نحوه انتخاب بهترین سیستم های قدرت هیبریدی

انرژی های تجدیدپذیر در حال تبدیل شدن به محبوبیت بیشتر کشورها برای پذیرش و گنجاندن آن در شبکه برق ملی است. همچنین به طور فزاینده ای یک انتخاب برای جوامع کوچک و برای افراد است. توانایی تولید نیروی خود و زندگی بدون وابستگی به شبکه برق عمومی برای بسیاری انتخاب مناسبی است.

سیستم های قدرت هیبریدی می تواند اشکال مختلف انرژی طبیعی از جمله خورشید، باد و آب را ادغام و جذب کند و همچنین به ژنراتورهای مستقل و شبکه برق عمومی متصل شود. این مقاله نحوه عملکرد این سیستم ها و انتخاب های موجود را توضیح می دهد.

فهرست مندرجات
رشد بازار سیستم های قدرت هیبریدی
مقدمه ای بر سیستم های قدرت هیبریدی
اجزای یک سیستم قدرت هیبریدی
نحوه انتخاب اندازه مناسب سیستم قدرت هیبریدی
افکار نهایی

رشد بازار سیستم های قدرت هیبریدی

سیستم‌های قدرت هیبریدی به طور فزاینده‌ای در سراسر جهان محبوب می‌شوند، برای خانه‌هایی که انعطاف‌پذیری و صرفه‌جویی در هزینه را در استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر برای به حداقل رساندن اتکا به یک شبکه عمومی گران‌تر می‌بینند.

در بسیاری از کشورها، حمایت دولت و مزایای مالیاتی برای خانه‌هایی که از سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر استفاده می‌کنند وجود دارد، و برخی کشورها در صورت وجود، نیروی مازاد را از کاربران بازخرید می‌کنند.

بازار جهانی برای سیستم های قدرت هیبریدی بود 2 میلیارد دلار آمریکا در سال 2022، و پیش بینی می شود رشد بسیار مثبتی داشته باشد نرخ رشد مرکب سالانه 10.4٪ (CAGR)، از 2.4 میلیارد دلار در سال 2023 به حدود 4 میلیارد دلار در سال 2028 خواهد رسید. مناطق اروپا و آسیا و اقیانوسیه بالاترین رشد را نشان می دهند نمودار بالا.

مقدمه ای بر سیستم های قدرت هیبریدی

انرژی را می توان از منابع طبیعی بسیاری تولید کرد و فناوری برای جذب و ادغام آن قدرت در سطح ملی وجود دارد. با این حال، همه این فناوری ها در حال حاضر در مقیاس کوچک در دسترس هستند که می توانند برای مزارع، جوامع کوچک و حتی برای خانه های فردی استفاده شوند.

اکثر مردم با پنل های خورشیدی در خانه ها برای کمک به تولید برق برای خانه آشنا هستند. کسانی که در مزارع زندگی می کنند ممکن است با استفاده از توربین های بادی برای نیرو نیز آشنا باشند. و برخی ممکن است از منابع آب جاری برای تولید برق استفاده کنند. همه اینها ابزار بسیار خوبی برای استفاده از منابع انرژی طبیعی برای تکمیل یا تامین نیازهای برق کامل خانه هستند.

خانه‌هایی که فقط از برق شبکه عمومی استفاده می‌کنند، به‌عنوان «مرتبط با شبکه» یا «روی شبکه» شناخته می‌شوند، در حالی که خانه‌هایی که تمام نیازهای برق خود را خودشان تولید می‌کنند و از شبکه عمومی استفاده نمی‌کنند، «خارج از شبکه» نامیده می‌شوند. مردمی که در مناطق دورافتاده زندگی می کنند، اغلب به طور کامل خارج از شبکه زندگی می کنند، چه از روی ناچاری و چه بر اساس انتخاب.

سیستم های قدرت هیبریدی، مانند سیستم 5-10 کیلووات نشان داده شده در بالا، می توانند برق تولید شده از منابع طبیعی متعدد را یکپارچه کنند. در صورت لزوم می توانند با سایر منابع برق مانند شبکه عمومی و ژنراتورهای سوخت مستقل ترکیب شوند. این سیستم ها بسته به منابع برق موجود می توانند بین حالت های مختلف شبکه جابجا شوند.

سیستم‌های قدرت هیبریدی می‌توانند از یک یا چند وسیله برای جذب انرژی استفاده کنند، گزینه‌هایی که معمولاً پانل‌های فتوولتائیک خورشیدی (PV) و توربین‌های بادی در مقیاس کوچک هستند، اما ممکن است شامل مینی توربین‌های آبی نیز باشند.

برای هر منبع، انرژی به صورت جریان مستقیم (DC) یا به صورت جریان متناوب (AC) گرفته می شود. تنظیم شده و به صورت DC در یک بانک یا آرایه ای از باتری ها ذخیره می شود. این جریان DC سپس به عنوان جریان DC یا با تبدیل به AC با استفاده از یک اینورتر در دسترس خانه قرار می گیرد، که در صورت نیاز می تواند توسط لوازم خانگی استفاده شود.

اجزای یک سیستم قدرت هیبریدی

بیشتر تجاری موجود سیستم های قدرت هیبریدی راه حل های خورشیدی و باد را شامل می شود. آنها معمولاً شامل هیچ راه حل دیگری مانند ژنراتورها، محلول های آبی یا سایر اشکال تأمین انرژی مانند زیست توده نمی شوند. سیستم‌هایی که فقط شامل پانل‌های PV خورشیدی و بدون گزینه‌های توربین بادی هستند، معمولاً به عنوان سیستم‌های هیبریدی «خورشیدی» تبلیغ می‌شوند.

پنل های خورشیدی در طیف وسیعی از اندازه ها و توان های مختلف از حدود 100 وات تا بالاتر از 700 وات در هر پنل تولید می شوند. معمول است که مجموعه ای از پانل ها را در یک سقف، در یک فضای مسطح یا با زاویه ای رو به خورشید بسازید.

توربین‌های بادی در دو نوع اصلی افقی (پروانه‌ای) و نوع عمودی (تخم‌زن) تولید می‌شوند. بسته های سیستم قدرت هیبریدی با هر دو نوع توربین موجود است.

برخی از ارائه دهندگان بسته های خود را از قیمت اولیه و قیمت نهایی بسته به تعداد پنل های خورشیدی، توربین های بادی و قدرت کنترلر و اینورتر قیمت گذاری می کنند.

کنترل کننده قدرت و اینورتر

در قلب سیستم قدرت هیبریدی، کنترلر و اینورتر قرار دارند.

نقش اصلی اینورتر قدرت هیبریدی تبدیل جریان مستقیم (DC) به جریان متناوب (AC) است. شبکه برق عمومی از AC استفاده می کند زیرا این کارآمدترین جریان برای انتقال از راه دور است. منبع برق خانگی نیز مانند اکثر لوازم خانگی AC است.

با این حال، پانل های PV خورشیدی DC ناپایدار تولید می کنند، در حالی که توربین های بادی و آبی برق متناوب ناپایدار تولید می کنند. باتری های ذخیره سازی از DC به عنوان کارآمدترین راه برای نگه داشتن جریان استفاده می کنند. بنابراین سیستم باید بتواند هر توان دریافتی را تثبیت کند و آن را برای ذخیره به جریان DC تبدیل کند. این کار این است کنترل کننده قدرت هیبریدی.

توان تثبیت کننده و تبدیل را می توان با یک کنترل کننده جداگانه مدیریت کرد، مانند نمودار خارج از شبکه تامین کننده فوق. سیستم هیبریدی بادی و خورشیدی، یک کنترل کننده هیبریدی باد/خورشید را نشان می دهد که به باتری تغذیه می کند. سپس انرژی ذخیره شده باتری توسط اینورتر که لوازم خانگی را تغذیه می کند به AC تبدیل می شود.

با این حال، برخی از اینورترهای مدرن هم به عنوان یک کنترل کننده و هم به عنوان یک اینورتر عمل می کنند و همچنین می توانند عملکرد مدیریت پیشرفته ای مانند گزارش داده های ابری و رایانه ای را ارائه دهند.

در نمودار بالا از یک سیستم قدرت هیبریدی، تمام منبع تغذیه به طور مستقیم به اینورتر متصل می شود، از جمله از منابع تجدید پذیر (نیروی سبز)، شبکه عمومی و ژنراتور خانگی. را اینورتر قدرت هیبریدی جریان را از تمام منابع مختلف تنظیم می کند، آن را ذخیره می کند و در صورت نیاز برای تامین خانه به آن دسترسی پیدا می کند.

اینورترهای هوشمند مدرن مدیریت توان انعطاف پذیری را برای موارد زیر ارائه می دهند:

• کنترل شارژ انرژی تجدیدپذیر،
• ذخیره انرژی در یک آرایه باتری،
• نظارت و گزارش در مورد سطوح شارژ باتری،
• تغییر استفاده بین شبکه خدمات عمومی و باتری ها،
• تبدیل جریان DC ذخیره شده به جریان AC،
• تامین برق برای کاربردهای خانگی،
• برق مازاد را به شبکه برق عمومی برگرداند
• داده های بلادرنگ را به ابر و رایانه های محلی ارائه دهید.

اینورترهای موج سینوسی خالص یک جریان AC بسیار تثبیت شده تولید می کنند که با جریان شبکه برق عمومی مطابقت دارد. این برای ارائه یک برق تمیز و قابل اعتماد با کیفیت بالا به لوازم خانگی، که بسیاری از آنها حاوی لوازم الکترونیکی حساس هستند، ضروری است.

آرایه های باتری لیتیوم یونی

هر انرژی که جذب شود، باید برای استفاده در صورت لزوم ذخیره شود. این کار با آرایه یا بانکی از باتری های لیتیوم یونی انجام می شود. ذخیره‌سازی باتری به اشکال مختلفی وجود دارد، از باتری‌های بسیار ابتدایی که با کابل به هم متصل شده‌اند تا کابینت‌های تمیز مدرن که در خانه ظاهری نامرتب دارند و همچنین امکان نظارت از راه دور را فراهم می‌کنند.

مقدار ذخیره باتری مورد نیاز به نیاز مصرف برق خانگی کاربر و اینکه کاربر تا چه حد می خواهد مستقل از شبکه محلی باقی بماند بستگی دارد. هرچه توان بیشتری ذخیره شود، برق بیشتری برای استفاده خارج از شبکه در دسترس است.

این باتری انباشته و آرایه اینورتر ظاهر کابینت تمیزی دارد که آن را برای داخل خانه مناسب می کند. در چندین لایه باتری 5 کیلوواتی قابل انباشته شدن و تنظیم است و به عنوان یک سیستم همه کاره همراه با یک اینورتر و یک لایه کنترل کننده عرضه می شود. با چهار لایه باتری می تواند 20 کیلووات برق در ساعت به خانه برساند. عملکرد و سطح باتری را می توان از طریق نمایشگرهای LED و همچنین به صورت آنلاین از طریق ابر و رایانه کنترل کرد. قیمت از حدود 749 دلار آمریکا شروع می شود و به تعداد لایه های باتری سفارش داده شده بستگی دارد.

نحوه انتخاب سیستم قدرت هیبریدی مناسب

انتخاب های جذب انرژی های تجدیدپذیر

هنگام انتخاب یک سیستم قدرت هیبریدی، اولین تصمیم باید این باشد که کدام نوع از انرژی های تجدیدپذیر در نظر گرفته شده برای نصب، با کامل ترین سیستم ها از جمله باد و خورشید، و اینکه آیا سیستم خارج از شبکه باشد یا هیبریدی.

سیستم های زیادی وجود دارد که گزینه هایی از توربین بادی و پنل های خورشیدی را ارائه می دهند. رتبه قدرت (بر حسب کیلووات) را که سیستم برای تولید مشخص شده است، هم برای اجزای باد و هم برای پنل های خورشیدی بررسی کنید.

اگر برق آبی یا یک ژنراتور محلی نیز مورد نیاز است، خریدار باید هرگونه مشکل در ارتباط با تامین کننده را بررسی کند. اگر قرار است سیستم به شبکه برق عمومی وصل شود، خریدار باید روشن باشد که آیا برق عمدتاً از انرژی‌های تجدیدپذیر تأمین می‌شود یا عمدتاً از شبکه عمومی، و چگونه سیستم بین این دو جابجا می‌شود.

ظرفیت اینورتر

تصمیم در مورد یک اینورتر بر اساس میزان توانی که خانه در هر زمان از آن استفاده می کند تعیین می شود.

خریدار باید حداکثر تقاضای انرژی همزمان مورد انتظار را محاسبه کند، و اینکه چه مقدار برق احتمالاً به صورت ساعتی مورد نیاز است. به عنوان مثال، چند دستگاه مختلف به طور همزمان اجرا خواهند شد و کدام لوازم خانگی خواهند بود؟

آشپزی نمونه ای از تقاضای بالا است زیرا اکثر لوازم آشپزخانه به طور همزمان استفاده می شوند و می توانند به طور جداگانه تا 3 کیلو وات کاهش دهند. اینورتر باید ظرفیت کافی کیلووات در ساعت (Kwh) را برای رفع شدیدترین نیازها داشته باشد، در غیر این صورت ممکن است اینورتر بیش از حد بارگذاری شود.

کنترلر، ذخیره انرژی و آرایه باتری

تصمیم گیری در مورد ظرفیت کنترلر و باتری بر اساس میزان توانی که قرار است جمع آوری و ذخیره شود تعیین می شود. خریدار باید محاسبه کند که چه مقدار ذخیره باتری به صورت روزانه مورد نیاز است و تخمین بزند که کجا (و چه زمانی) این نیرو تولید می شود.

به عنوان مثال، اگر از توربین‌های بادی استفاده شود، مقدار احتمالی برق تولید شده در طول روز در یک روز متوسط ​​بادی چقدر است؟ پنل های PV خورشیدی چه مقدار از نور خورشید را می توانند جذب کنند و در چه ساعاتی از نور روز؟ اگر قرار است از شبکه خدمات عمومی استفاده شود، آیا در ساعات مشخصی مانند خاموشی خواهد بود؟

انتخاب کنترل کننده باید برای منابع مختلف انرژی کافی باشد، و ظرفیت باتری باید برای تمام نیازهای احتمالی در طول روز کافی باشد، با در نظر گرفتن زمان احتمالی شارژ باتری.

کمک تامین کننده

تامین‌کننده شما باید بتواند در محاسبات کمک کند و ممکن است صفحه‌گسترده‌ای را ارائه دهد تا به شما کمک کند نیازهای روزانه را تخمین بزنید، از جمله پیک‌ها برای جذب انرژی و همچنین اوج مصرف انرژی.

معمولاً برنامه ریزی مصرف بر حسب کیلووات بر اساس استفاده روزانه و همزمان محاسبه می شود. صورت‌حساب‌های ماهانه آب و برق شما، که به مقدار روزانه تقسیم می‌شوند، می‌توانند میانگین مصرف کلی و در نتیجه فضای ذخیره‌سازی کلی مورد نیاز را ارائه دهند.

با این حال، شما باید به دنبال اوج استفاده نیز باشید. زمان صرف غذا یک اوج معمول است و چندین وسیله پرکاربرد نیاز به برق بالایی دارند. اجاق‌ها، مایکروویوها، کتری‌های برقی، سرخ کن‌ها و توسترها همگی نمونه‌هایی هستند که می‌توانند بین 1 تا 4 کیلووات استفاده کنند، بنابراین وقتی همه با هم جمع شوند، احتمال کاهش توان همزمان را فراهم می‌کنند. همچنین به یاد داشته باشید که ممکن است همزمان از وسایل دیگر نیز استفاده شود. گرمایش خانه، گرمایش آب، تقویت کننده های برق، تلویزیون و وای فای خانگی، و شارژ ماشین برقی. همه اینها از قدرت نیز استفاده می کنند.

توان مازاد و بازخورد شبکه

اگر مدل هزینه تولید مازاد عرضه است که می تواند به شبکه برق عمومی بازگردانده شود، تخمین باید شامل آن مازاد باشد، زیرا ممکن است به توربین های بادی یا پانل های خورشیدی اضافی نیاز داشته باشد.

هنگام نصب یک سیستم قدرت هیبریدی، مهم است که به خاطر داشته باشید که قبل از صرفه جویی در هزینه، هزینه اولیه زیادی وجود دارد. توربین ها و پانل های PV، کنترل کننده و اینورتر و آرایه باتری می توانند گران باشند، به علاوه هزینه های نصب و مقدار اضافی برای تعمیر و نگهداری دوره ای.

بازگشت سرمایه ممکن است سال ها طول بکشد، نه ماه ها، بنابراین سیستم مورد نظر نه تنها باید با بودجه مطابقت داشته باشد، بلکه هزینه های جاری را نیز در نظر بگیرد.

افکار نهایی

در دسترس بودن سیستم های قدرت هیبریدی در مقیاس کوچک به بازار مسکونی اجازه می دهد تا بهترین استفاده را از منابع مختلف انرژی تجدیدپذیر، همراه با شبکه برق عمومی داشته باشد. سیستم‌های معمولی دارای توربین‌های بادی عمودی یا افقی هستند که برای استفاده خانگی مناسب هستند. این سیستم‌ها همچنین با پانل‌های PV خورشیدی بسته‌بندی می‌شوند که می‌توانند به راحتی روی سقف قرار گیرند.

انتخاب گسترده ای از سیستم های قدرت هیبریدی موجود است که شامل اجزای اصلی کنترل کننده های قدرت هیبریدی، اینورترها، آرایه های باتری ذخیره سازی و نرم افزار نظارت هوشمند می شود. خریدار باید در مورد نیازهای برق، مقدار مورد نیاز برای تولید و مقدار مورد نیاز برای استفاده در خانه در هر زمان مشخص باشد.

سیستم‌های قدرت هیبریدی نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه در تجهیزات و نصب دارند و خریدار باید بداند که ROI احتمالاً در یک دوره طولانی پخش می‌شود. تامین کننده باید بتواند در محاسبات برای تعیین اندازه صحیح سیستم کمک کند و طیف وسیعی از انتخاب ها را می توان در نمایشگاه آنلاین در نشانی Chovm.com.