همه چیز دربارۀ باتری خورشیدی ، انواع و کاربردها

باتری خورشیدی و یا با ادبیات صحیح تر، باتری مناسب برای سیستم خورشیدی، بخش مربوط به ذخیره انرژی خورشیدی تولید شده توسط پنل های خورشیدی است که با وجود ثابت نبودن میزان تابش نور خورشید در شبانه روز، با تغییر همراه است. به طور کلی وقتی که انرژی تولیدی توسط یک منبع، به قدر کافی وجود دارد اما در همه زمان ها در دسترس نیست، پای باتری و ذخیره ساز به میان می آید؛ تا انرژی تولید شده را برای زمان هایی که امکان تولید آن وجود ندارد و یا از سطح کمتری برخوردار است، ذخیره نماید.

این حالت در سیستم های تولید برق خورشیدی قطعا بیشتر اتفاق می افتد و دلیل آن تغییر میزان تابش و یا عدم حضور خورشید در زمان های خاصی از شبانه روز است. در نتیجه با کمک باتری خورشیدی، انرژی تولید شده از حالت الکتریکی به شیمیایی تبدیل شده و در باتری به امانت می ماند و زمانی که به آن نیاز باشد دوباره با هیبتی از جنس الکتریسته به میدان می آید.

در مقاله پیش رو ابتدا به بررسی جایگاه باتری خورشیدی در سیستم های انرژی خورشیدی می پردازیم و سپس به مطالعه انواع باتری ها پرداخته تا در نهایت بدانیم کدام نوع باتری برای سیستم های خورشیدی مناسب است. 

ساختمان باتری

باتری ها تشکیل شده از سلول هایی هستند که هر کدام دارای ولتاژ و جریان مخصوص به خود می باشند. با سری و یا موازی ساختن این سلول ها در درون هر باتری، می توان ولتاژ و جریان خروجی باتری را تعیین نمود.

باید در نظر داشت که حد مجازی برای ولتاژ داخلی باتری و تعداد سلول های سری در آن وجود دارد و نمی توان همۀ ولتاژ مورد نیاز را از یک باتری، با سری سازی سلول های درونی تولید کرد و در صورت نیاز باید اقدام به سری نمودن خود باتری ها گردد.

البته که می دانیم سری کردن باتری ها با هم سبب جمع شدن ولتاژ باتری ها در دو سر مدار و موازی ساختن آن ها با هم باعث ثابت ماندن ولتاژ کل و تجمیع جریان می گردد.

ویژگی باتری ها

هر باتری با یک سری ویژگی ها شناخته می شود. به طوری که برای تشخیص این امر که آیا یک باتری برای کار ما مناسب است و یا خیر، باید به این ويژگی ها نظری انداخت. ویژگی های و کاراکترهای تعیین کننده در باتری شامل توان باتری، ولتاژ باتری و میزان شارژ و دشارژ باتری است. در ادامه به بررسی این ویژگی ها می پردازیم.

توان باتری

توان باتری در واقع توان سلول های درون باتری است و البته توان سلول هر باتری را مقدار جریانی که می توان از هر الکترود در آن سلول عبور داد تعیین می نمایند. با سری کردن سلول ها با هم این تنها ولتاژ داخلی باتری است که تجمیع می گردد و جریان عبور از کل مجموعۀ سلول ها برابر است با جریان عبوری از هر سلول.

ولتاژ باتری

پارامتر پراهمیت بعدی ولتاژ باتری است که آن نیز از مجموع ولتاژ سلول های درون باتری به دست می آید. ولتاژ هر سلول به مواد شیمیایی به کار رفته در آن سلول وابسته است و با سری ساختن این سلول ها است که ولتاژ درونی باتری تعیین می گردد. البته همان طور که گفته شد، در نظر داشته باشید که سری کردن سلول ها و بالا بردن سطح ولتاژ داخلی با محدودیت هایی مواجه است و برای رسیدن به سطوح بالاتر باید اقدام به سری ساختن خود باتری ها نمود.

میزان شارژ و دشارژ باتری

میزان شارژ و دشارژ باتری ها نیز در تشخیص کارایی آن ها تعیین کننده است. شارژ به معنای تبدیل انرژی الکتریکی ورودی به انرژی شیمیایی برای ذخیره در باتری است و دشارژ به معنای تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی و خروج انرژی از باتری است.

اینکه یک باتری در چند سیکل بتواند شارژ و دشارژ شود و البته بازدهی حداکثری داشته باشد، امتیاز آن باتری را تعیین می کند. صحیح این است که عمر مفید باتری ها را بسته به تعداد شارژ و دشارژ آن ها و البته سطح شارژ تعیین نمایند.

نقش باتری خورشیدی در یک سیستم انرژی خورشیدی 

باتری خورشیدی در ایران تنها در سیستم های Off Grid و یا جدا از شبکه برق سراسری مورد استفاده قرار می گیرد. از آن جایی که تابش نور خورشید در تمام طول شبانه روز یکسان نیست و ممکن است در ساعاتی که نور خورشید وجود ندارد هم نیاز به برق وجود داشته باشد بحث ذخیره سازی و باتری در سیستم های خورشیدی پررنگ می باشد. اینکه بتوان از باتری استفاده کرد که قابلیت شارژ و دشارژ داشته باشد و با دشارژ کامل از طول عمر آن کاسته نشود، از بحث های پراهمیت در طراحی سیستم های خورشیدی است.

هزینه لازم برای باتری خورشیدی در طراحی یک نیروگاه خورشیدی در حدود 30 درصد از هزینه کل می باشد و این نشان دهنده اهمیت این المان در سیستم خورشید است. اگر بتوان به نحو صحیح و بهینه از باتری خورشیدی استفاده کرد می تواند سبب ایجاد طول عمر بالاتری در باتری شود.

در ادامه به بررسی انواع باتری ها می پردازیم تا با در نظر گرفتن این انواع و ویژگی های لازم برای باتری خورشیدی به انتخاب صحیحی برسیم.

انواع باتری

انواع  باتری ها در یک دسته بندی جامع به دو گروه کلی قابل شارژ و غیرقابل شارژ تقسیم می شود. همان طور که از نام آن برمی آید، باتری های قابل شارژ پس از استفاده و یا دشارژ شدن دوباره قابلیت شارژ دارند. قابلیت شارژ مجدد در باتری های مورد استفاده در سیستم های خورشیدی بسیار پراهیمت است چرا که سیکل شارژ در طول روز و دشارژ در طول شب از بدیهیات این سیستم ها محسوب می شود و باتری خورشیدی که نتواند از این مساله به خوبی پشتیابنی نماید، جایگاهی در این شبکه ندارد.

با توجه به نکته مطرح شده در ادامه لیست انواع باتری های قابل شارژ را در نظر می گیریم و در میان این لیست، باتری مورد نظر برای سیستم خورشیدی که بتوان از آن به عنوان باتری خورشیدی استفاده نمود را به طور دقیق تر بررسی می نماییم.

انواع باتری های قابل شارژ شامل:

• lead-acid Battery
• lithium-ion Battery
• nickel-cadmium Battery
• nickel metal hydride battery
• nickel-iron Battery
• nickel-zinc Battery
• sodium-ion Battery

از کدام نوع باتری به عنوان باتری خورشیدی استفاده کنیم؟

در میان باتری های بالا در سیستم های خورشیدی بیشتر اقبال بیشتری نسبت به باتری های Lead Acid و یا سربی اسیدی به دلیل قیمت مناسب تر وجود دارد. پس از باتری های سربی اسیدی باتری های لیتیوم یون و نیکل کادمیوم هستند که از آن ها در جایگاه باتری خورشیدی استفاده می گردد.

اما باتری های سربی اسیدی خود شامل باتری های سربی اسیدی تر و خشک می باشند. باتری های خشک VRLA  و SLA با وجود قیمت بالاتری که نسبت به باتری نوع تر FLA دارند، اما به خاطر هزینه تعمیر و نگهداری معقول تر و طرفدار بیشتری دارند.

در نهایت در میان باتری های سربی اسیدی مناسب ترین گزینه برای سیستم های خورشیدی باتری های AGM  و  Gelمی باشد. تحمل گرمایی نوع Gel و البته تعداد شارژ و دشارژ بیشتر آن، این گزینه را نسبت به AGM محبوب تر می سازد. اما در دماهای پایین با توجه به ایجاد افت ولتاژ نوع AGM کارایی بهتری دارد.

باتری های سربی اسیدی برای کاربردهای گوناگونی ساخته می شوند. باتری‌های Deep Cycle امکان بهره گیری از تمام ظرفیت نامی باتری را بدون ایجاد نقصان در طول عمر آن فراهم می سازد؛ در صورتی که استفاده از تمام ظرفیت باتری برای یک باتری خودرو معمولی باعث کاهش شدید طول عمر آن می شود.

 باتری های Electric Motor توانایی تحمل جریان‌های راه‌اندازی بالای موتورهای الکتریکی را دارند در حالی که چنین جریان‌هایی به باتری‌های دیگر آسیب می‌زند. انواع HIGH RATE / UPS مناسب برای سیستم‌های برق اضطراری بوده و با توجه به اینکه تعداد شارژ و دشارژ آن ها کم است برای سیستم های خورشیدی مناسب نیستند.

چرا نباید از باتری ماشین در سیستم خورشیدی استفاده کرد؟

برخی افراد ترجیح می دهند برای استفاده از سیستم های خورشیدی کوچک خود به جای صرف هزینه برای باتری خورشیدی مناسب، از باتری ماشین استفاده نمایند و تصور می نمایند که از لحاظ اقتصادی حرکت بهینه ای انجام داده اند. اما واقعیت امر این است که در باتری خورشیدی با توجه به رخداد مکرر دشارژ در طول سیکل های استفاده از سیستم، می بایست از باتری‌های نوع  Deep Cycle استفاده نمود تا امکان بهره گیری از تمام ظرفیت نامی باتری بدون آسیب به طول عمر آن فراهم شود. این درحالی است که اگر چنین استفاده ای از باتری ماشین بنمایید، بعد از مدتی کوتاه باتری شما تضعیف و در نهایت نابود خواهد شد.