استفاده مستقیم از انرژی های تجدیدپذیر مانند خورشید، اگر آنها را ذخیره نکنیم، چندان کارآمد نیست. بدیهی است که میتوان این کار را با استفاده از باتریهای ذخیره ساز مانند باتریهای دیپ سایکل (سرب اسید، لیتیوم یون و غیره) انجام داد. توجه داشته باشید که باتری ها فقط توانایی ذخیره برق به صورت DC را دارند، نه AC.در این مطلب، نشان میدهیم چگونه ظرفیت مناسب بانک باتری را بر حسب Ah (آمپر ساعت) محاسبه کنیم و همچنین تعداد باتریهای موردنیاز را بر اساس نیازمان تعیین نماییم.
باتریها همیشه بر حسب Ah درجه بندی می شوند، ممکن است گاهی باتری ها را فقط با عدد آمپر بیان کنند مثلا بگویند یک باتری 100 آمپر اما در اصل منظور همان 100 آمپر ساعت است. با یک مثال نشان می دهیم که چطور برای محاسبه مقدار باتری مورد نیاز باید اقدام کنید. برای این کار باید قدم های زیر را به ترتیب اجرا کنید:
1.انرژی مورد نیاز
در قدم اول، باید مجموع توان مصرفی بارها را بر حسب وات محاسبه کنید، اگر سیستم خانگی باشد، می توانید به راحتی اطلاعات مصرف سالانه برق را از قبض برق به دست آورید. اگر سیستم مربوط به جایی است که تابحال مصرف انرژی نداشته است و یا موارد مشابه باشد، باید توان نامی (وات) تمام وسایل برقی مورد نیاز را با هم جمع کرده و محاسبه کنید. جدول زیر توان مصرفی معمولی برخی از لوازم خانگی مختلف را نشان میدهد. در مثال ما، مجموع بار موردنیاز 900 وات است.
| وسیله برقی | توان مصرفی | تعداد | مجموع توان |
|---|---|---|---|
| فن (مانند پنکه) | 80 وات | 4 عدد | 320 وات |
| لامپ LED | 15 وات | 4 عدد | 60 وات |
| تلویزیون LCD | 120 وات | 2 عدد | 240 وات |
| لپتاپ | 110 وات | 1 عدد | 110 وات |
| پرینتر لیزری | 60 وات | 2 عدد | 120 وات |
| شارژر تلفن همراه | 25 وات | 2 عدد | 50 وات |
| مجموع | 900 وات |
برای پیدا کردن میزان مصرف لحظه ای هر دستگاه برقی م یتوانید به برچسب نصب شده بر روی آن مراجعه کنید. معمولا دستگاه های برقی میزان مصرف را در فرکانس های 50 هرتز و 60 هرتز یا ویلتاژ های 110 ولت و 230 ولت ذکر می کنند که استاندارد شبکه برق در ایران 50 هرتز و 230 ولت می باشد.
2.تعداد روز بدون شارژ (روز های ابری برای نیروگاه خورشیدی)
این عدد نشاندهنده تعداد روزهایی است که می خواهید از انرژی ذخیره شده در باتری ها بدون شارژ مجدد استفاده کنید. به عبارت دیگر، تعداد روزهایی است که بدون شارژ باتری ها (معمولا در هوای ابری برای نیروگاه خورشیدی) میتوان از آن ها استفاده کرد. میتوانید میانگین روزهای ابری را از منابع پیش بینی هوا (مثل weather.com) یا سازمان هواشناسی در مناطق خاص بهدست آورید. توجه کنید که هرچه تعداد روزهای خودکفایی بیشتر شود، نیاز به باتریهای بیشتری خواهید داشت و حتی ممکن است به منابع برق اضافی مانند ژنراتور نیز نیاز پیدا کنید. در مثال ما، تعداد روزهای خودکفایی ۲ روز است.
3.ولتاژ DC سیستم
این مقدار نشاندهنده ولتاژ DC باتری است (معمولاً 12V یا 24V، 36V، 48V، 72V و غیره). معمول ولتاژ باتری های مخصوص UPS که ژل هستند 12 ولت می باشد اما گاهی سانورتر ها و یا دیگر موارد نیاز به ولتاژ های24 ولت یا 48 ولت دارند. توجه کنید که پک های باتری لیتیوم یون مورد استفاده در نیروگاه های خورشیدی ولتاژ 48 ولت دارند(ممکن است عدد 51.4 ولت را روی آنها ببینید که منظور همان 48 ولت است) .در مثال ما، از باتریهای ۱۲ ولت DC استفاده شده است.
4.عمق تخلیه باتری (DoD یا عمق دشارژ)
DoD (ِDepth of Discharge) به چرخه شارژ و دشارژ (تکچرخه) باتری اشاره دارد، یعنی تا چند درصد می توان باتری را تخلیه کرد و میزان انرژی خارج شده از باتری در یک چرخه شارژ و دیس شارژ چقدر است. باتریهای دیپسایکل مانند FLA ، سیلد اسید ژل و AGM بر اساس تعداد چرخههای شارژ و دشارژ درجهبندی میشوند. برای مثال باتریهای AGM (Absorbent Glass Mat) از نوع دیپ سایکل هستند و مشخصاتشان تا حد زیادی به مدل و برند بستگی دارد، اما بهطور کلی می توان اعداد استاندارد زیر را ذکر کرد:
اگر عمق تخلیه ۸۰٪ باشد: حدود ۳۰۰ تا ۵۰۰ چرخه.
اگر عمق تخلیه (DoD) ۳۰٪ باشد: حدود ۱۵۰۰ تا ۲۰۰۰ چرخه.
اگر عمق تخلیه ۵۰٪ باشد: حدود ۷۰۰ تا ۱۲۰۰ چرخه.
تعداد چرخه یعنی این باتری را چند بار می توان شارژ و دشارژ کرد که معمولا پس از این تعداد بار شارژ و دشارژ عمر آن ها به پایان می رسد. عمق تخلیه (DoD) به صورت درصد (%) از ظرفیت کل باتری نمایش داده میشود. هرچه باتری بیشتر تخلیه شود، تعداد چرخههای کامل آن کمتر خواهد شد. به عبارت دیگر، تخلیه عمیق تر عمر باتری را کوتاه تر میکند. در مثال ما، عمق تخلیه ۵۰٪ در نظر گرفته شده است.
5. تعداد ساعت پشتیبانی
این عدد نشاندهنده تعداد ساعتهای روزانهای است که نیاز داریم وسایل برقی با استفاده از باتریهای ذخیرهشده کار کنند. در مثال ما، تعداد ساعتهای پشتیبان ۳ ساعت است. یعنی باتری ها باید بتوانند کل بار را بدون مشکل در سه ساعت پشتیبانی کنند.
درنهایت می توانیم مقدار آمپر ساعت باتری برای بار را با فرمول زیر محاسبه کنیم:
در مثال ما اعداد زیر در فرمول قرار می گیرند:
این عدد نشان می دهد که ما برای سیستم خود به حدود 1000Ah باتری نیاز داریم. با در نظر گرفتن اینکه ولتاژ باتری ها 12 ولت است و ما هم ولتاژ سیستم را 12 ولت فرض کردیم پس باید 10 عدد باتری 100Ah را به صورت موازی به هم متصل کرده و به اینورتر تامین کننده برق خانه وصل کنیم. حال حتی می توانیم فرض کنیم ولتاژ سیستم 48 ولت است. در این صورت فرمول به صورت زیر تغییر می کند:
در این حالت ما نیاز به 250Ah باتری با ولتاژ 48 ولت داریم. باتری ها معمولا به صورت 12 ولت تولید می شوند پس نیاز است تا چهار عدد باتری 250Ah را به صورت سری متصل کنیم تا ولتاژ 48 ولت تولید شود. روش دیگر این است که 2 عدد باتری 120Ah را موازی کرده و سپس چهار مورد از این پک دو باتری را با هم سری کنیم در این صورت چهار عدد باتری 240Ah را با ولتاژ 48 ولت به سیستم متصل کردیم که تقریبا با نیاز ما برابری می کند.
انتخاب سایز مناسب باتری برای سیستمهای انرژی خورشیدی یا سایر سیستمهای ذخیره سازی انرژی، یکی از مهمترین مراحل طراحی است. ظرفیت باتری باید بر اساس میزان مصرف انرژی، تعداد روزهای خودکفایی، ولتاژ سیستم، عمق تخلیه و شرایط دمایی محیط تعیین شود تا علاوه بر تامین انرژی مورد نیاز، عمر مفید باتری نیز به حداکثر برسد. با محاسبه دقیق این پارامترها و رعایت استانداردهای باتری، میتوان از عملکرد بهینه و پایدار سیستم اطمینان حاصل کرد و از هزینههای اضافی ناشی از انتخاب نامناسب باتری جلوگیری کرد.
