صفر تا صد سیستم برق خورشیدی (متصل به شبکه)

طراحی و محاسبه یک سیستم برق خورشیدی 

برای طراحی یک سیستم خورشیدی خانگی که متصل به شبکه الکتریکی است مراحل زیر طی می‌شود:

برآورد مصرف انرژی

برای این مثال، یک منزل مسکونی معمولی با میانگین مصرف انرژی ماهانه ۸۰۰ کیلووات ساعت فرض می‌شود. اولین قدم در فرایند طراحی، تخمین نیاز انرژی منزل مسکونی به شکل زیر است: 

• تقاضای ماهانه مصرف انرژی: ۸۰۰ کیلووات ساعت
• تقاضای انرژی روزانه(Daily Energy Demand): 

۲۶.۶۷ کیلووات ساعت در روز =  ۳۰ روز ÷ ۸۰۰ کیلو‌وات ساعت

تابش خورشید در محل 

انرژی خورشیدی تولید شده به طور قابل توجهی به مکان بستگی دارد، زیرا میزان تابش خورشیدی دریافتی بر اساس منطقه جغرافیایی و زمان سال متفاوت است. برای این مثال، میانگین تابش خورشیدی روزانه(Average Solar Irradiance) تقریباً برابر است با ۵.۵ کیلووات ساعت / متر مربع / روز. 

محاسبه سایز سیستم 

برای تعیین سایز مورد نیاز سیستم برق خورشیدی (Solar System Size) از فرمول زیر استفاده می‌شود:

با فرض اینکه راندمان متوسط سیستم (شامل تلفات در اینورتر، سیم کشی و غیره) حدود ۸۰٪ باشد(Average Efficiency Factor)، محاسبات به شکل زیر است:

تعداد پنل‌های خورشیدی مورد نیاز

با توجه به این‌که هر پنل خورشیدی دارای حداکثر توان خروجی ۳۰۰ وات (۰.۳ کیلووات) است، تعداد پنل‌های مورد نیاز را می‌توان به صورت زیر محاسبه کرد:

بنابراین، ۲۰ پنل هر کدام ۳۰۰ وات برای برآوردن نیاز تولید انرژی سیستم کافی است. 

سایز اینورتر 

سایز اینورتر باید به گونه‌ای باشد که توان خروجی کل پنل‌های خورشیدی را تامین کند. برای این سیستم، کل توان DC از پنل‌ها برابر است با:

برای یک سیستم متصل به شبکه، سایز اینورتر معمولاً باید ۱.۲۵ برابر ظرفیت DC کل باشد تا از عملکرد ایمن در شرایط پیک بار اطمینان حاصل شود. بنابراین، سایز اینورتر برابر خواهد بود:

یک اینورتر ۷.۵ کیلوواتی برای این سیستم مناسب است.

عملکرد و تلفات سیستم 

تلفات یک سیستم خورشیدی معمولی عبارتند از:

• تلفات پنل: ۱۰% (به دلیل سایه، کثیفی و …)
• تلفات اینورتر: ۵%
• تلفات سیم کشی: ۳%

بنابراین، کل راندمان سیستم تقریباً برابر است با:

سیستم با ۸۳.۱ ٪ از ظرفیت اسمی کار می‌کند و کل انرژی خروجی را در صورت لزوم برای عملکرد واقعی تنظیم می‌کند.

محاسبه بازده انرژی 

انرژی تولید شده توسط سیستم را می‌توان به صورت زیر تخمین زد:

 با جایگزینی مقادیر:

بنابراین، این سیستم تقریباً ۹۰۱۰ کیلووات ساعت در سال تولید خواهد کرد. 

تحلیل اقتصادی 

به منظور دستیابی به تحلیل جامع اقتصادی از یک سیستم خورشیدی متصل به شبکه، مراحل زیر طی می‌شود:

هزینه سیستم 

هزینه معمول یک سیستم برق خورشیدی مسکونی در تقریباً ۲.۵ دلار  به ازای هر وات است. برای سیستم ۶.۰۵ کیلووات برابر خواهد بود با: 

مشوق‌ها و تخفیف‌‌ها 

مشوق‌های مختلفی مانند اعتبار سرمایه‌گذاری (ITC) وجود دارد که ۳۰ درصد از  اعتبار مالیاتی  را پوشش می‌دهد. پس از اعمال ITC: 

صرفه‌جویی در انرژی خورشیدی 

با فرض اینکه میانگین هزینه تامین برق از شبکه ۰.۲۰ دلار به ازای هر کیلووات ساعت باشد، صرفه‌جویی سالانه عبارت است از:

دوره بازگشت سرمایه 

دوره بازپرداخت سرمایه به صورت زیر محاسبه می‌شود:

بنابراین، این سیستم در حدود ۵.۹ سال هزینه خود را پرداخت می‌کند و پس از آن خانواده از برق رایگان برخوردار خواهند شد.