محاسبه آنلاین تعداد پنل خورشیدی و ظرفیت باتری

چند پنل خورشیدی لازم دارم؟ باتری چند آمپرساعت باشد؟ اینورتر و شارژ کنترلر چه ظرفیتی بخرم؟ جواب همه این سوال‌ها از یک عدد شروع می‌شود: مصرف انرژی روزانه شما. از محاسبه آنلاین تعداد پنل خورشیدی و ظرفیت باتری رایگان زیر استفاده کنید تا یک سیستم مستقل از شبکه (پنل، بانک باتری، اینورتر و شارژ کنترلر MPPT) را طراحی کنید، یا ظرفیت نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه را از روی مصرف ماهانه برق برآورد کنید. بعد از ابزار، فرمول‌ها، فرض‌های مهم و مثال‌های کاربردی را می‌خوانید.

روش استفاده از محاسبه آنلاین پنل خورشیدی و باتری

1. سیستم مستقل از شبکه (آفگرید): مصرف روزانه به کیلووات‌ساعت، ساعت اوج آفتاب محل نصب، تلفات سیستم، بازده اینورتر و توان پنلی را که می‌خواهید بخرید وارد کنید. ولتاژ بانک باتری، نوع باتری، تعداد روزهای خودکفایی و بار اوج AC را هم انتخاب کنید. نتیجه شامل تعداد پنل، ظرفیت باتری به kWh و Ah، تعداد باتری ۱۲ ولت سری و موازی، جریان شارژ کنترلر MPPT و ظرفیت اینورتر است.
2. متصل به شبکه (قبض ماهانه): مصرف ماهانه، ساعت آفتاب، تلفات و توان پنل را وارد کنید تا ظرفیت آرایه، تعداد پنل، مساحت لازم پشت‌بام و تولید سالانه تقریبی را ببینید.

مصرف روزانه خود را نمی‌دانید؟ وسایل برقی را با محاسبه آنلاین انتخاب موتور برق (ژنراتور) جمع بزنید یا عدد کیلووات‌ساعت را از قبض برق بردارید.

طراحی سیستم خورشیدی گام‌به‌گام

1. مصرف روزانه بارهایی را که می‌خواهید تغذیه شوند به کیلووات‌ساعت (یا وات‌ساعت) به دست آورید.
2. تلفات اینورتر را حساب کنید. باتری و پنل‌ها باید علاوه بر بار AC، تلفات اینورتر را هم تأمین کنند؛ پس بر بازده اینورتر (حدود ۹۰ تا ۹۵٪) تقسیم کنید.
3. آرایه پنل را با ساعت اوج آفتاب و تلفات سیستم محاسبه کنید.
4. باتری را بر اساس تعداد روزهای خودکفایی و عمق تخلیه قابل استفاده نوع باتری تعیین کنید.
5. شارژ کنترلر و اینورتر را از روی توان آرایه، ولتاژ باتری و بار اوج انتخاب کنید.
6. سیم‌کشی DC را با سطح مقطع کابل، فیوز و کلید مناسب طراحی کنید.

توان آرایه (W) = (وات‌ساعت روزانه ÷ بازده اینورتر) ÷ (ساعت اوج آفتاب × (۱ − تلفات))
ظرفیت باتری (Wh) = (وات‌ساعت روزانه ÷ بازده اینورتر) × روزهای خودکفایی ÷ عمق تخلیه
ظرفیت باتری (Ah) = ظرفیت باتری (Wh) ÷ ولتاژ باتری
جریان MPPT (A) = توان آرایه (W) ÷ ولتاژ باتری × ۱٫۲۵

ساعت اوج آفتاب چیست؟

ساعت اوج آفتاب با فاصله طلوع تا غروب فرق دارد. یک ساعت اوج آفتاب یعنی یک ساعت تابش با شدت ۱٬۰۰۰ وات بر متر مربع؛ پس روزی با ۵ ساعت اوج آفتاب، همان انرژی ۵ ساعت آفتاب کامل را می‌دهد. این عدد به موقعیت، فصل، زاویه پنل و سایه بستگی دارد. به‌طور تقریبی در مناطق آفتابی و کویری ۵ تا ۷، در مناطق معتدل ۳ تا ۵ و در مناطق ابری و شمالی ۲ تا ۳ ساعت است. برای سیستم مستقل از شبکه، کمترین ماه از ماه‌هایی را که به برق نیاز دارید در نظر بگیرید؛ چون سیستم باید در زمستان هم کار کند. مقدار دقیق محل خودتان را از ابزارهای داده تابش خورشیدی مثل PVGIS یا Global Solar Atlas بخوانید.

تلفات سیستم

پنل واقعی در تمام روز توان نامی خود را تحویل نمی‌دهد. گرما، گرد و غبار، مقاومت سیم‌ها، تلفات شارژ کنترلر و باتری و عدم تطابق پنل‌ها معمولاً خروجی را حدود ۱۵ تا ۲۵٪ کم می‌کنند؛ به همین دلیل ابزار به‌طور پیش‌فرض ۲۰٪ را در نظر می‌گیرد. تلفات اینورتر جداگانه حساب می‌شود.

نوع باتری و عمق تخلیه

چون لیتیوم تخلیه عمیق‌تری را تحمل می‌کند، برای همان انرژی قابل استفاده به باتری با ظرفیت نامی کمتری نیاز دارید. همیشه محدودیت‌های توصیه‌شده سازنده را رعایت کنید.

ولتاژ بانک باتری: ۱۲، ۲۴ یا ۴۸ ولت؟

ولتاژ بالاتر یعنی برای همان توان، جریان کمتر؛ پس کابل نازک‌تر، تلفات کمتر و شارژ کنترلر کوچک‌تر. به‌طور کلی ۱۲ ولت برای سیستم‌های خیلی کوچک (تا حدود ۱ کیلووات توان اینورتر)، ۲۴ ولت برای سیستم‌های متوسط و ۴۸ ولت برای سیستم‌های بالاتر از حدود ۳ کیلووات مناسب است. ولتاژی را انتخاب کنید که با اینورتر و شارژ کنترلر شما سازگار باشد.

شارژ کنترلر و اینورتر

• شارژ کنترلر MPPT بهترین نقطه کار پنل‌ها را دنبال می‌کند و معمولاً از PWM بازده و انعطاف بیشتری دارد، به‌خصوص با آرایه‌های ولتاژ بالا. جریان کنترلر را از تقسیم توان آرایه بر ولتاژ باتری و با ۲۵٪ حاشیه به دست آورید.
• ظرفیت اینورتر: توان پیوسته‌ای حداقل ۲۵٪ بالاتر از بار اوج AC انتخاب کنید و برای بارهای موتوری مثل پمپ و یخچال، توان جهشی (surge) اینورتر را هم بررسی کنید.
• نوع اینورتر: اینورتر سینوسی خالص برای لوازم الکترونیکی حساس و موتورها بهترین انتخاب است.

مثال: خانه مستقل از شبکه

خانه‌ای ۵ کیلووات‌ساعت در روز مصرف دارد؛ ۵ ساعت اوج آفتاب، ۲۰٪ تلفات، بازده اینورتر ۹۰٪، پنل‌های ۴۰۰ واتی، بانک باتری لیتیوم ۴۸ ولت و ۱ روز خودکفایی.

• انرژی DC موردنیاز: ۵٬۰۰۰ ÷ ۰٫۹ = ۵٬۵۵۶ وات‌ساعت.
• آرایه: ۵٬۵۵۶ ÷ (۵ × ۰٫۸) = ۱٬۳۸۹ وات، یعنی ۴ پنل ۴۰۰ واتی (۱٫۶ کیلووات).
• باتری: ۵٬۵۵۶ ÷ ۰٫۸ = ۶٬۹۴۴ وات‌ساعت، یعنی حدود ۱۴۵ آمپرساعت در ۴۸ ولت؛ برابر ۴ باتری ۱۲ ولت سری و ۲ ردیف موازی (۸ باتری ۱۰۰ آمپرساعت).
• شارژ کنترلر MPPT: ۱٬۶۰۰ ÷ ۴۸ × ۱٫۲۵ = ۴۱٫۷ آمپر، یعنی کنترلر ۵۰ آمپر.
• اینورتر: با بار اوج ۳٬۰۰۰ وات، ۳٬۰۰۰ × ۱٫۲۵ می‌شود ۳٬۷۵۰ و اولین اندازه استاندارد بالاتر، اینورتر ۴٬۰۰۰ واتی است.

اگر همین خانه باتری اسیدسرب با عمق تخلیه ۵۰٪ داشته باشد، به حدود ۱۱٫۱ کیلووات‌ساعت باتری (۲۳۱ آمپرساعت در ۴۸ ولت) یا ۱۲ باتری ۱۰۰ آمپرساعت نیاز دارد.

مثال: سیستم متصل به شبکه

ساختمانی ۶۰۰ کیلووات‌ساعت در ماه مصرف دارد، یعنی ۲۰ کیلووات‌ساعت در روز. با ۵ ساعت آفتاب و ۲۰٪ تلفات، آرایه به ۲۰ ÷ (۵ × ۰٫۸) = ۵ کیلووات نیاز دارد؛ یعنی ۱۳ پنل ۴۰۰ واتی (۵٫۲ کیلووات‌پیک). حدود ۲۵ متر مربع پشت‌بام لازم است و تولید سالانه تقریباً ۷٬۶۰۰ کیلووات‌ساعت خواهد بود.

سیم‌کشی DC و حفاظت

• سری و موازی: پنل‌های سری ولتاژ را جمع می‌کنند و رشته‌های موازی جریان را. ولتاژ رشته باید در محدوده ورودی شارژ کنترلر یا اینورتر باشد، با در نظر گرفتن افزایش ولتاژ در هوای سرد.
• سطح مقطع کابل و افت ولتاژ: تلفات DC را کم نگه دارید، معمولاً بین ۱ تا ۳٪. کابل‌های باتری ولتاژ پایین جریان‌های بزرگی را عبور می‌دهند؛ از محاسبه افت ولتاژ و راهنمای محاسبه سطح مقطع کابل استفاده کنید.
• نوع کابل: کابل‌های خورشیدی بیرون ساختمان باید در برابر نور خورشید و گرما مقاوم باشند. مقاله تفاوت عایق PVC و XLPE را ببینید.
• فیوز و کلید: از قطعاتی با ولتاژ و جریان نامی DC استفاده کنید و آن‌ها را طبق انتخاب کلید اتوماتیک انتخاب کنید. کلیدهای AC معمولی برای DC مناسب نیستند.
• جعبه تقسیم و کانکتور: جعبه‌های بیرون ساختمان به درجه حفاظت IP مناسب نیاز دارند.

اشتباهات رایج

• استفاده از آفتابی‌ترین ماه به‌جای بدترین ماه برای ساعت آفتاب در سیستم مستقل از شبکه.
• فراموش کردن تلفات اینورتر و سیستم.
• محاسبه باتری بر اساس ظرفیت نامی بدون در نظر گرفتن عمق تخلیه.
• انتخاب کابل خیلی نازک برای جریان‌های بالای بانک ۱۲ یا ۲۴ ولت.
• استفاده از کلید یا فیوز AC در مدار DC.
• نادیده گرفتن سایه که می‌تواند خروجی یک رشته کامل را کم کند.
• نادیده گرفتن توان جهشی پمپ، یخچال و کولر.

سوالات متداول

چند پنل خورشیدی لازم دارم؟

مصرف روزانه را بر انرژی تولیدی روزانه یک پنل تقسیم کنید. یک پنل ۴۰۰ واتی با ۵ ساعت آفتاب و ۲۰٪ تلفات حدود ۱٫۶ کیلووات‌ساعت در روز تولید می‌کند؛ پس خانه‌ای با مصرف ۵ کیلووات‌ساعت در روز حدود ۳ تا ۴ پنل لازم دارد (با احتساب تلفات اینورتر بیشتر).

ظرفیت باتری خورشیدی را چطور محاسبه کنم؟

مصرف روزانه را در تعداد روزهای خودکفایی ضرب کنید، بر بازده اینورتر و بر عمق تخلیه قابل استفاده تقسیم کنید و برای رسیدن به آمپرساعت، نتیجه را بر ولتاژ باتری تقسیم کنید.

یک پنل ۴۰۰ واتی در روز چقدر برق تولید می‌کند؟

با ۵ ساعت اوج آفتاب و ۲۰٪ تلفات حدود ۱٫۶ کیلووات‌ساعت در روز (۴۰۰ وات × ۵ ساعت × ۰٫۸). عدد واقعی به موقعیت، فصل و سایه بستگی دارد.

MPPT بهتر است یا PWM؟

شارژ کنترلر MPPT معمولاً بازده بیشتری دارد و از آرایه‌های ولتاژ بالا پشتیبانی می‌کند؛ برای همین در سیستم‌های بزرگ‌تر رایج است. PWM ارزان‌تر است و برای سیستم‌های خیلی کوچک ۱۲ ولت می‌تواند مناسب باشد.

اینورتر خورشیدی چه ظرفیتی لازم دارم؟

توان پیوسته‌ای حدود ۲۵٪ بالاتر از بار اوج AC انتخاب کنید و برای بارهای موتوری، توان جهشی اینورتر را هم بررسی کنید.

برای سیستم ۴۸ ولت چند باتری لازم است؟

چهار باتری ۱۲ ولت سری، ولتاژ ۴۸ ولت می‌سازد. برای رسیدن به آمپرساعت موردنیاز، ردیف موازی اضافه کنید. مثلاً ۱۴۵ آمپرساعت به دو ردیف باتری ۱۰۰ آمپرساعت یعنی در مجموع ۸ باتری نیاز دارد.

این ابزار و راهنما برای برنامه‌ریزی کلی هستند. نصب سیستم خورشیدی باید طبق دستورالعمل سازنده و مقررات برقی مربوطه و ترجیحاً توسط نصاب مجرب انجام شود.