات تا ۳۰۰۰ وات می‌باشد.

در جدول زیر مشخصات فنی چند اینورتر شرکت EP Solar نمایش داده شده است.

شارژ کنترلر:

شارژ کنترلر وظیفه شارژ باتری ها را از منبع پنل خورشیدی بر عهده دارد. در حقیقت شارژ کنترلر همان شارژر باتری است اما شارژ کنترلر خورشیدی غیر از اینکه باید الگوی شارژ یک باتری را رعایت نماید ( شایان ذکر است که شارژ کنترلر باتری سرب اسیدی با باتری لیتیمی متفاوت است و این به دلیل تفاوت الگوی شارژ شدن این دو باتری است) باید خود را با توان متغیر یک پنل خورشیدی نیز وفق دهد. از این منظر شارژ کنترلر خورشیدی نیز نسبت به یک شارژ کنترلر معمولی گرانتر است. برای انتخاب شارژ کنترلرها نیز باید دو پارامتر ولتاژ باتری و توان پنل را لحاظ  نمود. چند مدل مناسب شارژ کنترلر خورشیدی عبارتند از EP Solar، Carspa و Phocos می‌باشند.

شارژ کنترلرها انواع مختلفی بر اساس ولتاژ ( معمولا ورودی ۱۲ یا ۲۴ ولت مستقیم) و توان  یا جریان خروجی  ( از ۵ آمپر تا ۴۰ آمپر) دارند اما به طور کلی می‌توان آنها را به دو دسته PWM و MPPT تقسیم نمود. در مدل MPPT شارژ کنترلر با اتخاذ الگویی همیشه با تغییر در ولتاژ و جریان تولید شده از پنل خورشیدی، در توان ماکزیموم کار خواهد کرد. بنابراین مدل MPPT گرانتر از مدل PWM می باشد.

باتری:

آخرین جز یک سامانه خورشیدی منفصل از شبکه، منبع ذخیره سازی توان تولیدی توسط پنل خورشیدی است که همان باتری‌های قابل شارژ می‌باشد. باتری مناسب سیستم خورشیدی به دو نوع لیتیمی و سرب اسیدی تقسیم می‌شوند. البته برای یک سامانه خورشیدی مورد نیاز یک خانه از باتری‌های اسیدی استفاده می‌شود. باتری‌های اسیدی متداول در حال حاضر از نوع ژله‌ای می‌باشند.

جدول زیر نشان دهنده طول عمر قطعات مورد استفاده می‌باشد.

دوره های بازبینی و سرویس طول عمر مفید نام قطعه
هر ۶ ماه یکبار باید از لحاظ ترک خوردگی شیشه و نفوذ رطوبت بازبینی و غبارروبی شوند با توجه به شرایط محیطی و نوع پنل تقریبا بین ۲۰ تا ۲۵ سال پنل‌ها
  در صورت رعایت نکات شارژ و دشارژ تا ۵ سال باطری اسیدی
نیاز به سرویس ندارد در شرایط استفاده طبق استاندارد بالای ۱۰ سال اینورتر
نیاز به سرویس ندارد در شرایط استفاده طبق استاندارد بالای ۱۰ سال شارژ کنترلر

محاسبه هزینه تامین برق خانه با استفاده از سامانه خورشیدی

مرحله بعدی محاسبه مقدار توان سلولهای خورشیدی است که در این مرحله محل جغرافیایی که قرار است پنلهای فتوولتاییک در آن محل نصب شوند از اهمیت قابل توجهی برخوردار است چراکه در موقعیت های جغرافیایی مختلف پارامترهایی همچون زاویه تابش آفتاب، متوسط تابش روزانه آفتاب، مقدار ابری بودن روزها در طول سال و سایر عوامل جوی و محیطی تاثیر زیادی بر طراحی پانلها از لحاظ ظرفیتی خواهد داشت. مهمترین پارامتری که در شرایط جغرافیایی مختلف  بر روی ظرفیت پانلها تاثیر می‌گذارد متوسط تابش روزانه آفتاب در یک منطقه بر حسب ساعت است. خوشبختانه از این لحاظ ایران کشوری است که بیشتر روزهای سال را آفتابی می‌گذراند و متوسط سالانه روزهای آفتابی در ایران به خصوص مناطق مرکزی بسیار بالاست.

برای محاسبه توان مورد نیاز ابتدا باید میزان مصرف خانه را بدست آورد. این میزان بر روی قبوض برق درج شده است و هر کاربر می‌تواند از طریق قبض برق خود میانگین مصرف ماهانه خود را بدست آورد. اما به طور میانگین برای یک خانه ۹۰ متری این مقدار به طور متوسط سالانه در حدود ۱۶۵ کیلووات ساعت در ماه یا به عبارتی در حدود ۵/۵ کیلووات ساعت در روز می‌باشد. البته در روزهای تابستان که کولر روشن خواهد شد این مقدار بیشتر می‌شود و نوع کولر آبی یا گازی توان متفاوتی را مصرف می‌کنند. حال اگر کاربری بخواهد از نیروی خورشیدی برای خانه خود استفاده نماید با توجه به لوازم برقی می بایست توان مصرفی روزانه خود را بدست آورد. در ادامه جدولی توان مصرفی وسایل برقی معمول در یک خانه ۹۰ متری آورده شده است.

وسیله تعداد توان کل روزانه توضیحات
لامپ روشنایی ۷ ۱۵۰۰ وات ساعت لامپ روشنایی در یک خانه کاملا بستگی به نورگیری خانه و مدت زمان سپری شده افراد در خانه دارد. توان محاسبه شده در حالتی است که ۵ لامپ ۳۰ واتی به مدت ۱۰ ساعت در شبانه روز روشن باشد.
یخچال فریزر از نوع مصرف انرژی A+ ۱ ۱۵۰۰ وات ساعت  
تلویزیون ال سی دی ۱ ۸۰۰ وات ساعت برای مدت ۵ ساعت روشن بودن تلویزیون
جمع ۳۸۰۰ وات ساعت

موارد ذکر شده نیازهای اصلی در یک ویلا یا خانه می‌باشند و به طور تقریبی محاسبه شده است. برای برآورد هزینه سامانه خورشیدی مورد نیاز این خانه بر اساس ۳۸۰۰ وات ساعت به شرح ذیل عمل می‌شود:

طبق داده های تجربی بدست آمده از یک نیروگاه خورشیدی در تهران یک پنل خورشیدی ۲۵۰ واتی در می‌تواند بین ۱۲۰۰ تا ۹۵۰ وات ساعت در روز برق تولید نماید. بنابراین برای اینکه بتوان حداقل برق مورد نیاز یک خانه را تامین نمود باید از ۴ پنل خورشیدی ۲۵۰ واتی یا به عبارتی یک کیلووات پنل استفاده نمود. در این حالت در روز تقریبا بین ۳۸۰۰ تا ۴۸۰۰ وات ساعت برق تولید خواهد شد.

برای شارژ کردن این برق در باتری نیاز به شارژ کنترلر مدل ۱۲ ولت – ۴۰ آمپر می‌باشد. همچنین برای تبدیل برق ۱۲ ولتی به ۲۲۰ ولت متناوب نیاز به اینورتر یک کیلوواتی است. میزان باتری مورد نیاز برای ذخیره شدن این میزان انرژی در باتری ۱۲ ولتی، نیاز به باتری با ظرفیت ۴۰۰ آمپر ساعت است. بنابراین می‌توان از ۴ باتری ۱۰۰ آمپر ساعتی استفاده نمود.

در جدول زیر قیمت تجهیزات خورشیدی یک کیلووات مورد نیاز برای یک خانه ۹۰ متری برآورد شده است.

قیمت نام قطعه
۳۱۰۰ تومان به ازای هر وات بنابراین ۳۱۰۰۰۰۰ تومان سلولهای خورشیدی شرکت پاک آتیه برای توان یک کیلووات
چهار باتری ۱۲ ولت –  ۱۰۰ آمپر ساعت قیمت هر باتری بین ۵۵۰ هزار تومان بنابراین قیمت کل باتری ها ۲۲۰۰۰۰۰ تومان می‌شود. باطری
قیمت ۱۴۰۰۰۰۰ تومان اینورتر ۱kw شرکت EP Solar
قیمت ۱۰۰۰۰۰۰ تومان شارژ کنترلر۱۲V- 40A شرکت EP Solar
۷۷۰۰۰۰۰ تومان جمع

همچنین با توجه به شرایط ممکن است نیاز باشد تا پنل‌ها بر روی استندهای فلزی قرار بگیرند. قیمت این استندها برای چهار عدد پنل ۲۵۰ واتی تقریبا ۵۰۰۰۰۰ تومان می‌شود. هزینه نصب سیستم نیز توسط یک شرکت تقریبا ۱۰ درصد قیمت سامانه می‌شود که تقریبا برابر ۷۰۰ تا ۸۰۰ هزار تومان خواهد بود.