راهنمای شارژ پنل های خورشیدی

پنل های خورشیدی از نور خورشید، برق تولید می کنند؛ اما نمی توانند انرژی تولید شده را خود ذخیره نمایند. از آنجاییکه آنها فقط در هنگام تابش خورشید کار می کنند؛ لذا باید انرژی تولید شده را ذخیره کرد. اما سوال این است که در هنگام ذخیره انرژی، چه گزینه ای پیش روی ما قرار دارد. پاسخ روشن است: پنل های خورشیدی باید به باتری ها متصل شوند. تقریباً در هر مورد یک باتری وجود دارد که به پنل خورشیدی متصل می گردد. باتری توسط پنل خورشیدی شارژ می شود و انرژی را تا زمانی که توسط دستگاه های برقی مصرف شوند در خود ذخیره می کند. سیستم های خارج از شبکه یا مستقل نیز کاملا به باتری ها وابسته هستند.

اما مسئله این است که نمی توان پنل های خورشیدی را مستقیماً به باتری متصل کرد. برای انجام این کار به چند دستگاه دیگر نیاز است. اگر پنل ها دارای سیستم کنترل شارژ داخلی نباشند؛ نباید باتری ها را به صورت مستقیم شارژ کنند.

چرا امکان اتصال مستقیم پنل خورشیدی به باتری وجود ندارد؟

پنل های خورشیدی، برق را به هر چیزیکه به آنها متصل باشد انتقال می دهند که باتری نیز یکی از این دستگاه هاست. اما مشکل این است که پنل خورشیدی نمی تواند رویه شارژ باتری را کنترل کند. کل فرآیند شارژ باید کاملاً تحت کنترل باشد تا باتری صدمه نبیند. اگر پنل دارای سیستم کنترل شارژ داخلی نباشد؛ نمی تواند جریان برق ارسالی به باتری را کنترل کند و به همین دلیل ممکن است باتری صدمه ببیند. از این رو ممکن است دو مشکل زیر به وجود بیاید.

شارژ بیش از حد

پنل هایی که مستقیماً به باتری متصل می شوند، برق را با نرخ ثابتی ارسال می کنند. از این رو حتی زمانیکه باتری کاملاً شارژ شده است؛ جریان برق متوقف نمی شود. همین امر ممکن است باعث شارژ بیش از حد باتری و گرم شدن آن گردد. این کار باعث آسیب رساندن به باتری می شود، مایع درون آن را از بین می برد و عمر باتری را کاهش می دهد. اما این مشکل با کمک دستگاه کنترل کننده شارژ قابل حل است.

تغذیه برگشتی

وقتی پنل خورشیدی به اندازه کافی برق ارسال نمی کند، یا به عبارت دیگر نمی تواند به اندازه کافی برق تولید کند؛ برق به صورت برعکس جریان می یابد. جریان برق معکوس باعث تخلیه باتری می شود. به همین دلیل باتری شما در طول شب یا هوای ابری، شارژ خود را از دست می دهد. برخی از سوئیچ ها یا دیودهایی که فقط به یک جریان الکتریکی جهت دار اجازه عبور می دهند، می توانند این مشکل را برطرف کنند.

قوانین فیزیکی پشت آنها

یک پنل خورشیدی 12 ولتی می تواند 21 ولت برق در یک صبح آفتابی تولید کند. اما یک باتری 12 ولتی قادر است حداکثر 14.4 ولت برق را در هنگام شارژ تحمل کند. اگر پنل شما بزرگتر باشد؛ به دلیل وقوع شارژ بیش از حد، باتری را به شدت داغ می کند. برق همیشه از پتانسیل بالاتر به پتانسیل پایین تر جریان می یابد. پنل خورشیدی در صورت فعال بودن (تولید برق) همواره پتانسیل بالاتری دارد. هر چه پنل بزرگتر باشد؛ پتانسیل آن بیشتر است. پتانسیل بالاتر به معنی خطر بیشتر است. حتی زمانیکه باتری به طور کامل شارژ می شود؛ باز پتانسیل پنل خورشیدی بالاتر است. به همین در هنگام شارژ کامل باتری، جریان برق متوقف نمی شود. در این صورت می گوییم باتری دچار مشکل شارژ بیش از حد شده است.

اما زمانی که پنل خورشیدی فعال نباشد پتانسیل آن کاهش می یابد؛ در حالی که ولتاژ باتری همچنان ثابت است. بنابراین جریان برق در جهت معکوس جریان می یابد و در نتیجه باتری تخلیه می شود.

اگر باتری را مستقیم به پنل وصل کنیم چه اتفاقی می افتد؟

در قسمت قبل گفتیم که یک پنل خورشیدی 12 ولتی در هنگام اوج تابش نور خورشید می تواند ولتاژ خروجی 21 ولتی را تولید کند. اما باتری نمی تواند ولتاژ بیشتر از 14 ولت را تحمل نماید. بنابراین ممکن است باتری شما جوش بیاورد. در این صورت مایع باتری خشک می شود و در بدترین حالت غیر قابل تعمیر خواهد شد.

حتی اگر عواقب این کار زیاد نباشد همچنان می تواند به باتری شما آسیب برساند. هر چه باتری تعداد دفعات بیشتری با شارژ و گرمای بیش از حد مواجه شود؛ عمر آن بیشتر کاهش می یابد. در این صورت باتری حتی پس از شارژ کامل، خیلی زود شارژ خود را از دست می دهد. ظرفیت باتری نیز پایین می‌آید؛ زیرا مایع داخل آن کم‌کم خشک می‌شود. این کار حتی باعث نشت مایع از سلول باتری می شود. بهینه سازی بد می تواند منجر به شارژ کم و شارژ بیش از حد باتری شود. کم شارژ شدن باتری نیز به آن آسیب می رساند.

در چه مواردی می توان پنل های خورشیدی را مستقیماً به باتری متصل کرد؟

دلیل اصلی عدم اتصال مستقیم پنل های خورشیدی به باتری، اختلاف زیاد ولتاژ بین آنهاست. ولتاژ خروجی و توان اسمی پنل های خورشیدی معمولاً بسیار بیشتر از یک باتری است. اما اگر پنل خورشیدی دارای توان اسمی پایین باشد؛ اتصال مستقیم آن به باتری مشکلی ایجاد نمی کند. وقتی یک پنل دارای توان اسمی پایین را به باتری متصل می کنیم؛ ولتاژ آن درست بالاتر از ولتاژ باتری تنظیم می شود.

در این صورت احتمال شارژ بیش از حد و گرم شدن بیش از حد باتری به حداقل می رسد و مطمئن هستید که باتری خراب نمی شود. اگر در هر حالت دیگری، ولتاژ خروجی پنل و ولتاژ باتری با هم مطابقت داشته باشند؛ اتصال مستقیم آنها مشکلی ایجاد نمی کند.

با این وجود خطر تغذیه برگشتی کاهش نمی یابد. بنابراین استفاده از سوئیچ ها همیشه بهترین و ایمن ترین راهکار است. در غیر این صورت باید اتصال باتری را در زمان صحیح قطع کنید. از این رو باید بررسی نمایید که آیا باتری کاملاً شارژ شده است یا خیر و در زمانیکه باتری شارژ شد آن را قطع کنید. در ضمن باید هر از گاهی با استفاده از مولتی متر ولتاژها را چک کنید تا از ایمن بودن آنها مطمئن شوید.

برای شارژ پنل های خورشیدی به چه چیزهایی نیاز است؟

دستگاه کنترل کننده شارژ یا شارژ کنترلر

کنترل کننده شارژ دستگاهی است که صرفاً برای محافظت از باتری در برابر شارژ بیش از حد مورد استفاده قرار می گیرد. این دستگاه میزان شارژ کامل باتری را کنترل می کند، و براساس دو فناوری کاملاً متفاوت PWM (مدولاسیون پهنای باند) و MPPT (ردیابی نقطه حداکثر توان) ساخته می شود. MPPT فناوری جدیدی است و سیستم را به مقاومت متغیری متصل می کند که ولتاژ را کنترل می کند. این دستگاه راندمان بالایی دارد و از اتلاف انرژی جلوگیری می کند.

دستگاه کنترل کننده شارژ چگونه کار می کند؟

وقتی جریان برق افزایش می یابد؛ دستگاه خود را با آن تنظیم می کند تا خروجی آن تغییر چندانی نداشته باشد. در ضمن تغییر ولتاژ و جریان را اندازه گیری می کند و اثرات تغییرات آنها را پیش بینی می نماید. به همین دلیل می تواند تغییرات جریان برق را ردیابی و باعث افزایش راندمان کل سیستم شود.

PWM ولتاژ شارژ باتری را در حدود 14.4 ولت نگه می دارد؛ اما MPPT حدود 30 درصد کارآمدتر از PWM است. از طرف دیگر PWM قیمت کمتری دارد.

نگهدارنده باتری

نگهدارنده باتری فقط زمانی شارژ را ارسال می کند که باتری بتواند شارژ را بپذیرد. به همین دلیل احتمال اینکه باتری به دلیل شارژ بیش از حد آسیب ببیند بسیار کاهش می یابد. در صورت استفاده از این دستگاه با رسیدن باتری به حالت شارژ کامل، ارسال جریان برق متوقف می شود. نگهدارنده های باتری برخلاف شارژر باتری، جریان برق را با سرعت کم به باتری ارسال می کنند و آن را در حال کار نگه می دارند.

در ضمن از باتری ها در برابر گرم شدن بیش از حد و افزایش ولتاژ لحظه ای ناشی از شارژ یا استفاده بیش از حد محافظت می کنند. نگهدارنده های باتری، باتری ها را تغذیه می کنند و مانع از تغذیه بیش از حد آنها می شوند. به طور کلی استفاده از باتری در حین شارژ کردن آن توسط یک شارژر معمولی، کار درستی نیست (این کار ممکن است باعث داغ شدن بیش از حد باتری و در نتیجه آسیب دیدگی جدی به ابزارهای متصل به آن شود).

اما در صورت استفاده از نگهدارنده باتری، استفاده از باتری و ابزارهای متصل به آن در حین شارژ کردن آن مشکلی به وجود نمی آورد. نگهدارنده‌ های باتری های خورشیدی به جای شارژ کردن کامل باتری خالی، بیشتر برای حفظ باتری در هنگام رسیدن جریان برق به پیک مناسب هستند. اگر این دستگاه به درستی مورد استفاده قرار بگیرد و به درستی نگهداری شود؛ می تواند طول عمر باتری را بهینه کند و در طول زمان در هزینه های شما صرفه جویی نماید.

نکات مهم در هنگام تنظیم باتری با پنل های خورشیدی

هنگام انتخاب دستگاه کنترل کننده شارژ باید به نکات خاصی توجه کنید. در وهله اول بهتر است ولتاژ قطع پایین (LVD) و ولتاژ اتصال مجدد بار (LRV) باتری را بررسی نمایید. در یک باتری 12 ولتی، به طور کلی LRV بالاتر از LVD است.

دستگاه های کنترل شارژ در دو نوع نمایشگر فقط خواندنی و نمایشگر تعاملی به بازار عرضه می شوند. بهتر است همیشه از دستگاه کنترل ‌کننده شارژ با نمایشگر تعاملی استفاده کنید. نمایشگر فقط خواندنی تنها ارقام ناشی از فعالیت سیستم را به شما نشان می دهد و نمی توانید در آن چیزی را دستکاری کنید. اما در مورد نمایشگر تعاملی می توانید مکانیسم کنترل شارژ، منبع ولتاژ، تندر و سایر ویژگی ها را براساس نیازهای خود برنامه ریزی نمایید.

در ضمن ممکن است بخواهید برخی از جنبه های دیگر سیستم خود را مورد بررسی قرار دهید؛ مثل اتصال کوتاه، کم یا پر بودن باتری و دمای بالا.

دستگاه های کنترل کننده‌ شارژ که در یک محدوده دمایی گسترده کار می کنند معمولاً قیمت بالاتری دارند؛ اما در عوض در تمام طول سال به خوبی کار می کنند. در غیر این صورت ممکن است در یک فصل خاص کارآیی مناسبی نداشته باشند؛ البته این مورد به محل زندگی شما بستگی دارد. اگر در طول سال نوسانات شدید دمایی را تجربه می کنید؛ باید از این دستگاه ها بهره بگیرید.

در ضمن توجه داشته باشید که باید از سیستم بازیابی خودکار بدون فیوز استفاده کنید. در آخر باید به اطلاعات مربوط به گواهینامه های مختلف دستگاه های کنترل کننده شارژ خورشیدی نیز توجه کنید.

شارژر باتری خورشیدی

شارژرهای خورشیدی موجود در بازار می توانند باتری شما را مستقیماً شارژ کنند. به دلیل اینکه آنها قابل حمل هستند؛ لذا در صورت نیاز می توانید آنها را روی پشت بام خود نصب نمایید. شارژرها اندازه های مختلفی دارند و بر این اساس دارای کاربردهای متفاوتی هستند. بیشتر این شارژرها برای شارژ باتری های خورشیدی اتومبیل ها، قایق ها، تلفن ها و لپ تاپ ها مورد استفاده قرار می گیرند.

مزیت اصلی استفاده از شارژر خورشیدی قابل حمل این است که در صورتیکه به اندازه کافی در معرض نور خورشید قرار بگیرد، به خوبی کار می کند. طبق معمول، این شارژرها نیز مانند سایر دستگاه های خورشیدی نمی توانند به صورت 24 ساعته در تمام طول هفته کار کنند. در ضمن آنها قادر به شارژ باتری به سرعت پریز برق نیستند. دستگاه های الکترونیکی کوچک با یک شارژر 5 ولتی به خوبی کار می کنند. اما دستگاه های بزرگتر مانند لپ تاپ ها به یک بسته باتری قابل حمل با توان خروجی 12 تا 24 ولت و یک شارژر باتری مشابه نیاز دارند.

شارژرهای تدریجی خورشیدی، انواع خاصی از شارژرهای خورشیدی هستند که نه تنها باتری را شارژ می کنند بلکه از آن در برابر تغذیه برگشتی نیز محافظت می نمایند (تخلیه خود به خودی را متوقف می کنند). این شارژرها به جای شارژ کردن باتری خالی، عمر باتری را حفظ می کنند.

شارژرهای خورشیدی چگونه کار می کنند؟

شارژرهای خورشیدی متشکل از سلول های خورشیدی هستند که نور خورشید را جذب و آن را به برق تبدیل می کنند. این جریان برق از شارژر به باتری دستگاه شما می رود و آن را شارژ کند. بسیاری از شارژرها نمی توانند مستقیماً برق را به باتری وارد کنند. به همین دلیل معمولاً این دستگاه ها به همراه یک بسته باتری با عمر طولانی عرضه می شوند تا کار ذخیره و انتقال برق را در آنها انجام دهند. همچنین در هنگام شارژ باتری نباید از آن استفاده شود.

این سیستم به باتری امکان می دهد تا در زمان شارژ نشدن (در هنگام شب یا در آب و هوای بد)، برق را به دستگاه های دیگر ارسال کند. برخی از دستگاه‌ ها از برق DC برای شارژ باتری خود استفاده نمی ‌کنند (به طور کلی در فرآیند شارژ از برق DC استفاده می‌ شود). برای شارژ این دستگاه‌ ها باید از یک اینورتر شارژ استفاده کنید تا برق DC را به برق متناوب تغییر دهد.

این امر باعث می شود شارژر خورشیدی کاربرد بیشتری پیدا کند. این شارژرهای خورشیدی کوچک قابل حمل اکثر اوقات دارای پورت های USB هستند. بنابراین می‌توان آنها را مستقیماً به دستگاه‌های کوچکی مانند تلفن ‌های همراه، تبلت، چراغ‌ های USB و سایر دستگاه‌هایی که قابلیت شارژ از طریق USB را دارند متصل کرد. باید توجه داشته باشید که این دستگاه های قابل حمل به اندازه سیستم برق خانگی شما قدرتمند نیستند. موارد کاربرد آنها محدود است. در ضمن شارژ از طریق شارژرهای قابل حمل زمانبر است؛ زیرا روند شارژ آنها بسیار کند است.

باتری ها در اصل چقدر آسیب پذیر هستند؟

باتری ها جزء دستگاه هایی هستند که به تعمیر و نگهداری نیاز دارند. آنها دستگاه های الکتروشیمیایی هستند که باید همواره در بازه های زمانی مشخصی مورد بررسی قرار بگیرند و نیاز به مراقبت مناسب دارند. آنها به عواملی مانند دما، سطح شارژ و محیط حساس هستند.

سعی کنید همیشه از شارژ بیش از حد و گرم شدن بیش از اندازه باتری خودداری کنید. هرگز نباید تمام شارژ باتری خود را خالی نمایید و قبل از شارژ مجدد، آن را کاملاً تخلیه کنید. حتی دمای محیط نیز بر باتری تاثیر می گذارد.

اگر هوای بیرون خیلی گرم باشد؛ احتمال گرم شدن بیش از حد باتری افزایش می یابد. تمام این موارد، عمر باتری شما را کوتاه می کنند. شارژ بیش از حد یا گرم شدن بیش از حد باتری می تواند حتی باعث انفجار آن شود. به همین دلیل برای اینکه طول عمر باتری ها افزایش یابد و به خوبی به شما خدمت رسانی کنند؛ به تعمیر و نگهداری منظم نیاز دارند. انواع مختلف باتری ها با مشکلات متفاوتی روبرو هستند و به روش های مختلف نگهداری نیاز دارند. به همین دلیل برای آشنایی با نحوه نگهداری باتری خورشیدی، باید ابتدا نوع باتری خورشیدی خود را بشناسید.

نتیجه گیری : در این مطلب سعی کردیم مشکلاتی که در صورت اتصال مستقیم باتری به پنل خورشیدی ممکن است به وجود بیایند را مورد بررسی قرار دهیم. در ضمن راهکارهای مقابله با این مشکلات را نیز ذکر کردیم. اتصال مستقیم باتری به پنل خورشیدی به جز در برخی موارد توصیه نمی شود. این کار برای مبتدیان بسیار خطرناک است؛ پس سعی کنید بیشتر مراقب باشید. اگر چه نمی ‌توانید بین پنل خورشیدی و باتری ارتباط مستقیم برقرار کنید اما برخی از دستگاه ‌ها کار را برای شما آسان‌تر می‌کنند؛ پس سعی کنید از آنها کمک بگیرید. از طرفی سعی کنید همیشه در ابتدا نیازهای خود را در زمینه تامین انرژی مورد بررسی قرار دهید و براساس آنها دستگاه یا سیستم خود را تنظیم کنید. انواع شارژرهای خورشیدی با توجه به نیازهای شما در بازار وجود دارند. پس بهتر است قبل از خرید یک شارژر قابل حمل یا دستگاه های دیگر برای سیستم خود، در ابتدا کمی تحقیق کنید.