بسیاری از مشکلات در زمینه‌ ی انرژی و مسائل مرتبط با آن، مانند محیط زیست می توانند با به کارگیری خورشید به عنوان یک منبع انرژی برطرف شوند. اگرچه تقریباً همگان آگاهند که انرژی خورشید یک منبع پایان ناپذیر انرژی است و می تواند بسیاری از مشکلات مربوط به آلودگی محیط زیست را برطرف نماید، با این حال به علت قیمت پایین دیگر منابع انرژی و همچنین بالا بودن سود بانکی در کشور ما، برای بسیاری از افراد مقرون به صرفه نیست که استفاده از انرژی خورشیدی را جایگزین سوخت های فسیلی نمایند. در ادامه به بررسی سیستم برق خورشیدی خانگی به همراه براورد هزینه های آن می پردازیم.

گویا آی تی – در یک روز آفتابی و بدون آلاینده های هوا، هر متر مربع از سطحی که در معرض تابش نور خورشید قرار گیرد، می تواند در حدود ۱۰۰۰ وات توان تابشی دریافت کند. این میزان به طور متوسط در ایران در حدود ۸۵۰ وات بر متر مربع است. البته باید توجه داشت که پنل های خورشیدی که نور خورشید را به دیگر انواع انرژی تبدیل می کنند، بازدهی ۱۰۰درصد ندارند. گذشته از بازدهی این پنل ها، میزان انرژی دریافت شده توسط آن ها به زاویه ی تابش خورشید نیز وابسته است. این پنل ها به صورت متوسط بین ۱۲ تا ۱۷ درصد بازدهی دارند. هر متر مربع از پنل های خورشیدی- با در نظر گرفتن این نکته که تمام سطح یک پنل دارای سیلیکون دریافت انرژی نیست- در حدود ۱۰۰ تا ۱۵۰ وات انرژی از نور خورشید دریافت می کند. همان طور که گفته شدف زاویه ی تابش نور خورشید در میزان انرژی دریافت شده ی پنل های خورشیدی مؤثر است و از این رو این پنل ها در فصول مختلف سال باید در زاویه ای تنظیم شوند که نور خورشید بتواند به صورت عمود بر آن ها بتابد.

سیستم برق خورشیدی خانگی متصل به شبکه (On Grid)

در این سیستم برق تولید شده توسط پنل های دریافت انرژی خورشیدی به شبکه ی برق سراسری متصل هستند. در این سیستم برق تولید شده توسط پنل های خورشیدی توسط یک اینورتر و با استفاده از کنتورهای مخصوص دوطرفه به برق سراسری متصل می شود. وظیفه‌ی اینورتر این است که برق مستقیم را به برق متناوب تبدیل نماید. در واقع می توان گفت افرادی که چنین سیستمی را در خانه ی خود پیاده می کنند، یک نیروگاه کوچک برق دارند که می توانند برق تولید شده در آن را به سازمان های انرژی بفروشند. میزان برق تولید شده با استفاده از این سیستم، با توجه به فضای خانه و سرمایه ی به کار رفته در آن، بین ۱ تا ۲۰ کیلووات است.

سیستم برق خانگی منفصل از شبکه (Off Grid)

در این سیستم برق تولید شده توسط پنل های دریافت انرژی خورشیدی به جریان برق اصلی متصل نیستند. در این روش برق تولید شده از نور خورشید در یک باتری ذخیره می شود و پس از آن که این برق توسط یک اینورتر به برق متناوب تبدیل شد، می تواند وارد مدار برق خانه شده و بخشی از برق مورد نیاز افراد آن خانه را تأمین نماید.

سیستم برق خانگی منفصل از شبکه (Off Grid) چه اجزایی دارد؟

پنل (سلول های فتوولتائیک)
منظور از پنل یا سلول مربع های نازک دیسک ها هستند که از جنس نیمه هادی ساخته شده اند. این مربع ها قادرند تا در زمان قرار گرفتن در معرض تابش نور خوشید، برق تولید کنند. سلول های فتوولتائیک به طور کلی به دو دسته ی پلی کریستال و مونوکریستال تقسیم می شوند. نوع دوم یعنی سلول های مونوکریستال، تقریباً بهتر از نوع اول هستند. پنل های رایج برای استفاده از منازل عموماً به صورت ۹۰، ۱۰۰، ۲۰۰، ۲۵۰ و ۳۰۰ واتی هستند.
معتبرترین پنل های خورشیدی موجود در ایران برندهای زیر هستند:
• Sharp
• Shine Solar
• Ja Solar
• Yingi solar

مبدل (اینورتر)

همان طور که گفته شد وظیفه ی اینورتر این است که جریان برق مستقیم DCرا به جریان برق متناوب AC تبدیل کند. اینورتر به کار رفته در سیستم منفصل از شبکه برق ذخیره شده در باتری را از ۱۲ ولت جریان برق مستقیم به ۲۲۰ ولت جریان برق متناوب تبدیل می کند. برای این که جریان برق ذخیره شده در باتری متصل به پنل ها برای استفاده در مصارف خانگی مناسب باشد، وجود اینورتر ضروری است.
دو پارامتر مهم در انتخاب اینورتر شامل ولتاژ ورودی به اینورتر و توان خروجی آن است. منظور از ولتاژ ورودی در شبکه های تولید برق خورشیدی خانگی منفصل همان ولتاژ باتری و منظور از توان خروجی حداکثر توانی است که برای اینورتر درنظر گرفته شده است. توان اینورترهای سیستم های منفصل معمولاً بین ۲۰۰ تا ۳۰۰۰ وات است. معروف ترین اینورترهای حال حاضر اینورترهای شرکت های Cotek و EP Solar هستند.

نکته ای در مورد اینورتر در شبکه های متصل

در مورد اینورترهای شبکه متصل باید توجه داشت که این اینورترها با یک جریان یکسان برق مواجه نیستند. علت این امر آن است که این اینورترها از یک باتری، برق را تبدیل نمی کنند، بلکه در شبکه های متصل اینورتر به طور مستقیم به پنل خورشیدی متصل است و در نتیجه جریان برقی که وارد آن می شود مدام در حال کم و زیاد شدن است.

شارژ کنترلر

می توان گفت که منظور از شارژ کنترلر همان شارژر باتری با استفاده از پنل های خورشیدی است. شارژ کنترلر خورشیدی علاوه بر اینکه بایستی الگوی شارژ باتری را رعایت کند، لازم است تا توانایی هماهنگ شدن با توان متغیر پنل خورشیدی را نیز داشته باشد. نکته ای که باید به آن توجه داشت اینکه شارژ کنترلر باتری سرب اسیدی متفاوت از باتری لیتیومی است و الگوی شارژ ان دو نیز با یکدیگر فرق دارد. شارژ کنترلرها به طور کلی به دو دسته ی PWM و MPPT تقسیم می شوند. الگوی مدل MPPT به صورتی است که با تغییر دائمی در تغییر ولتاژ همواره در توان ماکزیمم کار می کند. این ویژگی باعث می شود تا این مدل از مدل PWM گران تر باشد.
شارژ کنترلرها معمولاً ۱۲ یا ۲۴ ولت مستقیم هستند و توان آنها بین ۵ تا ۴۰ آمپر است.

در هنگام خرید شارژ کنترلر، باید ولتاژ باتری و توان پنل را مد نظر داشت. برندهای معتبر تولیدکننده ی شارژ کنترلر عمدتاً شرکت های Caespa، EP Solar و Phocos هستند.

باتری

باتری منبعی است که در آن توان تولیدی توسط سلول های فتوولتائیک، ذخیره می گردد. همان طور که پیش تر، به صورت ضمنی گفته شده است این باتری ها قابل شارژ شدن هستند. باتری ها مورد استفاده در سیستم تولید برق خورشیدی به دو دسته ی لیتیمومی و سرب اسیدی تقسیم می شوند. نوع باتری سرب اسیدی برای استفاده در شبکه های تولید برق خورشیدی خانگی منفصل مورد استفاده قرار می گیرند. باتری های اسیدی ای که در حال حاضر متداول هستند از نوع ژله ای می باشند.

طول عمر قطعات مورد استفاده در سیستم برق خانگی منفصل از شبکه (Off Grid) چقدر است؟
در جدول زیر می توانید طول عمر و دوره های مورد نیاز به بازبینی قطعات نام برده شده را مشاهده نمایید:

هزینه ی تأمین برق خانه با استفاده از سیستم تولید برق خورشیدی چقدر است؟

برای محاسبه ی هزینه ی تأمین برق خانه با استفاده از سیستم تولید برق خورشیدی، توجه به منطقه ی جغرافیایی بسیار مهم است. منطقه ی جغرافیایی از این نظر حائز اهمیت است که بر توان تولیدی سلول های خورشیدی اثر می گذارد. مناظقی که در آن متوسط تابش خورشید بر حسب ساعت بالاست، مناطق مناسبی برای استفاده از انرژی خورشیدی در تولید برق هستند. خوشبختانه معیار متوسط تابش خورشید بر حسب ساعت در ایران از مقدار مناسبی برخوردار است.
یکی از دیگر عوامل مؤثر بر هزینه ی تأمین برق خانه توسط سیستم خورشیدی میزان برق مصرفی آن خانه است. بدیهی است که هرچه میزان مصرف برق بیشتر شود، به توان بیشتری نیاز است و درنتیجه هزینه ها نیز افزایش می یابد. برای محاسبه ی میزان برق مورد نیاز یک خانه می توان به قبض برق دوره های گذشته مراجعه کرده و میزان کیلووات مصرفی را از روی آن خواند. این میزان به صورت میانگین برای یک خانه ی ۹۰ متری در حدود ۱۶۵ کیلووات سالانه است.
در جدول زیر توان مصرفی وسایل برقی مختلف به صورت میانگین آورده شده است:

برآورد هزینه سیستم خورشیدی مورد نیاز در یک خانه ی ۹۰ متری با ۳۸۰۰ وات برق مورد نیاز

بر اساس داده های تجربی موجود، یک نیروگاه برق خورشیدی در تهران با یک پنل خورشیدی ۲۵۰ واتی می تواند بین ۹۵۰ تا ۱۲۰۰ وات ساعت در روز برق تولید کند. بنابراین برای تأمین حداقل انرژی مورد نیاز یک خانه به ۴ پنل خورشیدی ۲۵۰ واتی نیاز است.
برای شارژ کردن برق تولید شده در این شرایط با شارژ کنترلر مدل ۱۲ ولت و ۴۰ آمپر نیاز است. علاوه بر این اینورتری یک کیلوواتی برای تبدیل برق به جریان ۲۲۰ ولت متناوب باید در سیستم نصب شود. باتری مورد نیاز برای ذخیره ی انرژی تولید شده نیز نیاز به یک باتری ۱۲ ولتی با ظرفیت ۴۰۰ آمپر ساعت است. برای این کار می توان از ۴ باتری ۱۰۰ آمپر ساعتی استفاده کرد.
جدول زیر قیمت اجزای مورد نیاز فوق را نشان می دهد:

هزینه ی نصب یک سیستم تولید برق منفصل خانگی نیز در حدود ۷۰۰ تا ۸۰۰ هزار تومان هزینه می برد. گذشته از این موارد استند فلزی برای قرار گرفتن پنل های خورشیدی خود در حدود ۵۰۰ هزار تومان قیمت دارد.