نحوه محاسبه توان خروجی پنل های خورشیدی

امروزه با توجه به افزایش نیاز به انرژی و کاهش ذخایر سوخت های فسیلی، نسل بشر به دنبال منابع انرژی جایگزین برای بقای تمدن خود است. از جمله انرژی های تجدیدپذیر جایگزین می توان به انرژی خورشیدی، بادی، هسته ای، زمین گرمایی و بسیاری دیگر از منابع انرژی تجدیدپذیر اشاره کرد.

به عنوان مثال در مورد انرژی خورشیدی، زمین هر روز 173 هزار تراوات انرژی از خورشید دریافت می کند که 10 هزار برابر کل انرژی مصرف شده توسط همه تمدن بشری است. امروزه ما حتی با استفاده از کارآمدترین پنل های خورشیدی نیز در نهایت می توانیم از 46% از انرژی به دست آمده از نور خورشید استفاده کنیم که این میزان در پنل های خورشیدی تجاری به 15% تا 20% می رسد.

به همین دلیل شما باید بدانید که پنل های خورشیدی چه میزان انرژی به شما پس می دهند. هر چه پنل های خورشیدی برق بیشتری از نور جذب شده تولید کنند، بهتر است. این بدان معنی است که پنل های خورشیدی راندمان بالاتری دارند.

حال که متوجه شدید انرژی خروجی پنل های خورشیدی تا چه اندازه مهم است؛ پس بهتر است در مورد نحوه اندازه گیری آن بیشتر بدانید. ما در این مطلب به شما نشان می دهیم که به چه اطلاعاتی برای محاسبه توان خروجی پنل های خورشیدی نیاز دارید و چگونه باید آن را محاسبه کنید.

بیایید در ابتدا از اصول پایه شروع کنیم.

توان خروجی پنل خورشیدی چیست؟

مقدار برقی که یک پنل خورشیدی تولید می کند ضربدر ولتاژ مدار همان چیزی است که به آن توان خروجی پنل خورشیدی می گوییم. این روش اندازه گیری توان خروجی پنل های خورشیدی در واقع به راندمان آنها نیز اشاره دارد.

توان خروجی یک پنل خورشیدی برحسب وات اندازه گیری می شود، و در حالت کلی توان یک سیستم انرژی خورشیدی خانگی بین 225 تا 350 وات است. هر چه توان یک پنل خورشیدی برحسب وات بیشتر باشد؛ می تواند برق بیشتری تولید کند.

حداکثر توان خروجی پنل های خورشیدی به حداکثر خروجی D.C معروف است.

یک پنل خورشیدی چقدر انرژی تولید می کند؟

توان خروجی پنل های خورشیدی برحسب انرژی اندازه گیری می شود. مجموع توان خروجی کل پنل ها با ضرب میزان برق برحسب وات پنل در تعداد کلی پنل های نصب شده به دست می آید.

سیستم های انرژی خورشیدی خانگی در حالت استاندارد معمولاً بین 1.2 تا 3 کیلووات ساعت برق تولید می کنند. البته برخی از خانه ها ممکن است بسته به جاییکه در آن قرار دارند، دارای یک سیستم مستقل 4 کیلووات ساعت باشند.

تمام مناطق به یک اندازه نور خورشید را دریافت نمی کنند. به عنوان مثال در ایالات متحده تعداد روزها و ساعات آفتابی در طول سال در تگزاس و آریزونا بیشتر از سایر مناطق این کشور است. بنابراین کسانیکه در این مناطق زندگی می ‌کنند؛ نور خورشید را برای مدت زمان بیشتری دریافت خواهند کرد و سیستم آنها قادر خواهد بود تا مقدار بیشتری انرژی تولید نماید.

در کل اگر هزینه برق مصرفی شما بالاست؛ یک سیستم 3 کیلووات کل نیازهای شما را تامین می کند. اما در حالت کلی پاسخ به این سوال که یک سیستم انرژی خورشیدی چقدر برق تولید می کند تا اندازه ای پیچیده است. زیرا تولید انرژی توسط یک پنل خورشیدی همیشه یکسان نیست و به عوامل مختلفی بستگی دارد.

نحوه محاسبه توان خروجی پنل خورشیدی

در ابتدا محاسبه اینکه یک سیستم خورشیدی تا چه اندازه می تواند انرژی تولید کند، سخت به نظر می آید. اما آشنایی با اصطلاحات و اصول، این کار را برای شما آسان می کند. اگر با ما همراه باشید و به این اصول اولیه توجه کنید؛ به راحتی می توانید توان خروجی سیستم خورشیدی خود را محاسبه نمایید.

در واقع کافی است توان خروجی سیستم خورشیدی را در ساعات تابش نور خورشید ضرب کنید تا به پاسخ این سوال برسید. به عنوان مثال فرض کنید یک خانه در طول روز 5 ساعت نور خورشید را دریافت می کند. اگر توان خروجی سیستم خورشیدی نصب شده در این خانه 290 وات باشد؛ در این صورت خانه مذکور در طول روز (290×5) یا 1450 وات ساعت (1.45 کیلووات ساعت) برق دریافت می کند.

بنابراین شما می توانید پنل های خورشیدی را با توجه به نیاز خود به انرژی انتخاب کنید. توجه داشته باشید که همه خانه ها به انرژی زیادی نیاز ندارند و آنها هم به یک میزان از نور خورشید بهره مند نمی شوند. برای اینکه بتوانید بهترین سیستم خورشیدی را با توجه به نیازهای خود انتخاب کنید؛ باید بررسی کنید که در منطقه شما در طول سال به طور متوسط چند ساعت در روز هوا آفتابی است و شما به چه میزان انرژی برای تامین نیازهای خود نیاز دارید. سپس با یک ضرب و تقسیم ساده می توانید بهترین سیستم را برای خانه خود انتخاب کنید.

عوامل تاثیرگذار بر توان خروجی پنل های خورشیدی

توان خروجی پنل های خورشیدی تنها به خود آنها بستگی ندارد؛ بلکه به عوامل دیگری نیز وابسته است که از آن جمله می توان به این موارد اشاره کرد: نرخ تابش خورشید، زاویه پنل های خورشیدی، نوع پشت بام و شکل آن، و سایر عوامل ژئوفیزیکی موثر بر خروجی پنل های خورشیدی.

1- طراحی سقف

اگر پنل های خورشیدی را روی سقف پشت بام خود نصب کرده اید؛ شیب و موقعیت سقف بر میزان انرژی دریافت شده توسط پنل های خورشیدی تاثیر می گذارد. از آنجاییکه میزان تابش دریافتی توسط پنل های خورشیدی بر خروجی آنها تاثیر مستقیم دارد؛ بنابراین باید به گونه ای نصب شوند که حداکثر میزان نور خورشید را دریافت کنند.

2- طراحی پنل

در تمام پنل های خورشیدی یک لایه محافظ شیشه ای روی سلول های فتوولتائیک را می پوشاند. نور خورشید از این محافظ عبور می کند و به سلول های PV می رسد. به همین دلیل هر چه نور کمتری توسط این شیشه بازتابانده شود، بهتر است. در ضمن زاویه تابش نور خورشید بر شیشه نیز بر توان تولیدی نهایی آن تاثیر می گذارد.

3- موقعیت پنل ها

باید پنل ها را در جایی نصب کنید که حداکثر میزان نور خورشید را در طول روز دریافت کنند. زاویه نصب پنل ها نیز نقش مهمی در میزان نور دریافتی توسط آنها دارد.

4- سایه

از آنجاییکه پنل های خورشیدی به صورت الکتریکی به هم متصل می شوند؛ لذا یک ناحیه کوچک سایه بر روی پنل ها به وجود می آید که توان خروجی کل سیستم پنل ها را تحت تاثیر قرار می دهد. از اینرو برای به دست آوردن حداکثر خروجی مورد نیاز باید تا حد امکان از ایجاد سایه جلوگیری کنید.

5- دمای محیط

دما تاثیر بسیار زیادی بر توان خروجی پنل های خورشیدی می گذارد. پنل های خورشیدی در دماهای بسیار بالا کارآیی خود را از دست می دهند و توان خروجی آنها کاهش می یابد. اما برخی از پنل ها نیز به گونه ای ساخته شده اند که در دماهای بالا به خوبی کار می کنند.

این پنل ها برای آب و هوای گرم با اقلیم متغیر طراحی شده اند که در این حالت افزایش دما تاثیری بر راندمان پنل های خورشیدی نمی گذارد. به همین دلیل باید پنل های خورشیدی را با توجه به موقعیت آب و هوایی منطقه خود انتخاب کنید تا بیشترین بهره را از آنها ببرید.

ابزارهای محاسبه توان خروجی پنل های خورشیدی

انتخاب ابزارهای مناسب به شما کمک می کند تا توان خروجی پنل های خورشیدی را به راحتی و به صورت دقیق محاسبه کنید. در این صورت راحت تر می توانید خروجی پنل را متوجه شوید و مناسب ترین پنل خورشیدی را براساس آن انتخاب نمایید.

توان خروجی پنل های خورشیدی همیشه ثابت نیست و به میزان تابش نور خورشید و سایر عوامل جغرافیایی محل بستگی دارد. هر منطقه ای در طول روز میزان متفاوتی از نور خورشید را دریافت می کند. در هر حالت مهم این است که پنل های PV بتوانند تحت این شرایط به درستی کار کنند. شما برای اندازه گیری توان خروجی یک سیستم خورشیدی به یک مولتی متر نیاز دارید که بتواند ولتاژ و جریان مدار را اندازه گیری کند.

در ضمن می توانید از دستگاه های جداگانه برای اندازه گیری ولتاژ یا جریان استفاده کنید. به عنوان مثال برای اندازه گیری ولتاژ و جریان مدار می توانید به ترتیب از ولت متر و آمپرمتر کمک بگیرید. سپس با استفاده از قانون اهم می توانید توان خروجی پنل های خورشیدی خود را محاسبه نمایید. براساس قانون اهم، توان خروجی هر مدار با ضرب ولتاژ در جریان به دست می آید.

اما باید توجه داشته باشید که توان خروجی پنل ها به مقاومت بار خارجی متصل شده به پنل ها نیز بستگی دارد؛ زیرا قانون اهم رابطه بین جریان عبوری از یک مقاومت با ولتاژ دو سر آن را توصیف می کند. نمایش گرافیکی ویژگی های جریان- ولتاژ I-V)) یک پنل خورشیدی به ما در درک جزئیات این رابطه کمک می کند.

این نمودار نشان می دهد که توان خروجی در شرایط مدار باز و اتصال کوتاه صفر است. این بدان معنی است که اگر مقاومت بار صفر باشد؛ مدار به صورت اتصال کوتاه کار می کند و توان خروجی پنل صفر می شود. همین اصل در مورد مقاومت بار بی نهایت نیز صدق می کند؛ در این صورت مدار مانند یک مدار باز عمل می کند و در نتیجه توان خروجی پنل صفر است.

با استفاده از قضیه اتلاف توان حداکثر می توان به این نتیجه رسید که زمانی توان خروجی پنل های خورشیدی حداکثر مقدار است که مقاومت بار دقیقاً با مقاومت داخلی آرایه یا پنل یکی باشد. نقطه ای (مقادیر مشخص ولتاژ و جریان در مدار) که در آن پنل های خورشیدی حداکثر توان را تولید می کنند؛ نقطه حداکثر توان یا MPP نام دارد.

چه تعداد پنل خورشیدی برای تامین انرژی مصرفی ماهیانه مورد نیاز است؟

پاسخ این سوال بستگی به مصرف ماهیانه شما دارد. اگر مصرف برق شما زیاد است؛ باید پنل های خورشیدی 300 وات و بالاتر را انتخاب کنید. در هر صورت می توانید پنل های خورشیدی را بسته به نیاز خود انتخاب کنید. در صورتیکه مصرف شما پایین تر است؛ می توانید از پنل هایی با توان 220 تا 280 وات بهره ببرید

حال حتماً با خود فکر می کنید که به چند عدد پنل نیاز دارید. شاید محاسبه تعداد پنل های مورد نیاز، شما را از انتخاب سیستم انرژی خورشیدی پشیمان کند؛ زیرا این کار در ابتدا سخت به نظر می رسد. اما این گونه نیست و در صورتی که اصول اولیه را رعایت کنید؛ به راحتی می توانید تعداد پنل های مورد نیاز خود را محاسبه نمایید.

به طور خاص تمام سیستم های خورشیدی خانگی از چند عدد پنل تشکیل می شوند. به همین دلیل است که ما به مجموعه این پنل ها، سیستم انرژی خورشیدی می گوییم. یک خانه معمولی 3 تا 4 اتاق خوابه به حدود 3 تا 4 کیلووات ساعت انرژی نیاز دارد. برای تولید این حجم از انرژی و بسته به نوع پنل، حدود 10 تا 15 عدد پنل خورشیدی مورد نیاز است.به عنوان مثال اگر مصرف انرژی خانه شما حدود 3.5 کیلووات ساعت است و قصد دارید پنل های 350 واتی را نصب کنید؛ در این صورت به 10 عدد پنل خورشیدی نیاز دارید.

معمولاً پنل های خورشیدی با توان خروجی بالا موجود در بازار توسط شرکت های SunPower و L.G تولید می شوند. پنل های خروجی سری Maxeon 3 و X-Series X22 محصول برند SunPower در یک ساعت می توانند 370 تا 400 وات برق تولید کند. هر چه وات یک پنل خورشیدی بالاتر باشد؛ توان خروجی آن بالاتر است.

همان طور که قبلاً گفتیم یک سیستم انرژی خورشیدی 3 تا 4 کیلوواتی برای یک خانواده 3 تا 5 نفره کافی است. اما یک خانواده 1 تا 2 نفره به یک سیستم 1 تا 2 کیلوواتی نیاز دارد. در حالت کلی یک سیستم 3 کیلوواتی یک سیستم استاندارد به شمار می آید و بیشتر رایج است. پس بیایید در مورد سیستمی که خروجی آن 3 کیلووات ساعت است بیشتر صحبت کنیم.

قیمت یک سیستم 3 کیلوواتی چند است؟

قیمت متوسط یک سیستم خورشیدی به ازای هر وات حدود 2.8 دلار است. این بدان معنی است که قیمت یک سیستم 3 کیلوواتی به طور متوسط 8400 دلار است. در واقع بهتر است بگوییم که هزینه یک سیستم 3 کیلوواتی بسته به محل از 6200 تا 11000 دلار متغیر است. زیرا مکان و سایر عوامل مرتبط نیز می توانند بر قیمت چنین سیستمی تاثیر بگذارند. به عنوان مثال اگر در هنگام نصب سیستم خورشیدی موارد خاصی مدنظر شما باشد؛ قیمت سیستم تان بالاتر خواهد رفت.

یک سیستم 3 کیلوواتی چقدر برق تولید می کند؟

جالب است بدانید که انرژی تولید شده توسط یک سیستم خورشیدی، بیشتر از هر چیزی به میزان نور خورشید بستگی دارد. در ضمن مهم این است که در هنگام نصب سیستم خورشیدی حتماً به نیازهای مصرفی خود توجه کنید؛ شاید به عنوان مثال یک سیستم 3 کیلوواتی برای شما زیاد باشد.

براساس آمارها خانه ها در ایالات متحده به طور متوسط ماهانه حدود 800 کیلووات ساعت انرژی برق مصرف می کنند. با این وجود باز هم عوامل مختلفی در این میان تاثیرگذار هستند؛ به همین دلیل مصرف ماهیانه برق یک خانوار بین 270 تا 1500 کیلووات ساعت متغیر است.

محاسبه توان خروجی عملی و مقایسه آن با توان خروجی اسمی

بسیاری از افراد فکر می کنند که اگر یک پنل خروجی با توان 100 کیلووات خریداری کنند؛ می توانند تا 100 کیلووات برق از آن بگیرند. اما همیشه این طور نیست؛ زیرا توان خروجی اسمی هرگز با توان خروجی عملی یکسان نیست.

همان طور که در اینجا گفتیم توان خروجی پنل های خورشیدی به عوامل مختلفی وابسته است؛ به همین دلیل ممکن است کاهش یا افزایش یابد. توان خروجی پنل های خورشیدی در عمل را می توان با اندازه گیری ولتاژ و جریان پنل به صورت مستقیم اندازه گیری کرد.

در ضمن شما می توانید توان خروجی را با ردیابی نقطه حداکثر توان نیز تعیین کنید. در این صورت کافی است یک ردیاب مناسب این کار را بر روی سیستم خود نصب کنید. این دستگاه، نقطه ای که در آن پنل ها حداکثر توان را ارائه می دهند، ردیابی می کند. در این صورت مجموعه ای از داده ها در طول روز در اختیار شما قرار می گیرد. در این حالت می توانید متوجه شوید که آیا توان خروجی پنل خورشیدی در عمل با توان اسمی آن یکی است یا خیر.

نحوه محاسبه راندمان پنل های خورشیدی

راندمان پنل های خورشیدی با تقسیم توان خروجی پنل بر مساحت کل آن به دست می آید. راندمان یک پنل خورشیدی باید در شرایط استاندارد (STC) اندازه گیری شود که عبارت است از دمای سلول 25 درجه سانتیگراد، جرم هوا 1.5 و تابش خورشید 1000 وات بر متر مربع.

راندمان یک پنل خورشیدی برحسب درصد به صورت زیر محاسبه می شود:

راندمان = [ حداکثر توان خروجی/ (مساحت کل پنل × 1000 وات بر متر مربع ] × 100

پنل های خورشیدی که از سلول های پیشرفته تماس با تماس مجدد یا IBC ساخته می شوند؛ جزء کارآمدترین انواع پنل های خورشیدی هستند. سلول های هتروجانکشن (HJT)، نیمه برشی و shingled نیز از نظر کارآمدی در رتبه های بعدی قرار دارند. پنل های خورشیدی 60 سلولی پلی کریستالی پایین ترین راندمان و قیمت را دارند.

در حالت کلی راندمان پنل های خورشیدی به عوامل فعالی چون تابش، دما، نوع سلول و غیره بستگی دارد. راندمان یک پنل خورشیدی بسیار مهم است؛ اما این بدان معنی نیست که یک پنل با راندمان بالاتر لزوماً با کیفیت تر است. در ضمن افزایش مساحت پنل های خورشیدی باعث افزایش راندمان آنها نمی شود. از این رو لازم است قبل از خرید پنل های خورشیدی؛ عملکرد واقعی، قیمت و گارانتی آنها را با هم مقایسه کنید.