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 ۱۲ ولتی می تواند ۲۱ ولت برق در یک صبح آفتابی تولید کند. اما یک باتری ۱۲ ولتی قادر است حداکثر ۱۴.۴ 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 ۱۲ ولتی در هنگام اوج تابش نور خورشید می تواند ولتاژ خروجی ۲۱ ولتی را تولید کند. اما باتری نمی تواند ولتاژ بیشتر از ۱۴ 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.

منبع