در روزهای ابری یا شب سیستم خورشیدی چطور کار می‌کنه؟

شرکت پرسال به عنوان یکی از مجموعه‌های پیشرو در حوزه تأمین و طراحی تجهیزات انرژی‌های تجدیدپذیر، تأکید ویژه‌ای بر درک دقیق عملکرد سیستم‌های خورشیدی دارد، به‌ویژه در زمینه عملکرد این سیستم‌ها در روزهای ابری؛ زیرا یکی از سؤالات مهم کاربران این است که سیستم‌های خورشیدی در روزهای ابری یا هنگام شب چگونه کار می‌کنند؟

در پاسخ باید گفت؛ برای تأمین پایدار انرژی در این شرایط، استفاده از باتری‌های ذخیره‌سازی انرژی و سیستم‌های آفگرید با ظرفیت مناسب ضروری است تا انرژی مازاد تولید شده در روزهای آفتابی را ذخیره کرده و در زمان کمبود تابش یا در شب تأمین کنند. در ادامه همراه ما باشید تا عملکرد سیستم‌های خورشیدی در شرایط ابری را بیشتر بررسی کنیم.

سیستم خورشیدی آفگرید چیست و چرا در روزهای بدون آفتاب اهمیت پیدا می‌کند؟

سیستم خورشیدی آفگرید، سیستمی است که هیچ اتصالی به شبکه برق سراسری ندارد و به طور مستقل عمل می‌کند. این سیستم می‌تواند تمام نیاز مصرفی را از طریق تولید خورشیدی و انرژی ذخیره‌شده تأمین کند. در چنین ساختاری، وابستگی صرف به نور مستقیم خورشید محدودیت‌هایی ایجاد می‌کند، به ویژه در روزهای ابری، مه‌آلود یا بارانی که شدت تابش نور کاهش می‌یابد.

در چنین شرایطی، باتری خورشیدی نقش بسیار حیاتی ایفا می‌کند و باید بر اساس نیازهای سیستم آفگرید انتخاب شود. طراحی بهینه این سیستم مستلزم تعیین دقیق ظرفیت باتری، توان تولید پنل‌ها، نوع کنترلر شارژ و ظرفیت اینورتر است تا بتواند کاهش توان تولید در روزهای ابری را جبران کند. اگر انتخاب باتری به درستی انجام نشود، سیستم در حفظ تأمین برق در شب‌ها یا روزهای کم‌نور دچار مشکل خواهد شد. به همین دلیل، در فرآیند خرید تجهیزات خورشیدی، توجه به باتری درست به اندازه خود پنل مهم و ضروری است.

باتری خورشیدی چیست و چه نقشی در سیستم آفگرید دارد؟

باتری خورشیدی مهم‌ترین بخش در سیستم‌های خورشیدی مستقل از شبکه محسوب می‌شود. این باتری‌ها انرژی تولیدشده در ساعات پرتابش را ذخیره کرده و در ساعات بدون نور خورشید، در اختیار مصرف‌کننده قرار می‌دهند. در واقع، در یک سیستم خورشیدی آفگرید، این باتری است که امکان مصرف برق در شب، هوای ابری، زمان‌های بارندگی یا روزهای کوتاه زمستانی را فراهم می‌کند.

باتری خورشیدی برخلاف باتری‌های معمولی، قابلیت تخلیه عمیق، دوام بالاتر، تعداد سیکل بیشتر و پایداری در برابر تغییرات دمایی را دارد. بسیاری از کاربران هنگام خرید باتری خورشیدی به ظرفیت اسمی آن توجه می‌کنند؛ در حالی که ماهیت فنی باتری، نوع تکنولوژی به‌کاررفته، عمق دشارژ مجاز و سرعت شارژ نیز اهمیت حیاتی دارد.

عملکرد سیستم خورشیدی در روزهای ابری: چگونه انرژی تأمین می‌شود؟

در روزهای ابری، برخلاف تصور عمومی که پنل‌ها هیچ خروجی ندارند، پنل‌های خورشیدی حتی در شرایط کاملا ابری نیز می‌توانند مقداری قابل توجهی انرژی تولید کنند. البته این میزان معمولاً کمتر از روزهای آفتابی است، اما سیستم‌های آفگرید با اتکا به سه عامل اصلی، قادر به حفظ پایداری و تأمین انرژی می‌باشند:

۱_کاهش‌ توان تولید پنل‌های خورشیدی

وقتی آسمان ابری است، نور خورشید دیگر به‌صورت مستقیم به پنل خورشیدی نمی‌تابد و در این شرایط، تابش پراکنده (Diffuse Light) منبع تولید انرژی می‌شود. اگرچه این تابش کمتر است، اما بسته به میزان ابر، پنل‌ها می‌توانند بین ۱۰ تا ۵۰ درصد توان نامی خود را تولید کنند. این مقدار انرژی هرچند کمتر است، اما همچنان به شارژ تدریجی باتری‌ها کمک می‌کند. در این حالت، کنترلر شارژ با تنظیم دقیق ولتاژ و جریان ورودی، از باتری محافظت کرده و اجازه می‌دهد انرژی به‌صورت پایدار وارد ذخیره‌ساز شود.

۲_استفاده از انرژی ذخیره‌شده در باتری

در روزهای ابری، بخش عمده مصرف از طریق باتری خورشیدی تأمین می‌شود. این دقیقا همان نقش اصلی باتری در یک سیستم خورشیدی آفگرید است. باتری باید ظرفیت کافی برای تحمل دوره‌های چندروزه کم‌نوری را داشته باشد. اگر در فرآیند خرید باتری خورشیدی فقط ظرفیت ظاهری و قیمت مدنظر قرار گیرد، ممکن است عملکرد سیستم در این دوره‌ها دچار مشکل شود.

۳_مدیریت هوشمند مصرف

سیستم‌های خورشیدی حرفه‌ای معمولا دارای مدیریت بار یا استراتژی مصرف هستند. در روزهای کم‌نور، بارهای غیرضروری حذف یا محدود می‌شوند تا باتری با سرعت کمتری تخلیه شود. این روش یکی از عوامل مهم پایداری سیستم آفگرید در شب و روزهای ابری است.

عملکرد سیستم خورشیدی آفگرید در شب: نقش حیاتی باتری خورشیدی

در هنگام شب، پنل‌های خورشیدی هیچ تولیدی ندارند و تمام نیاز مصرفی باید از طریق باتری خورشیدی تأمین شود. در یک سیستم طراحی‌شده بهینه، ظرفیت باتری باید به‌گونه‌ای باشد که حداقل انرژی مورد نیاز مصرف‌کننده تا صبح روز بعد تأمین شود. عملکرد سیستم در طول شب به چند فاکتور کلیدی بستگی دارد:

۱_ظرفیت واقعی باتری خورشیدی

ظرفیت باتری خورشیدی با واحد آمپرساعت (Ah) یا کیلووات‌ ساعت (kWh) سنجیده می‌شود. اما نکته مهم این است که ظرفیت واقعی، با ظرفیت نوشته‌شده متفاوت است. عمق دشارژ، نوع تکنولوژی باتری، سن باتری و نحوه شارژ‌ شدن، روی ظرفیت واقعی تأثیر دارد.

در سیستم‌های خورشیدی آفگرید معمولا باتری‌ها بین ۳۰ تا ۷۰ درصد از ظرفیت خود تخلیه می‌شوند تا عمر مفیدشان حفظ شود؛ بنابراین هنگام خرید تجهیزات خورشیدی باید توجه داشت که ظرفیت اسمی باتری با ظرفیت قابل استفاده برابر نیست.

۲_راندمان اینورتر خورشیدی

اینورتر در زمان تبدیل برق ذخیره‌شده در باتری به برق AC، بخشی از انرژی را مصرف می‌کند. اگر اینورتر راندمان پایینی داشته باشد، باتری سریع‌تر تخلیه می‌شود. بنابراین انتخاب اینورتر مناسب، یکی از اصول طراحی سیستم آفگرید است.

۳_الگوی مصرف کاربر

مصرف انرژی در شب معمولا شامل روشنایی، شارژ موبایل، تجهیزات الکترونیکی، پمپ‌های کوچک یا

دستگاه‌های کم‌مصرف است. اگر میزان مصرف شبانه بالا باشد، باید ظرفیت باتری و پنل‌ها به‌طور متناسب افزایش یابد تا نیازها تأمین شود. متأسفانه بسیاری از خریداران باتری خورشیدی بدون در نظر گرفتن الگوی مصرف شبانه، ظرفیت لازم را انتخاب نمی‌کنند که این موضوع می‌تواند منجر به نارضایتی از عملکرد سیستم در شب شود.

چرخه شارژ و دشارژ باتری در شب و روزهای ابری

باتری خورشیدی در طول روزهای آفتابی شارژ کامل می‌شود و سپس در شب یا روزهای ابری به‌تدریج تخلیه می‌گردد. از این‌رو، طراحی صحیح چرخه شارژ بسیار مهم است. کنترلر شارژ در سه مرحله باتری را شارژ می‌کند:

• مرحله Bulk: در این مرحله، بیشترین جریان به باتری ارسال می‌شود تا سریع‌تر شارژ گردد. این حالت معمولا در ساعات ابتدایی روز و زمانی که آسمان صاف است رخ می‌دهد.
• مرحله Absorption: در این مرحله، ولتاژ ثابت نگه داشته شده و جریان کاهش می‌یابد تا باتری به‌صورت کامل و ایمن شارژ شود.
• مرحله Float: در این مرحله، تنها جریان بسیار کمی برای حفظ شارژ باتری ارسال می‌شود.

در روزهای ابری یا بارانی، مرحله Bulk طولانی‌تر می‌شود و ممکن است باتری به حالت Float نرسد. در این شرایط، بخش عمده‌ای از انرژی مورد نیاز از طریق باتری تأمین می‌شود و شارژ ناقص باتری ممکن است تا روز بعد ادامه یابد. بنابراین، یکی از اصول مهم طراحی سیستم این است که ظرفیت پنل‌ها باید بیش از مصرف روزانه انتخاب شود تا در روزهای کم‌نور، باتری دچار افت شدید نشود.

اهمیت ظرفیت باتری در پایداری سیستم آفگرید

یکی از مهم‌ترین فاکتورها در مقاومت سیستم آفگرید در برابر روزهای ابری، ظرفیت مناسب باتری خورشیدی است. انتخاب باتری کوچک به‌دلایل اقتصادی، یکی از رایج‌ترین اشتباهات کاربران است. به طور کلی، ظرفیت باتری باید بر اساس دو معیار اساسی انتخاب شود:

تعداد روزهای پشتیبانی (Autonomy Days)

سیستم‌های خورشیدی معمولا به گونه‌ای طراحی می‌شوند که بتوانند بین ۲ تا ۴ روز بدون تابش مناسب خورشید، انرژی لازم را تأمین کنند. در مناطق کوهستانی یا مناطق با زمستان‌های طولانی، این مقدار ممکن است به ۵ یا حتی ۷ روز افزایش یابد.

عمق دشارژ استاندارد

عمق دشارژ (Depth of Discharge) درصدی از کل ظرفیت باتری است که در هر بار استفاده مصرف می‌شود. هر باتری عمق دشارژ قابل تحمل خاصی دارد. هرچه عمق دشارژ بیشتر باشد، تعداد سیکل‌های شارژ و دشارژ که باتری می‌تواند تحمل کند کاهش می‌یابد و در نتیجه عمر مفید باتری کمتر خواهد شد. برای مثال:

• باتری‌های AGM معمولا تا ۵۰٪ دشارژ می‌شوند.
• باتری‌های ژل عملکرد بهتری داشته و عمق دشارژ بیشتری دارند.
• باتری‌های لیتیومی (LiFePO4) تا ۸۰٪ دشارژ قابل استفاده‌اند.

در نتیجه، هنگام خرید باتری خورشیدی باید نوع باتری، عمق تخلیه و تعداد سیکل را ملاک قرار داد؛ نه فقط ظرفیت ظاهری.

تأثیر نوع پنل و موقعیت نصب بر عملکرد در روزهای ابری

اگرچه باتری خورشیدی نقش اصلی را در پایداری سیستم در شب دارد، اما نوع پنل و زاویه نصب نیز مهم است. پنل‌های مونوکریستال معمولا در نور کم عملکرد بهتری نسبت به سیستم‌های پلی‌کریستال دارند. زاویه نصب باید به‌گونه‌ای باشد که بیشترین دریافت نور فراهم شود.

در روزهای ابری، اگر زاویه نصب مناسب نباشد، شدت نور پراکنده کمتر شده و سیستم در همان لحظات محدود تولید نیز بازدهی مطلوب نخواهد داشت. از این جهت، هنگام خرید تجهیزات خورشیدی، توجه به ساختار پنل و شیب نصب، به اندازه انتخاب باتری اهمیت دارد.

چگونه در روزهای ابری مصرف انرژی را مدیریت کنیم؟

در بسیاری از پروژه‌ها مشاهده شده که کاربران بدون توجه به ظرفیت سیستم، در روزهای ابری یا شب هنگام نیز همان مقدار مصرف روزهای آفتابی را ادامه می‌دهند. در صورتی که طرح اولیه سیستم به‌صورت اصولی انجام شده باشد، مدیریت مصرف شامل موارد زیر است:

• استفاده از بارهای ضروری: دستگاه‌هایی مانند یخچال، روشنایی و شارژ تجهیزات ضروری باید در اولویت قرار گیرند.
• حذف بارهای پرمصرف: وسایل پر مصرف مانند پمپ‌های بزرگ، هیتر برقی، کولر گازی و ابزارهای صنعتی نباید در روزهای کم‌نور مورد استفاده قرار گیرند؛ مگر اینکه سیستم ظرفیت بسیار بالایی داشته باشد.
• تقسیم‌بندی مصرف: بهتر است استفاده از دستگاه‌های پرمصرف به ساعات روز (زمانی که پنل حتی مقدار کمی انرژی تولید می‌کند) منتقل شود تا فشار روی باتری‌ها کاهش یابد.

چرا برخی سیستم‌های خورشیدی در روزهای ابری یا شب عملکرد ضعیف دارند؟

عمده مشکلات کاربران به سه دلیل اصلی برمی‌گردد:

• انتخاب اشتباه باتری خورشیدی: خرید باتری ضعیف یا کم‌ظرفیت، مهم‌ترین دلیل عملکرد نامناسب سیستم است.
• استفاده از کنترلر شارژ بی‌کیفیت: کنترلر شارژ نامناسب باعث شارژ ناقص باتری و کاهش طول عمر آن می‌شود.
• طراحی غیرمهندسی سیستم آفگرید: در بسیاری از پروژه‌ها، تعداد پنل‌ها کمتر از مقدار مورد نیاز انتخاب می‌شود. در روزهای ابری، این موضوع بیشتر نمایان می‌شود و باتری‌ها به سرعت تخلیه می‌گردند.

مزایای طراحی اصولی برای عملکرد بهتر در روزهای ابری

یک سیستم خورشیدی آفگرید که به درستی طراحی شده باشد، ویژگی‌های زیر را دارد:

• تولید کافی حتی در شرایط کم‌نور
• ظرفیت ذخیره‌سازی مناسب
• تخلیه کم‌عمق باتری
• عمر بالا
• عملکرد بدون توقف در شب
• پایداری در روزهای متوالی ابری

سیستم‌های اصولی معمولا شامل پنل‌های با ظرفیت حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد بیش از مقدار استاندارد هستند تا در روزهای ابری نیز توانایی شارژ حداقلی باتری فراهم باشد.

جمع‌بندی

در پاسخ به این سؤال که «در روزهای ابری یا شب سیستم خورشیدی چطور کار می‌کند؟» باید گفت که در شب، هیچ تولیدی وجود ندارد و تمام انرژی از باتری خورشیدی تأمین می‌شود؛ در روزهای ابری نیز تولید کاهش‌یافته پنل‌ها همراه با انرژی ذخیره‌شده در باتری، نیاز مصرفی را تأمین می‌کند.

از این‌رو، باتری به عنوان قلب سیستم خورشیدی آفگرید شناخته می‌شود و پایداری کامل سیستم به ظرفیت و کیفیت آن وابسته است. هنگام خرید باتری خورشیدی یا سایر تجهیزات، انتخاب اصولی، محاسبات دقیق و طراحی مهندسی، مهم‌ترین عواملی هستند که باعث عملکرد مطلوب سیستم در شرایط متغیر آب‌وهوایی، به ویژه روزهای ابری می‌شود.