در مقاله قبلی دیدیم که قطعی برق برای صنایع ایران دیگر فقط یک مشکل فصلی نیست و به یکی از چالش های جدی و تکرارشونده واحدهای تولیدی تبدیل شده است. اما یک سوال مهم برای مدیران کارخانه ها وجود دارد:
اگر نیروگاه خورشیدی برای تولید برق به نور خورشید نیاز دارد، هنگام قطعی برق چه کمکی به کارخانه می کند؟
پاسخ این سوال در یک کلمه خلاصه می شود: هیبریدی بودن.
نیروگاه خورشیدی هیبریدی با ترکیب پنل های خورشیدی، اینورتر و سیستم ذخیره ساز انرژی، می تواند در زمان وجود برق شبکه انرژی تولید و ذخیره کند و هنگام قطعی، برق بخش های ضروری کارخانه را از طریق باتری تامین کند.
در ادامه بررسی می کنیم که نیروگاه خورشیدی هیبریدی چگونه کار می کند، چه تفاوتی با نیروگاه خورشیدی معمولی دارد و چرا می تواند برای کارخانه هایی که با قطعی برق مواجه هستند، یک راهکار قابل توجه باشد.
نیروگاه خورشیدی معمولی چه تفاوتی با سیستم هیبریدی دارد؟
بسیاری از نیروگاه های خورشیدی که برای کارخانه ها نصب می شوند، از نوع متصل به شبکه یا On Grid هستند. در این سیستم ها، برق تولید شده توسط پنل ها در اختیار مصرف کننده قرار می گیرد و در صورت وجود شرایط مناسب، امکان تبادل برق با شبکه نیز وجود دارد.
اما یک نکته مهم وجود دارد:
نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه به تنهایی نمی تواند هنگام قطع شدن شبکه، برق کارخانه را تامین کند.
این موضوع به دلیل الزامات ایمنی شبکه است. در زمان قطعی برق، اینورترهای متصل به شبکه برای جلوگیری از برق دار شدن ناخواسته شبکه، تولید برق را متوقف می کنند.
اینجاست که سیستم هیبریدی تفاوت خود را نشان می دهد.
در یک نیروگاه خورشیدی هیبریدی، علاوه بر پنل های خورشیدی، یک سیستم ذخیره ساز انرژی یا BESS نیز وجود دارد. انرژی تولید شده توسط پنل ها می تواند در باتری ذخیره شود و در زمان قطعی برق، این انرژی در اختیار بارهای ضروری کارخانه قرار گیرد.
به زبان ساده:
پنل خورشیدی انرژی تولید می کند، باتری آن را ذخیره می کند و اینورتر هیبریدی مدیریت و تامین برق مصرف کننده را بر عهده دارد.
نیروگاه خورشیدی هیبریدی هنگام قطعی برق چگونه کار می کند؟
فرض کنید کارخانه در طول روز در حال فعالیت است و پنل های خورشیدی برق تولید می کنند. این انرژی می تواند برای تامین مصرف جاری کارخانه و شارژ باتری ها مورد استفاده قرار گیرد.
اگر برق شبکه قطع شود، سیستم مدیریت انرژی وارد عمل می شود و بارهای تعریف شده برای حالت اضطراری را از طریق سیستم ذخیره ساز تامین می کند.
در این حالت، بسته به ظرفیت سیستم، کارخانه می تواند برق تجهیزات ضروری خود را برای مدت مشخصی حفظ کند.
برای مثال، می توان بارهای زیر را در مدار پشتیبان قرار داد:
- سیستم های کنترل و اتوماسیون
- سرورها و تجهیزات شبکه
- سیستم های امنیتی و دوربین ها
- روشنایی بخش های ضروری
- تجهیزات حساس الکترونیکی
- برخی ماشین آلات و تجهیزات خط تولید
- تجهیزات سرمایشی یا تهویه ضروری
- پمپ ها و تجهیزات حیاتی
مدت زمان تامین برق به عواملی مانند ظرفیت باتری، توان مصرفی تجهیزات و میزان بار انتخاب شده بستگی دارد.
بنابراین، هدف از طراحی سیستم هیبریدی لزوما این نیست که تمام مصرف کارخانه برای چند ساعت تامین شود. در بسیاری از پروژه ها، تامین برق بخش های حیاتی و جلوگیری از توقف کامل خط تولید، راهکار اقتصادی تر و منطقی تری است.
آیا نیروگاه هیبریدی می تواند کل کارخانه را روشن نگه دارد؟
پاسخ به این سوال به طراحی سیستم بستگی دارد.
از نظر فنی، می توان یک سیستم ذخیره ساز با ظرفیت بالا برای تامین بخش بزرگی از مصرف کارخانه طراحی کرد، اما افزایش ظرفیت باتری و تجهیزات قدرت، هزینه اولیه پروژه را نیز افزایش می دهد.
به همین دلیل، در پروژه های صنعتی معمولا ابتدا مصرف کننده های حیاتی مشخص می شوند.
برای مثال، ممکن است یک کارخانه به جای تامین برق تمام تجهیزات، فقط این بخش ها را در زمان قطعی برق فعال نگه دارد:
خط تولید حیاتی + سیستم کنترل + سرورها + روشنایی + تجهیزات امنیتی
این روش می تواند هزینه سرمایه گذاری را کاهش دهد و در عین حال از خسارت ناشی از خاموشی ناگهانی جلوگیری کند.
در برخی صنایع، توقف چند دقیقه ای خط تولید ممکن است باعث از بین رفتن مواد اولیه، محصول نیمه ساخته یا تنظیمات دستگاه ها شود. بنابراین حتی تامین برق یک بخش محدود از کارخانه نیز می تواند ارزش اقتصادی قابل توجهی داشته باشد.
چه مقدار باتری برای یک کارخانه نیاز است؟
یکی از مهم ترین مراحل طراحی سیستم خورشیدی هیبریدی، تعیین ظرفیت مناسب باتری است.
ظرفیت باتری را نمی توان فقط بر اساس ظرفیت پنل های خورشیدی تعیین کرد. مقدار مورد نیاز به توان مصرفی، مدت زمان پشتیبانی مورد انتظار و نوع تجهیزات بستگی دارد.
برای یک محاسبه ساده می توان از این رابطه استفاده کرد:
ظرفیت مورد نیاز باتری = توان مصرفی بارهای ضروری × مدت زمان پشتیبانی
برای مثال، اگر بارهای ضروری کارخانه در زمان قطعی برق مجموعا 50 کیلووات باشند و هدف تامین برق آنها برای 4 ساعت باشد، انرژی مورد نیاز برابر با:
50 × 4 = 200 کیلووات ساعت
خواهد بود.
البته ظرفیت واقعی باتری باید با در نظر گرفتن عمق دشارژ، راندمان اینورتر، تلفات سیستم، شرایط کاری و حاشیه اطمینان تعیین شود.
به همین دلیل، برای پروژه های صنعتی نمی توان تنها با یک محاسبه ساده ظرفیت نهایی باتری را مشخص کرد و طراحی باید بر اساس الگوی واقعی مصرف کارخانه انجام شود.
چرا باتری LFP برای کاربردهای صنعتی مورد توجه است؟
در سیستم های ذخیره ساز انرژی صنعتی، باتری های LFP یا لیتیوم آهن فسفات به دلیل ویژگی های فنی مناسب، کاربرد گسترده ای پیدا کرده اند.
از مهم ترین مزایای این فناوری می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- طول عمر مناسب
- تعداد بالای سیکل شارژ و دشارژ
- پایداری حرارتی مناسب
- نیاز کمتر به تعمیر و نگهداری نسبت به برخی فناوری های قدیمی
- قابلیت استفاده در سیستم های ذخیره ساز انرژی با ظرفیت بالا
البته انتخاب باتری مناسب فقط به نوع سلول محدود نمی شود. سیستم مدیریت باتری یا BMS، تجهیزات حفاظتی، نحوه نصب، سیستم تهویه و شرایط محیطی نیز در عملکرد و طول عمر سیستم تاثیر مستقیم دارند.
مزایای نیروگاه خورشیدی هیبریدی برای کارخانه ها
استفاده از سیستم هیبریدی فقط برای زمان قطعی برق نیست. این سیستم می تواند در شرایط عادی نیز مزایای مختلفی برای یک واحد صنعتی ایجاد کند.
کاهش وابستگی به شبکه برق
با تولید بخشی از برق مورد نیاز از انرژی خورشیدی، وابستگی کارخانه به شبکه کاهش پیدا می کند.
تامین برق در زمان قطعی
در زمان قطع شبکه، باتری می تواند برق بارهای ضروری را تامین کند و از خاموشی ناگهانی تجهیزات جلوگیری کند.
کاهش خسارت ناشی از توقف تولید
در برخی صنایع، هزینه توقف خط تولید بسیار بیشتر از هزینه برق مصرف شده است. حفظ فعالیت تجهیزات حیاتی می تواند از بخشی از این خسارت جلوگیری کند.
استفاده بهتر از انرژی خورشیدی
انرژی تولید شده در ساعات آفتابی می تواند در باتری ذخیره شود تا در زمان مورد نیاز مورد استفاده قرار گیرد.
مدیریت بهتر مصرف انرژی
سیستم های پیشرفته ذخیره انرژی می توانند به مدیریت زمان مصرف، کنترل بار و استفاده بهینه تر از انرژی کمک کنند.
نیروگاه خورشیدی هیبریدی یا دیزل ژنراتور؟
دیزل ژنراتور سال هاست که به عنوان یکی از راهکارهای تامین برق اضطراری کارخانه ها استفاده می شود. اما سیستم خورشیدی هیبریدی می تواند رویکرد متفاوتی داشته باشد.
در دیزل ژنراتور، برای تولید برق باید سوخت مصرف شود و ژنراتور نیز به تعمیر و نگهداری دوره ای نیاز دارد.
در سیستم خورشیدی هیبریدی، بخش مهمی از انرژی از خورشید تامین می شود و باتری برای ذخیره انرژی و تامین برق در زمان قطعی مورد استفاده قرار می گیرد.
البته این دو سیستم لزوما رقیب یکدیگر نیستند.
در بسیاری از پروژه های صنعتی، ترکیب پنل خورشیدی + باتری + دیزل ژنراتور می تواند راهکار مناسبی باشد. در این مدل، باتری برای قطعی های کوتاه و مدیریت مصرف استفاده می شود و ژنراتور در زمان هایی که قطعی طولانی شده یا ظرفیت باتری کافی نیست، وارد مدار می شود.
سیستم خورشیدی هیبریدی خورشیدی و دیزل چگونه کار می کند؟
در یک سیستم هیبریدی خورشیدی و دیزل، پنل های خورشیدی در طول روز بخشی از بار کارخانه را تامین می کنند و باتری نیز می تواند انرژی اضافی را ذخیره کند.
هنگام قطعی برق، ابتدا از انرژی ذخیره شده در باتری استفاده می شود. اگر قطعی طولانی شود و شارژ باتری کاهش پیدا کند، دیزل ژنراتور می تواند وارد مدار شود.
این مدل برای کارخانه هایی که در حال حاضر ژنراتور دارند و نمی خواهند در مرحله اول پروژه، یک سیستم باتری بسیار بزرگ نصب کنند، می تواند گزینه قابل بررسی باشد.
مزیت مهم این ترکیب، کاهش زمان کارکرد ژنراتور و در نتیجه کاهش مصرف سوخت و هزینه های مربوط به آن است.
آیا نیروگاه خورشیدی هیبریدی از نظر اقتصادی توجیه دارد؟
توجیه اقتصادی یک سیستم هیبریدی برای هر کارخانه متفاوت است و نمی توان برای همه پروژه ها یک عدد ثابت به عنوان دوره بازگشت سرمایه اعلام کرد.
عواملی مانند موارد زیر روی اقتصاد پروژه تاثیر دارند:
- میزان مصرف برق کارخانه
- ساعات فعالیت کارخانه
- تعداد و مدت قطعی های برق
- ظرفیت نیروگاه خورشیدی
- ظرفیت سیستم ذخیره ساز
- قیمت تجهیزات
- تعرفه برق
- میزان خسارت ناشی از توقف تولید
- امکان استفاده از برق ذخیره شده در ساعات مختلف
- هزینه سوخت و نگهداری ژنراتور
بنابراین، برای تصمیم گیری دقیق باید ابتدا الگوی مصرف کارخانه و هزینه واقعی قطعی برق بررسی شود.
در برخی کارخانه ها، ارزش اصلی سیستم هیبریدی نه فقط در کاهش هزینه برق، بلکه در جلوگیری از توقف تولید و خسارت های ناشی از خاموشی است.
جمع بندی
نیروگاه خورشیدی هیبریدی می تواند یکی از راهکارهای موثر برای کاهش اثرات قطعی برق در کارخانه ها باشد. تفاوت اصلی این سیستم با نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه، وجود سیستم ذخیره ساز انرژی و قابلیت تامین برق بارهای مشخص در زمان قطع شبکه است.
در یک طراحی مناسب، پنل های خورشیدی انرژی مورد نیاز را تولید می کنند، باتری آن را ذخیره می کند و اینورتر هیبریدی در زمان مناسب برق مورد نیاز تجهیزات را تامین می کند.
البته قرار نیست هر کارخانه ای با یک سیستم مشخص به طور کامل از شبکه برق مستقل شود. ظرفیت پنل، باتری و اینورتر باید بر اساس مصرف واقعی، تجهیزات حیاتی و مدت زمان پشتیبانی مورد انتظار تعیین شود.
برای کارخانه هایی که قطعی برق باعث توقف خط تولید و خسارت مالی می شود، یک سیستم خورشیدی هیبریدی می تواند از یک منبع برق اضطراری ساده فراتر باشد و به بخشی از استراتژی مدیریت انرژی مجموعه تبدیل شود.
در مقاله بعدی، هزینه، نگهداری و میزان آلایندگی نیروگاه خورشیدی هیبریدی را با دیزل ژنراتور مقایسه می کنیم تا ببینیم برای یک کارخانه، کدام راهکار می تواند انتخاب اقتصادی تری باشد.
سوالات متداول
نیروگاه خورشیدی هیبریدی چیست؟
سیستمی متشکل از پنل خورشیدی، باتری و اینورتر هیبریدی است که می تواند هنگام قطعی برق، برق تجهیزات ضروری را تامین کند.
آیا نیروگاه خورشیدی هنگام قطعی برق کار می کند؟
نیروگاه متصل به شبکه معمولی خیر؛ اما سیستم هیبریدی با استفاده از باتری می تواند در زمان قطعی برق فعال بماند.
آیا می توان کل کارخانه را با آن روشن نگه داشت؟
بله، اما ظرفیت سیستم باید متناسب با مصرف کارخانه طراحی شود. معمولا بارهای حیاتی در اولویت قرار می گیرند.
باتری مورد نیاز کارخانه چطور محاسبه می شود؟
بر اساس میزان مصرف بارهای ضروری و مدت زمان مورد نیاز برای تامین برق.
باتری LFP برای کارخانه مناسب است؟
بله. باتری های LFP به دلیل طول عمر و تعداد سیکل بالای شارژ و دشارژ، گزینه مناسبی برای ذخیره انرژی صنعتی هستند.
آیا می توان سیستم خورشیدی را با دیزل ژنراتور ترکیب کرد؟
بله. ترکیب پنل خورشیدی، باتری و ژنراتور می تواند مصرف سوخت و زمان کارکرد ژنراتور را کاهش دهد.
