نیروگاه خورشیدی آفگرید برق ساختمان را مستقل از شبکه‌ی سراسری تامین می‌کند. در کاربرد خانگی، این سیستم معمولا از پنل خورشیدی، باتری، اینورتر و تجهیزات کنترل و حفاظت تشکیل می‌شود. پنل‌ها در روز برق تولید می‌کنند و باتری بخشی از آن را برای شب و ساعات کم‌تابش ذخیره می‌کند. انتخاب ظرفیت این تجهیزات به مقدار مصرف، زمان استفاده از وسایل و شرایط محل نصب بستگی دارد.
برای باغ یا ویلای بدون انشعاب، باید از ابتدا مشخص کنید برق شب چگونه تامین شود، پمپ آب هنگام راه‌اندازی چه توانی نیاز دارد و سیستم چند روز کم‌تابش را پوشش دهد. همچنین روشن کنید که به تامین مستقل برق نیاز دارید یا هدفتان روشن نگه داشتن چند وسیله هنگام خاموشی است. پاسخ این پرسش، مسیر طراحی و بودجه‌ی موردنیاز را مشخص می‌کند.
نیروگاه خورشیدی آفگرید چیست؟
آفگرید (Off-grid) به معنای «منفصل از شبکه» است. نیروگاه خورشیدی آفگرید برق مصرف‌کننده را بدون اتکا به شبکه‌ی عمومی تامین می‌کند. پنل‌ها نور خورشید را به برق تبدیل می‌کنند و در آرایش رایج خانگی، باتری بخشی از انرژی تولیدی را برای شب و زمان کمبود تولید نگه می‌دارد.
این سیستم بیشتر برای ساختمان‌هایی کاربرد دارد که از خطوط برق فاصله دارند یا اتصال آن‌ها به شبکه دشوار و پرهزینه است؛ مانند باغ‌های دورافتاده، ویلاهای کوهستانی و سازه‌های موقت. ویژگی اصلی آفگرید، تامین برق مستقل از شبکه است. باتری در سیستم‌های متصل به شبکه هم استفاده می‌شود؛ بنابراین برای تشخیص نوع سیستم باید شیوه‌ی اتصال و عملکرد آن را بررسی کرد. راهنمای انواع نیروگاه‌های خورشیدی این تفاوت‌ها را توضیح می‌دهد.
مقدار برق در دسترس به تولید پنل‌ها، ذخیره‌ی باتری و توان تجهیزات محدود می‌شود. با افزایش مصرف بیش از توان سیستم یا رسیدن باتری به حد مجاز تخلیه، برق‌رسانی محدود یا متوقف خواهد شد. جبران این کمبود به کاهش مصرف یا استفاده از منبع پشتیبان نیاز دارد؛ به همین دلیل، هماهنگی تولید، ذخیره و مصرف در طراحی آفگرید اهمیت زیادی دارد.
نحوه‌ی کار سیستم خورشیدی آفگرید
برای شناخت عملکرد سیستم، مسیر انرژی را دنبال کنید: پنل برق تولید می‌کند، کنترل‌کننده‌ی شارژ فرایند شارژ باتری را مدیریت می‌کند و اینورتر برق جریان مستقیم را به برق قابل‌استفاده برای وسایل خانگی تبدیل می‌کند. انرژی تولیدی، بسته به مصرف و وضعیت باتری، به وسایل می‌رسد یا ذخیره می‌شود.
وظیفه پنل، باتری و اینورتر
هر جزء وظیفه‌ی مشخصی دارد و عملکرد مجموعه به تناسب این اجزا وابسته است.
| جزء سیستم | وظیفه |
|---|---|
| پنل خورشیدی | تبدیل نور خورشید به برق جریان مستقیم (DC) |
| کنترل‌کننده‌ی شارژ | مدیریت شارژ باتری در محدوده‌ی مجاز و دریافت بیشترین توان قابل‌دسترس از پنل در مدل‌های MPPT |
| باتری | ذخیره‌ی انرژی برای شب و زمان کمبود تولید |
| اینورتر | تبدیل برق جریان مستقیم به جریان متناوب (AC) موردنیاز بیشتر وسایل خانگی |
| تجهیزات حفاظتی و کابل‌کشی | اتصال اجزا و حفاظت در برابر اتصال کوتاه، اضافه‌جریان و اضافه‌ولتاژ |
حفاظت باتری در برابر شارژ و تخلیه‌ی بیش از حد، از الزامات طراحی است. عبور از محدوده‌های مجاز می‌تواند عمر باتری را کاهش دهد و به آن آسیب بزند. تنظیمات کنترل‌کننده‌ی شارژ و اینورتر باید با مشخصات باتری هماهنگ باشد. استاندارد IEEE 1562 نیز به اندازه‌گذاری آرایه‌ی خورشیدی و باتری در سیستم‌های مستقل می‌پردازد.
در طول روز، تولید پنل‌ها ابتدا در تامین مصرف جاری نقش دارد و انرژی مازاد، در صورت وجود ظرفیت خالی، باتری را شارژ می‌کند. هرگاه تولید کمتر از مصرف باشد، باتری در محدوده‌ی توان و انرژی قابل‌استفاده‌ی خود کمبود را جبران می‌کند.
تامین برق در شب و روزهای کم‌تابش
با غروب آفتاب، تامین برق در سیستم باتری‌دار به انرژی ذخیره‌شده متکی می‌شود؛ مگر اینکه منبع پشتیبان دیگری هم در مدار باشد. مدت برق‌رسانی به ظرفیت قابل‌استفاده‌ی باتری و مقدار مصرف بستگی دارد. چند لامپ و یک مودم انرژی بسیار کمتری از کولر، پمپ آب و وسایل آشپزخانه مصرف می‌کنند؛ در نتیجه، با همان باتری مدت بیشتری روشن می‌مانند.
روزهای ابری پیاپی، مانند دوره‌های بارانی زمستان در شمال کشور، طراحی دقیق‌تری می‌خواهند. کاهش تولید ممکن است فرصت شارژ کامل باتری را محدود کند و ذخیره‌ی آن روزبه‌روز کمتر شود.
برای بررسی این وضعیت از مفهوم روزهای خودکفایی استفاده می‌شود؛ یعنی مدت زمانی که سیستم می‌تواند با اتکا به ذخیره‌ی باتری، مصرف تعیین‌شده را پوشش دهد. طراح باید این مدت را با نیاز شما تطبیق دهد و برای دوره‌های طولانی‌تر، کاهش مصرف یا استفاده از منبع پشتیبان را در نظر بگیرد. در بعضی پروژه‌ها، موتوربرق همین نقش را بر عهده دارد. راهنمای طراحی خورشیدی دولت استرالیا نیز بررسی نیاز به پشتیبان را بخشی از طراحی سیستم مستقل می‌داند.
انتخاب سیستم متناسب با وضعیت برق ملک
انتخاب را از وضعیت انشعاب شروع کنید. برای باغی بدون دسترسی به شبکه، هدف اصلی تامین مستقل برق است و آفگرید می‌تواند گزینه‌ی مناسبی باشد. در خانه‌ای که انشعاب دارد و با خاموشی روبه‌رو می‌شود، ابتدا باید مدت قطعی و وسایل ضروری مشخص شوند تا راهکار پشتیبان متناسب انتخاب شود.
جدول زیر کاربرد سیستم‌ها را مقایسه می‌کند. منظور از هیبرید، سیستمی است که برق خورشیدی، باتری و شبکه را با تجهیزات سازگار مدیریت می‌کند.
| نوع سیستم | ارتباط با شبکه | کاربرد اصلی | وضعیت هنگام قطع شبکه |
|---|---|---|---|
| آفگرید | عملکرد مستقل از شبکه | برق‌رسانی مستقل به ملک یا مصرف‌کننده | ادامه‌ی برق‌رسانی در محدوده‌ی تولید، ذخیره و توان طراحی‌شده |
| آنگرید | اتصال به شبکه | تولید برق خورشیدی در کنار شبکه | خروج معمول از مدار با قطع شبکه |
| هیبرید با قابلیت پشتیبان | اتصال به شبکه همراه با مدیریت برق خورشیدی و باتری | مدیریت انرژی و تامین برق پشتیبان | تامین برق وسایل و مدارهای تعیین‌شده با طراحی مناسب |
تامین برق هنگام خاموشی (برق اضطراری) به قابلیت پشتیبان کل سیستم وابسته است. اینورتر، خروجی پشتیبان، تجهیزات جداسازی از شبکه و تنظیمات باید برای این کار مناسب باشند. بسته به طراحی، برق پشتیبان می‌تواند به چند مدار ضروری مانند روشنایی، یخچال و پمپ آب اختصاص پیدا کند. راهنمای باتری‌های خورشیدی دولت استرالیا نیز بر بررسی این قابلیت و نحوه‌ی پیکربندی سیستم تاکید دارد.
اگر هدفتان روشن نگه داشتن یخچال، روشنایی و اینترنت در ساعات قطعی است، برآورد را از مصرف همین وسایل شروع کنید. تامین کل برق خانه معمولا تجهیزات بزرگ‌تر و بودجه‌ی بیشتری می‌خواهد.
در ملک بدون شبکه، زمان استفاده از وسایل هم بر طراحی اثر می‌گذارد. انتقال کار پمپ آبیاری یا ماشین لباسشویی به ساعات پربازده خورشیدی، سهم بیشتری از مصرف را هم‌زمان با تولید پنل‌ها تامین می‌کند. این جابه‌جایی می‌تواند نیاز به ذخیره‌سازی و هزینه‌ی باتری را کاهش دهد؛ بنابراین بهتر است پیش از خرید تجهیزات بررسی شود.
تعیین ظرفیت سیستم خورشیدی آفگرید
مبنای تعیین ظرفیت، فهرست وسایل و نحوه‌ی استفاده از آن‌هاست. دو ویلای هم‌اندازه ممکن است مصرف کاملا متفاوتی داشته باشند؛ یکی فقط برای روشنایی و یخچال برق بخواهد و دیگری پمپ، کولر و اجاق برقی هم داشته باشد. متراژ ساختمان به شناخت محل کمک می‌کند، اما ظرفیت تجهیزات باید بر اساس مصرف تعیین شود.
مصرف روزانه و توان هم‌زمان
«توان» مقدار برق موردنیاز وسیله هنگام کار را نشان می‌دهد و با وات یا کیلووات بیان می‌شود. «انرژی مصرفی» به مدت استفاده هم بستگی دارد و با وات‌ساعت یا کیلووات‌ساعت اندازه‌گیری می‌شود. برای وسیله‌ای با توان تقریبا ثابت:
انرژی مصرفی (وات‌ساعت) = توان (وات) × مدت استفاده (ساعت)
مثال زیر روش محاسبه را برای چند وسیله نشان می‌دهد:
| مصرف‌کننده | توان فرضی | مدت استفاده در روز | انرژی مصرفی روزانه |
|---|---|---|---|
| پنج لامپ ۱۰ واتی | مجموع ۵۰ وات | ۵ ساعت | ۲۵۰ وات‌ساعت |
| یک مودم | ۱۲ وات | ۱۰ ساعت | ۱۲۰ وات‌ساعت |
| یک تلویزیون | ۸۰ وات | ۳ ساعت | ۲۴۰ وات‌ساعت |
| مجموع | ۱۴۲ وات در صورت استفاده‌ی هم‌زمان | متناسب با زمان استفاده‌ی هر وسیله | ۶۱۰ وات‌ساعت |
این جدول فقط مصرف سه گروه وسیله را پوشش می‌دهد. برای برآورد مصرف خانه، باید سایر وسایل را هم اضافه کنید و توان واقعی هر دستگاه را از مشخصات سازنده یا اندازه‌گیری به دست آورید.
در وسایلی مانند یخچال، کمپرسور در طول روز روشن و خاموش می‌شود. ضرب توان کارکرد آن در ۲۴ ساعت معمولا مصرف را بیش از مقدار واقعی نشان می‌دهد. استفاده از برچسب انرژی یا اندازه‌گیری مصرف در یک بازه‌ی مناسب، برآورد دقیق‌تری به دست می‌دهد.
در کنار انرژی روزانه، مشخص کنید کدام وسایل هم‌زمان روشن می‌شوند. پمپ آب، یخچال و کولر به بررسی توان راه‌اندازی هم نیاز دارند؛ بعضی موتور‌ها در لحظه‌ی شروع کار، توانی چند برابر کارکرد عادی می‌خواهند. حتی در خانه‌ای با مصرف روزانه‌ی کم، راه‌اندازی یک پمپ می‌تواند از توان اینورتر فراتر برود و باعث عمل کردن حفاظت یا توقف برق‌رسانی شود.
تفاوت ظرفیت پنل، باتری و اینورتر
وقتی فروشنده از «سیستم ۳ کیلوواتی» صحبت می‌کند، بپرسید این عدد به کدام تجهیز مربوط است. ظرفیت هر جزء، ویژگی متفاوتی را نشان می‌دهد:
- توان پنل، بر حسب کیلووات: توان نامی تولید آرایه‌ی خورشیدی در شرایط استاندارد.
- ظرفیت باتری، بر حسب کیلووات‌ساعت: مقدار انرژی قابل ذخیره در باتری.
- توان اینورتر، بر حسب کیلووات: توان قابل تحویل به مصرف‌کننده‌ها، با توجه به حدود کارکرد پیوسته و لحظه‌ای دستگاه.
این ظرفیت‌ها باید متناسب انتخاب شوند. برای مثال، افزایش تعداد پنل‌ها محدودیت توان خروجی اینورتر را برطرف نمی‌کند. همچنین اینورتر پرقدرت برای تامین چند ساعت مصرف به ذخیره‌ی کافی باتری نیاز دارد.
در انتخاب باتری، ظرفیت قابل‌استفاده را مبنا قرار دهید. بخشی از ظرفیت نامی، بسته به نوع باتری و تنظیمات حفاظتی، خارج از محدوده‌ی مجاز استفاده قرار می‌گیرد و مقداری انرژی نیز در فرایند شارژ و تخلیه تلف می‌شود. راهنمای دولت استرالیا برای باتری‌های لیتیوم‌یونی، اختلاف ظرفیت نامی و قابل‌استفاده را معمولا حدود ۵ تا ۱۰ درصد و اتلاف شارژ و تخلیه را حدود ۱۰ درصد بیان می‌کند؛ مقدار دقیق باید از مشخصات همان محصول گرفته شود.
در باتری‌های سرب‌اسیدی، عمق تخلیه‌ی مناسب برای حفظ عمر باتری معمولا محدودتر است. دمای محیط و شرایط بهره‌برداری نیز بر عملکرد تاثیر می‌گذارند. به همین دلیل، انتخاب ظرفیت باتری و تعداد پنل‌ها به محاسبه‌ی تلفات، ذخیره‌ی موردنیاز و شرایط کار تجهیزات نیاز دارد.
تاثیر محل نصب و الگوی استفاده
تابش منطقه، سایه، جهت و زاویه‌ی نصب، مقدار تولید پنل‌ها را تغییر می‌دهند. یک پنل در کویر یزد و ارتفاعات گیلان، بسته به شرایط محل و فصل، تولید متفاوتی خواهد داشت.
مصرف فصلی هم باید در محاسبات دیده شود. ویلایی که تابستان از کولر و زمستان از بخاری برقی استفاده می‌کند، در هر فصل الگوی مصرف خاص خود را دارد. برای ارزیابی عملکرد سالانه باید تولید و مصرف را در فصل‌های مختلف سنجید و دوره‌های کم‌تابش را هم لحاظ کرد. راهنمای تعیین اندازه‌ی سیستم خورشیدی دولت استرالیا نیز بر بررسی تغییرات فصلی تاکید دارد.
پیش از طراحی، به دو پرسش پاسخ دهید: در دوره‌ی کمبود تولید، چند روز تامین برق انتظار دارید؟ در این مدت، استفاده از کدام وسایل را می‌توانید محدود کنید؟ پاسخ‌ها مستقیما بر ظرفیت باتری و هزینه‌ی پروژه اثر می‌گذارند.
هزینه نیروگاه خورشیدی آفگرید
هزینه تجهیزات و اجرا
پیشنهاد قیمت باید اقلام و خدمات را مشخص کند: پنل، باتری، اینورتر، کنترل‌کننده‌ی شارژ، سازه، کابل، تابلو و تجهیزات حفاظتی. هزینه‌ی حمل، نصب و راه‌اندازی نیز باید روشن باشد؛ به‌ویژه برای باغ و ویلاهای دور از شهر که دسترسی به محل بر هزینه‌ی اجرا اثر می‌گذارد.
از فروشنده بخواهید مشخصات عملکرد سیستم را مکتوب کند:
- وسایل و مدارهای تحت پوشش؛
- حداکثر توان مصرف هم‌زمان و توان قابل تامین هنگام راه‌اندازی؛
- مدت برآوردشده‌ی تامین برق در شب و روزهای ابری، همراه با فرض‌های محاسبه.
با قرار دادن این اطلاعات کنار قیمت، می‌توانید پیشنهادها را بر اساس میزان پاسخ‌گویی به نیازتان مقایسه کنید.
هزینه نگهداری و تعویض تجهیزات
بودجه‌ی پروژه علاوه بر خرید و نصب، باید هزینه‌ی نگهداری و تعویض احتمالی تجهیزات را هم پوشش دهد. شرایط ضمانت و دسترسی به خدمات پس از فروش در این ارزیابی اهمیت دارند.
باتری معمولا زودتر از پنل به تعویض نیاز پیدا می‌کند و سهم قابل‌توجهی در هزینه‌ی بلندمدت سیستم دارد. برای برآورد عمر آن، مشخصات همان محصول را بخوانید. سازنده ممکن است عمر را بر حسب سال، تعداد چرخه‌ی شارژ و تخلیه، مقدار انرژی عبوری یا ترکیبی از این معیارها اعلام کند. شرایط استفاده و ضمانت نیز باید همراه این اعداد بررسی شوند.
همچنین مشخص کنید بازدید دوره‌ای، عیب‌یابی و تعمیر بر عهده‌ی چه کسی است و قرارداد کدام خدمات را پوشش می‌دهد.
ارزیابی اقتصادی را با گزینه‌ی جایگزین واقعی ملک انجام دهید. این گزینه برای یک باغ، دریافت انشعاب و اجرای خط برق است و برای باغی دیگر، استفاده از موتوربرق با هزینه‌های سوخت و تعمیرات. نتیجه‌ی مقایسه و برآورد بازگشت سرمایه به همین شرایط وابسته است.
اطلاعات موردنیاز برای انتخاب نیروگاه خورشیدی آفگرید
اطلاعات دقیق درباره‌ی ملک و مصرف، به طراح کمک می‌کند تجهیزات را متناسب انتخاب کند. پیش از گفت‌وگو با مجری، این موارد را آماده کنید:
- وضعیت برق ملک: وضعیت انشعاب و نیاز به برق پشتیبان هنگام خاموشی
- فهرست وسایل: توان و مدت تقریبی استفاده‌ی روزانه از هر وسیله
- مصرف‌های ضروری و هم‌زمان: فهرست وسایل ضروری و ترکیب وسایل مورد استفاده‌ی هم‌زمان
- الگوی حضور در ملک: استفاده‌ی روزانه، آخرهفته‌ای یا فصلی
- موقعیت و تصاویر محل نصب: موقعیت جغرافیایی، وضعیت بام یا زمین و سایه‌های اطراف
- تجهیزات موجود و مصرف آینده: مشخصات تجهیزات فعلی و برنامه‌ی افزایش مصرف
تعیین تعداد پنل‌ها و ظرفیت باتری بر عهده‌ی طراح است؛ شما با آماده کردن این اطلاعات، مبنای محاسبات را فراهم می‌کنید.
برای بررسی راهکار متناسب با مصرف و شرایط ملک، می‌توانید از خدمات نیروگاه خورشیدی خانگی برقتو استفاده کنید. راهنمای مراحل احداث نیروگاه خورشیدی نیز به آشنایی با مسیر اجرای پروژه کمک می‌کند.
سخن پایانی
ارزش یک نیروگاه خورشیدی آفگرید در تامین برقی مشخص می‌شود که در ملک به آن نیاز دارید؛ از روشن ماندن یخچال در طول شب تا راه‌اندازی پمپ در زمان آبیاری. پیش از خرید، از مجری بخواهید روشن کند سیستم پیشنهادی چه مصرفی را، برای چه مدتی و تحت چه شرایطی پوشش می‌دهد. با این اطلاعات، بودجه‌ی شما صرف تجهیزاتی می‌شود که ظرفیت و عملکردشان با نیاز واقعی ملک تناسب دارد.
سوالات متداول درباره نیروگاه خورشیدی آفگرید
آیا می‌توان کولر گازی یا پمپ آب را با سیستم آفگرید روشن کرد؟
بله، به شرط طراحی سیستم برای همان وسیله. توان کارکرد، جریان راه‌اندازی، مدت استفاده و مصرف هم‌زمان سایر دستگاه‌ها باید بررسی شوند. کولرهای گازی اینورتردار معمولا راه‌اندازی تدریجی‌تری دارند، اما انتخاب تجهیزات همچنان به مشخصات مدل وابسته است. عملکرد مناسب به هماهنگی پنل، باتری، اینورتر و تجهیزات حفاظتی نیاز دارد.
طراحی آفگرید برای ویلای آخرهفته‌ای چه تفاوتی دارد؟
طراحی باید مصرف روزهای اقامت و وسایلی را پوشش دهد که در نبود شما روشن می‌مانند؛ مانند یخچال، دوربین یا پمپ آبیاری. ظرفیت باتری بر اساس نیاز همین دوره‌ها تعیین می‌شود. همچنین باید بررسی شود که در فاصله‌ی بین اقامت‌ها، تولید پنل‌ها چه مقدار از مصرف ثابت و شارژ باتری را تامین می‌کند.
آیا می‌توان بعدا پنل یا باتری بیشتری اضافه کرد؟
در بعضی سیستم‌ها این امکان وجود دارد. ظرفیت ورودی اینورتر، مشخصات کنترل‌کننده‌ی شارژ و شرایط اتصال باتری‌ها محدوده‌ی توسعه را تعیین می‌کنند. ترکیب باتری نو و کارکرده نیز باید مطابق دستورالعمل سازنده بررسی شود. اگر افزایش مصرف را پیش‌بینی می‌کنید، آن را از ابتدا با طراح در میان بگذارید.
آیا سیستم پس از تخلیه باتری با طلوع خورشید خودکار روشن می‌شود؟
راه‌اندازی مجدد به مدل تجهیزات، وضعیت حفاظتی باتری و تنظیمات سیستم بستگی دارد. پیش از خرید، این قابلیت را در دفترچه‌ی سازنده بررسی کنید و از طراح درباره‌ی رفتار کل مجموعه پس از رسیدن باتری به حد قطع حفاظتی بپرسید. برای ویلایی که مدتی خالی می‌ماند، قابلیت بازگشت خودکار به کار اهمیت بیشتری دارد.
آیا می‌توان برق اضافه سیستم آفگرید را به شبکه فروخت؟
در آرایش مستقل، برق تولیدی برای مصرف محلی و شارژ باتری استفاده می‌شود و مسیری برای تزریق به شبکه وجود ندارد. فروش برق مستلزم بررسی اتصال به شبکه، تجهیزات مناسب، مجوزها و قرارداد مربوط است. اگر این هدف را هم دارید، شرایط آن را جداگانه بررسی کنید.
