خانه هوشمند آیسا

از این بخش شما می توانید به عنوان یک مرجع برای طراحی و نصب پنل های خورشیدی، محاسبات درجه بندی باتری، محاسبه تعداد پنل های خورشیدی، محاسبه درجه بندی وارون گر UPS، بار و قدرت مورد نیاز استفاده کنید. همچنین با مطالعه ی این بخش می توانید مدار ها، نمودارهای سیم کشی و حل شده را مشاهده کنید تا با پیروی از این آموزش ها بتوانید پنل های خورشیدی خود را در خانه نصب کنید.

با خواندن این مقاله چه کارهایی را می توانید انجام دهید:

محاسبه درجه بندی پنل های خورشیدی
تعداد مورد نیاز پنل های خورشیدی
درجه بندی کنترلر شارژ
زمان پشتیبانی باتری های موجود
بدست آوردن جریان مورد نیاز و جریان لازم برای شارژ باتری ها
زمان لازم برای شارژ باتری ها
اتصال موازی یا سری پنل خورشیدی
محاسبه درجه بندی باتری ها برای سیستم پنل خورشیدی
میزان قدرت پنل خورشیدی
درجه بندی UPS و وارون گر برای نیاز بار و …
انتخاب پنل خورشیدی مناسب برای خانه
نصب پنل خورشیدی
به عنوان مثال شما قصد دارید یک سیستم پنل خورشیدی برای منزل خود که بار آن 800 وات و زمان پشتیبانی برای باتری 3 ساعت است را نصب کنید (شما می توانید عدد های دیگری را استفاده کنید این فقط یک مثال است)

بار پنل خورشیدی 800 وات

زمان پشتیبانی برای باتری 3 ساعت

چیزهایی که باید بدانیم:

درجه بندی وارون گر USP
اتصال موازی یا سری باتری ها
تعداد ساعت های پشتیبانی باتری ها
جریان شارژ برای باتری ها
تعداد باتری ها برای پشتیبانی
زمان شارژ برای باتری ها
تعداد پنل های خورشیدی لازم
درجه بندی کنترلر شارژ
اتصال سری یا موازی پنل های خورشیدی
وارون گر/UPS
درجه بندی وارون گر یا UPS باید بیشتر از 25 درصد کل بار باشد که این میزان به دلیل بار آینده و خسارت های احتمالی در نظر گرفته می شود.

برای این مثالی که زدیم 25 درصد از کل بار که 800 وات در نظر گرفته شده بود بار ما باید 1000 وات در نظر گرفته شود.

(25/100)*800 = 200 وات

800+200=1000

تعداد باتری های مورد نیاز:

زمان پشتیبانی مورد نیاز باتری ها برابر 3 ساعت است

اگر ما بخواهیم باتری های 100 آمپرساعت 12 ولتی را در سیستم خود نصب کنیم ما در مجموع به 1200 وات ساعت نیاز خواهیم داشت

12ولت * 100 آمپرساعت= 1200 وات ساعت

همانطور که گفته شد بار در نظر گرفته شده 800 وات می باشد پس زمان پشتیبانی برای یک باتری اینگونه محاسبه می شود:

800 وات / 1200 وات ساعت = 1.5 ساعت

این مقدار برای یک باتری است اما ما به 3 ساعت برای پشتیبانی نیاز داشتیم بنابراین لازم است دو باتری که هرکدام 100 آمپرساعت و 12 ولتی هستند را به سیستم متصل کنیم تا بتواند 3 ساعت را پشتیبانی کند.

تعداد ساعات پشتیبانی باتری ها
اگر تعداد باتری ها را به شما بگویند و از شما بخواهند که زمان پشتیبانی این باتری ها را بدست آورید می توانید ار روابط زیر تعداد ساعت پشتیبانی باتری ها را بدست آورید: (در این مثال دو باتری در نظر گرفته شده است)

1200 وات ساعت * 2 باتری = 2400 وات ساعت

800 وات / 2400 وات ساعت = 3 ساعت

ما در این نمونه از سیستم وارون گر 12 ولتی استفاده کردیم به همین دلیل باید دو باتری 12 ولت و 100 آمپر ساعت را به صورت موازی در مدار نصب کنیم.

باتری ها موازی نصب شوند یا سری؟
همانطور که گفتیم سیستم وارون گر 12 ولتی می باشد، اگر باتری ها را به صورت سری وصل کنیم، درجه بندی ولتاژ باتری ها مانند زیر به دست می آید:

در مدارهای سری، جریان در هر قسمت یا سیم تغییر نمی کند و برابر است اما ولتاژ متفاوت است.(ولتاژ ها جمع پذیر هستند): ((V1+V2+V3….Vn

V = V1 + V2

V1=V2=12

بنابراین V = 24 وات

این در شرایطی است که درجه بندی جریان یکسان (100 آمپر ساعت) است.

با توجه به اعدادی که در رابطه ی بالا بدست آمد باید باتری ها را به صورت موازی نصب کنیم زیرا ولتاژ باتری ها همان 12 ولت باقی می ماند اما نرخ آمپر/ساعت تغییر و افزایش پیدا می کند. (سیستم 12 ولت و 200 آمپر ساعتی خواهد بود)

در اتصال های موازی ولتاژ در تمامی بخش های سیستم یکسان است اما برعکس اتصال سری جریان متفاوت است و جریان ها جمع پذیر هستند: (I1+I2+I3…+In)

در اتصال موازی ما 2 باتری را به سیستم متصل می کنیم که هر کدام 100 اآمپر و 12 ولت هستند. در این صورت رابطه ی به شکل زیر خواهیم داشت:

12V, 100 Ah + 100 Ah = 12V, 200 Ah

نکته ای که باید بدانید این است که اگر ما هدر رفتن انرژی هنگام اتصال را در نظر نگیریم قدرت به وات در هر قسمت از مدار مقاومتی جمع پذیر است (P Total= P1 + P2 + P3. . . Pn)

جریان شارژ دهی برای باتری ها
برای بدست آوردن جریان شارژ دهی برای دو باتری مانند روش زیر عمل می کنیم:

نکته ای که باید به آن توجه کنید این است که جریان شارژ دهی باید یک دهم آمپر ساعت باتری باشد بنابراین:

200 آمپر ساعت x (1/10) = 20 آمپر

زمان لازم برای شارژ باتری ها پنل خورشیدی
رابطه ای که زمان لازم برای شارژ یک باتری اسید سرب از آن استفاده می شود به صورت زیر است:

زمان شارژ باتری = باتری Ah / جریان شارژ دهی
T = آمپر ساعت / آمپر

در این نمونه مثالی که حل می کنیم برای یک باتری 12 ولتی 100 آمپر ساعتی می باشد:

T = آمپر ساعت / A = 100 آمپر ساعت / 10 آمپر = 10 ساعت (در شرایط ایده آل)

در این قسمت هم باید به نکته ای توجه کنید، به دلیل اینکه همیشه شرایط ایده آل نیست و تلفاتی رخ می دهد (هنگامی که باتری در حال شارژ است 40 درصد تلفات رخ می دهد) بناراین ما به جای جریان 10 آمپری از جریان 12-10 آمپر استفاده می کنیم. با توجه به این نکته زمان شارژ برای یک باتری 12 ولتی و 100 آمپر ساعتی از رابطه ی زیر بدست می آید:

رتبه بندی باتری برابر با 140 Ahمی باشد بنابراین جریان شارژ دهی لازم برای باتری ها به صورت زیر می باشد:

140 آمپر ساعت / 12 آمپر = 11.6 ساعت

تعداد مورد نیاز پنل های خورشیدی و اتصال سری یا موازی
برای بدست آوردن تعداد مورد نیاز پنل های خورشیدی باید طبق روابط زیر عمل کنیم:

پلن 1: اتصال برق DC متصل نمی باشد = فقط باتری در حال شارژ می باشد

طبق رابطه ی قدرت (DC):

P = VI (قدرت = ولتاژ x جریان)

با توجه به مقادیری که در قسمت های قبلی بدست آوردیم آن ها را جایگزین می کنیم

P = 12 ولت x 20 آمپر

P = 240 وات

این عدد بدست آمده توان مورد نیاز پنل خورشیدی می باشد البته فقط برای شارژ باتری است و بعد از آن باتری برق را برای بار تامین می کند به این صورت که بار مستقیم به پنل های خورشیدی متصل نیست

با توجه به این موردی که گفته شد:

240 وات / 60 وات = 4 پنل خورشیدی

در نتیجه ما 4 پنل خورشیدی نیاز داریم که باید آن ها را به طور موازی متصل کنیم (هر کدام 60 وات، 12 ولت، 5 امپر)

آموزش پنل خورشیدی

شکل: نمودار مدار محاسبه بالا برای نصب پنل خورشیدی (پنل های خورشیدی فقط برای شارژ باتری)

محاسبات و سیستم بالا تنها برای شارژ باتری بود، و سپس باتری برق را برای بار مورد نظر و سپس برای لوازم الکتریکی AC، که برق را از طریق وارون گر می گیرند، و بارهای DC که از طریق کنترلر شارژ آن را دریافت می کنند (از طریق باتری های شارژ شده)، تامین می کند.

سناریو 2: بار DC همزمان با شارژ باتری متصل است
حال فرض کنید که یک بار ۱۰ آمپری به طور مستقیم از طریق وارون گر به پنل متصل است ( یا ممکن است بار DC از طریق کنترلر شارژ باشد). در طول تابش آفتاب، پنل خورشیدی ۱۰ آمپر را به طور مستقیم به بار متصل شده و ۲۰ آمپر را به باتری در حال شارژ ارائه می دهد، یعنی پنل های خورشیدی باتری را شارژ می کنند و ۱۰ آمپر را نیز به بار تحویل می دهند.

در مورد بالا، مجموع جریان مورد نیاز مساوی است با ده + بیست = 30 A

پس I = 30 A ، بنابراین نیروی مورد نیاز برابر است با:

P = V x I = 12 ولت x 30 آمپر = 360 وات

یعنی ما یک سیستم ۳۶۰ واتی را برای مثال بالا نیاز داریم (این هم برای بار مستقیم و هم شارژ باتری می باشد)

حال تعداد پنل های خورشیدی که نیاز داریم به شرح زیر خواهد بود:

360/60 وات = 6

بنابراین، ما باید ۶ عدد پنل خورشیدی را به صورت موازی (هر یک ۶۰ وات، ۱۲ ولت، ۵ آمپر) به هم وصل کنیم.

آموزش نصب پنل خورشیدی
شکل: نمودار مدار برای محاسبه بالا برای نصب پنل خورشیدی (پنل های خورشیدی فقط برای شارژ باتری + بار مستقیم وصل شده).

درجه بندی کنترلر شارژ
همانطور که در بالا ذکر شد، جریان شارژ دهی برای یک باتری ۲۰۰ آمپر ساعت ۲۰-۲۲ آمپر است. اگر ۲۲ آمپر برای شارژ باتری و ۱۰ آمپر برای بار مستقیم DC در نظر بگیریم، بنابراین ما می توانیم از یک کنترلر شارژ در حدود ۳۰-۳۲ آمپر استفاده کنیم.

توجه: محاسبات بالا بر اساس حالت های ایده آل است، بنابراین توصیه می شود که همیشه یک پنل خورشیدی را انتخاب کنید که اندکی بزرگتر از نیاز شما است، زیرا در هنگام شارژ باتری از طریق پنل خورشیدی همیشه تلفاتی وجود دارد، همچنین نور خورشید همیشه در حالت ایده آل نیست.