امروزه با توجه به رشد جمعیت، محدود بودن سوخت های فسیلی جهت تبدیل به الکتریسیته، و همچنین بعضی از مناطق مثل روستاهای دور افتاده و کم جمعیت که امکان اتصال به شبکه برقی کشور بسیار هزینه بر و مقرون به صرفه نیست، تمایل به استفاده از انرژی های تجدید ناپذیر و کم هزینه تر بسیار بیشتراز قبل شده است؛ یکی از منابعی که در طی بیست و چند سال اخیر استفاده از آن رو به افزایش است انرژی خورشیدی می باشد.

 نقش باتری در سیستم های خورشیدی

همانطور که می دانید انرژی خورشیدی منبعی تجدیدپذیر و بی پایان است که می توان با استفاده از سیستم های خورشیدی آن را به انرژی برق تبدیل کرد. باتری سیستم های خورشیدی مهمترین  قسمت یک سولار سیستمرمی باشد. وظیفه این باتری ها این است که انرژی تولید شده توسط پنل ها را ذخیره کند تا در ساعاتی مانند شب که نور خورشید به سطح پنل ها برخورد نمی کند، سیستم توانایی تامین انرژی الکتریکی مصرفی را بر عهده داشته باشد.

ذخیره انرژی تقریباً در تمامی سیستم های های خورشیدی جدا از شبکه وجود دارد چرا که انرژی خورشیدی به هنگام روز توسط ماژول های خورشیدی به برق تبدیل شده و اکثر مصارف نیز به هنگام شب که خورشید در آسمان نیست وجود دارند بنابراین برق تولیدی به هنگام روز در یک ذخیره کننده بنام باتری خورشیدی ذخیره می شود. باتری ها انرژی الکتریکی را به صورت شیمیایی در خود ذخیره می کنند و در سامانه های فتوولتاییک باتری خورشیدی وظیفه پشتیبانی در طول شب و در روزهای ابری را به عهده دارند، و از آنجا که توان خروجی صفحات فتوولتاییک در طول روز متغییر می باشد، یک باتری ذخیره کننده می تواند یک منبع نسبتا ثابت برای تولید توان باشد تا تغییرات نور تابیده شده به صفحات را جبران کند. مزیت دیگر استفاده از باتری در سیستم های خورشیدی تامین جریان راه اندازی موتور های الکتریکی است؛ از طرف دیگر باتری ها لوازمی با بهره دهی صد در صد نیستند و مقداری از انرژی را به صورت گرما در واکنش های شیمیایی در طول شارژ و دشارژ از دست می دهند؛ برای جبران این انرژی تلف شده، باید راندمان باتری را در طراحی سیستم خورشیدی لحاظ کرد.
در واقع انتخاب باتری از حساسترین انتخاب‌ها برای احداث یک نیروگاه خورشیدی خانگی یا صنعتی آفگرید میباشد، چرا که هم سرمایه زیادی از حجم سرمایه گذاری نیروگاهی را به خود تخصیص میدهد و هم ذخیره کننده انرژی مورد نیاز سرمایه گذار می باشد.

انواع باتری سیستم خورشیدی

باتری های خورشیدی از نظر ساختار که در مصارف خانگی مصرف می شوند معمولا با یکی از سه ترکیب شیمیایی ساخته می شوند:
لید اسید(سرب اسید)
لیتیومی
آب نمک

باتری لید اسید

باتری های اسید سرب اسید یک تکنولوژی تست شده هستند که در سیستم های خارج از شبکه برای دهه ها استفاده شده اند. این باتری ها شامل چند سلول تکی می باشند که هر یک ولتاژ نامی 2 ولت دارد. به هنگام ساخت این سلول ها داخل یک محفظه قرار می‌گیرند و به صورت سری سیم کشی میشود مثلا برای باتری های 12 ولت از 6 سلول استفاده می شود.
از انجا که باتری های لید اسید، یکی از ارزان ترین گزینه های حال حاضر در بازار در حوزه ذخیره انرژی خانگی هستند، برای صاحبان خانه که می خواهند سیستم خارج از شبکه داشته باشند و نیاز به نصب تعداد زیادی ذخیره ساز انرژی دارند، باتری اسید سرب یک گزینه خوب می تواند باشد.

باتری لید اسید با به عبارتی باطری خورشیدی ارزان را می توان به دو دسته تقسیم کرد:

باتری سرب اسید تر (FLA)

باتری سرب اسید خشک (VRLA)

باتری های خشک نیز به دو دسته تقسیم می شوند :
باتری  AGM
باتری ژله ای

اما تفوت باتری ژله ای با باتری "ای جی ام" در تحمل بالای باتری ژله ای و تعداد شارژ و دشارژ کردن آن است؛ اما در دماهای پایین با توجه به اینکه با کاهش دما، افت ولتاژ افزایش پیدا می‌کند باتری  "اس جی ام" بهر است، همچنین یان نکته را در نظر بگیرید که در حال حاضر باتری های اسید سرب ژله‌ ای، با کیفیت ترین و گران ترین نوع باتری های خورشیدی هستند.

باتری لیتیوم یون

 تکنولوژی ذخیره ساز انرژی اکثر خانه های جدید، از چند ترکیب شیمیایی یون لیتیومی استفاده می کند. باتری های لیتیومی سبک تر و جمع و جور تر نسبت به باتری های لید اسید هستند. آنها همچنین بالاتر و طول عمر بالاتر در مقایسه به لید اسیدها هستند.

باتری آب نمک

یک بازیگر جدید در صنعت ذخیره سازهای انرژی خانگی، باتری های آب نمک(سالت واتر)هستند. برخلاف دیگر ذخیره سازهای انرژی خانگی، سالت واترها حاوی فلزات سنگین نیستند، در عوض وابسته به الکترولیت های آب نمک هستند. در حالیکه باتری هایی که از فلزات سنگین استفاده می کنند شامل لید اسید و لیتیومی نیاز به آماده شدن با فرایند خاصی دارند، یک باتری آب نمک، می تواند به آسانی بازیافت شود.

باتری مناسب سیستم خورشیدی

در انتخاب و طراحی باتری برای سیستم خورشیدی باید عوامل زیادی را در نظر داشت و در بعضی مواقع مصالحه انجام داد. بعضی از این عوامل که باید درانتخاب مد نظر داشت به قرار زیر می باشد:

مشخصات الکتریکی : ولتاژ، ظرفیت، نرخ شارژ و دشارژ

کارایی باتری : عمر باتری، DOD باتری، استقلال سیستم

مشخصات فیزیکی : اندازه، وزن، نوع خروجی ها

قیمت، گارانتی مورد نیاز و موجود بودن باتری

نیاز به تعمیر و نگه داری : باتری FLA یا SLA

نصب : مکان، سازه مورد نیاز، شرایط محیط کاری

سیستم های ایمنی و کمکی : Rack سیستم اطفای حریقبرای شارژ باتری در سیستم خورشیدی باید از شارژ کنترلر استفاده کرد. شارژ کنترلر به نوعی محافظ باتری به شمار می آید. اما در بعضی مواقع می توان از شارژ کنترلر برای شارژ باتری استفاده نکرد. مثلاً در سیستم هایی که ظرفیت باتری در مقایسه با جریان تولیدی پنل ها زیاد و مصرف کننده آنها معلوم باشد. هنگامی که میزان جریان خروجی از پنل ها در یک ساعت کمتر از %3 ظرفیت باتری باشد، می توان از شارژ کنترلر استفاده نکرد. در ضمن در صورت استفاده نکردن از شارژ کنترلر باید از دیود مسدود کننده استفاده کرد تا در هنگام شب شارژ باتری وارد پنل نشود. البته بهتر است که همیشه از شارژ کنترلر برای شارژ باتری استفاده شود حتی برای سیستم هایی که نیاز به شارژ کنترلر ندارند.

تفاوت باتری سیستم خورشیدی باتری خودرو

ساختار داخلی باتری خورشیدی با باتری خودرو کاملا متفاوت می باشد. باتری هایی که برای خودرو ها استفاده می شود، برای سیستم های خورشیدی مناسب نمی باشند چرا که صفحات آن نازک بوده و ولتاژ قطع مناسبی را نمی توانند برای سیستم های خورشیدی ایجاد کنند. در مقابل باتری های خورشیدی صفحات ضخیم تری دارند و سیکل های بیشتری را می‌توانند برای شارژ و دشارژ پوشش دهند و مقدار اسید آنها کمتر بوده و کاهش خوردگی و نتیجتاً طول عمر بالاتر را نتیجه می دهد.

توجه : از باتری خودرو به دلیل عمق دشارژ پایین برای سیستم‌های خورشیدی استفاده نکنید چراکه خیلی سریع معیوب شده و در کمتر از چند ماه غیرقابل‌استفاده می‌شود. این باتری‌ها به دلیل قیمت ارزانتر (قیمت باتری خودرو یک پنجم قیمت باتری سولار است) متاسفانه بجای باتری‌های خورشیدی در سیستم‌های خورشیدی به فروش می‌رسند. باتری‌های خورشیدی باید قابلیت دشارژ بالا و سیکل شارژ و دشارژ بالایی داشته باشند که باتری‌های خودرو اینچنین نیستند. باتری‌های خورشیدی می‌توانند تا ۸۰ درصد دشارژ (خالی) شوند، ولی باتری‌های خودرو عموما نباید از ۲۰ درصد بیشتر خالی شوند و هرچقدر بیشتر دشارژ شوند عمر آن‌ها به شدت کاهش می‌یابد لذا باتری خودرو در صورت استفاده در نیروگاه‌های خورشیدی در کمتر از شش ماه معیوب شده و غیرقابل استفاده می‌شوند.

عمر باتری خورشیدی

به هر حال در یک برهه از زمان، از طول عمر مفید سیستم برق خورشیدی، به ناچار باید آنها را تعویض کنید. طبیعی است که کاربر مشتاق است که از بیشترین طول عمر مفید باتری ها سود جوید و به این لحاظ باید از خصوصیات و نقاط قوت و ضعف آن ها آگاه باشد. اصولاً سنجش عمر مفید باتری از دو طریق قابل بررسی است که هر کدام، به ویژگی های متفاوتی از آن مربوط می شوند. عمر چرخه ای که بر حسب تعداد سیکل های صورت پذیرفته تا یک عمق تخلیۀ خاص از باتری سنجیده می شود. ماندگاری با طول عمر کلی که معرف تعداد سال هایی است که در صورت شارژ منظم و به موقع و به شرط عدم استفاده، باتری حالت بهره وری خود را حفظ می نماید.
در واقع هر بار که از بارهای الکتریکی ذخیره شده در یک باتری استفاده کرده و آن را تخلیه و مجدد پر می کنید، باتری را با یک سیکل یا چرخۀ آن مواجه می سازید. در این صورت و با گذشت تعدادی چرخه، ویژگی شیمیایی باتری با وضعیتی روبرو می شود که ادامۀ روال عادی و اولیه، غیر ممکن شده و این همان زمانی است که باتری نیاز به تعویض پیدا می کند.
به این ترتیب عمر چرخه ای، نشان دهندۀ تعداد سیکل ها یا چرخه های مفید و مؤثری است که قبل از تعویض باتری، مثمر ثمر واقع می شوند. این عمر به DODیا عمق تخلیه بستگی داشته و در اکثر موارد، شرکت های سازنده، عمر چرخه ای را به صورت جدول یا نموداری که عمر باتری را بر حسب عمق تخلیه مشخص می سازد، در اختیار مصرف کننده قرار می دهند.
در جدول زیر، برخی از اعداد و ارقامی که در ارتباط با عمر چرخه ای ممکن است با آنها مواجه شوید، داده شده اند.

به طوری که در این جدول مشاهده می کنید، با کاهش عمق تخلیه، طول عمر مفید باتری افزایش می یابد. به این دلیل در موقع طراحی سیستم های برق خورشیدی بهتر است از یک مجموعه یا به اصطلاح بانک باتری با ظرفیت بیشتری سود جست تا باتری های مزبور در موارد نادری با عمق تخلیه های بالاتر، مواجه شوند. توصیه ای که افراد خبرۀ این کار می کنند این است که در موقع انتخاب ظرفیت باتری یا باتری ها بهتر است به طریقی عمل کرد که ظرفیت موجود طوری باشد که در سخت ترین شرایط، باتری ها هیچگاه با تخلیه ای فراتر از ۵۰٪ ظرفیت خود روبرو نگردند.
دومین مزیت گزینش باتری های با ظرفیت های بالاتر قابلیتی است که به ازای آن، سیستم قادر به ارائه توان های افزون تری است. برای مثال اگر در یک شرایط خاص با وضعیتی مواجه گردید که برای چند روز ناچار به مصرف برق بیشتری از آنچه که در طرح اصلی پیش بینی کرده بودید شوید، در این صورت با در نظر گرفتن اندکی ظرفیت بالاتر باتری ها، به هیچ وجه با مسئله ای بنام قطع برق روبه رو نخواهید شد.

نحوه نصب باتری سیستم خورشیدی

نحوه سیم بندی باتری ها در سیستم های خورشیدی با توجه به ولتاژ سیستم و همچنین ولتاژ باتری ها متفاوت است. مثلاً اگر ولتاژ سیستم برابر ۲۴ ولت باشد و ما از باتری های ۱۲ ولتی استفاده کنیم باید دو عدد باتری ۱۲ ولت را با هم سری کنیم تا بتوانیم ولتاژ سیستم را ۲۴ ولت در نظر بگیری.

ساخت باتری خورشیدی با اتصال موازی

حداکثر ظرفیت باتری های موجود در بازار به ۱۵۰ یا حتی در برخی موارد به ۲۰۰ آمپر در ساعت نیز می رسد و با توجه به کاربرد مورد نظر تعدادی از آن ها به منظور افزایش ظرفیت جریان دهی با یکدیگر موازی می شوند. برای مثال در یک سیستم برق خورشیدی ممکن است نیاز به ظرفیتی معادل ۵۰۰ آمپر در ساعت باشد که در این صورت از ۵ یا ۶ باتری ۱۰۰ آمپر در ساعت استفاده می شود که به صورت موازی با یکدیگر قرار می گیریند.
منظور از موازی کردن باتری ها، اتصال تمامی قطب های مثبت و همچنین تمامی قطب های منفی به یکدیگر می باشد که در این فرایند باید به نکاتی مهمی نیز توجه نمود. یک اینکه ظرفیت جریان دهی و ولتاژ باتری های انتخابی با یکدیگر برابر باشند و دوم این که برند، سال و سری ساخت باتری ها با یکدیگر یکی باشند. با رعایت دو نکته گفته شده، مشکلی برای باتری های موازی پیش نمی آید و در صورت عدم رعایت آن ها ممکن است آسیب های جدی به آن ها وارد گردد.

ترکیب و پیکربندی باتری ها

برای ذخیره سازی و نگهداری انرژی الکتریکی دریافتی از خورشید می توان از یک یا تعداد بیشتری باتری استفاده نمود. در این جا هم مشابه پنل های خورشیدی، برای بالا بردن ظرفیت نهایی، باتری های موجود را می توان به صورت موازی به هم متصل نمود و برای اخذ ولتاژهای بالاتر، آن ها را به شکل سری به یکدیگر ارتباط داد. وجه تمایز باتری ها و پنل ها در این است که در مقولۀ پنل ها، برای به دست آوردن آرایۀ لازم می توان از ترکیب های مختلفی از پنل ها سود جست در حالی که برای تأمین مجموعه یا بانک باتری موردنیاز باید از اندازه ها و خصوصیات واحدی سود جست. عدم رعایت این نکته باعث ایجاد وضعیتی می گردد که به تبع آن، تعدادی از باتری ها هیچ وقت رنگ شارژ کامل را به خود ندیده و بارهای دیگر ممکن است تحت تخلیه ی بیش از حد و غیر مجاز واقع شوند. در مجموع، بهره گیری از ظرفیت ها و انواع گوناگون باتری ها در کنار یکدیگر موجب کاهش عمر مفید کلی مجموعه ی آنها می گردد.