به گزارش برق نیوز، انرژی اغلب قایق ها و کشتی هایی که این روزها بر امواج دریاها شناورند، از سوخت های فسیلی که برای محیط زیست نیز مضر هستند، تامین می شود.

اما خوشبختانه، در طی یکی دو سال اخیر، استفاده از گزینه های جایگزین و یا همان سوخت های تجدیدپذیر همچون انرژی خورشیدی مورد توجه کمپانی های بزرگ و کوچک دنیا قرار گرفته است.

و رفته رفته شاهد سلطه قایق ها و کشتی های مجهز به این انرژی پایدار بر دریاها و اقیانوس ها خواهیم بود.

در حال حاضر، مدل های جدیدی از کشتی های مجهز به منبع انرژی خورشیدی، در دست ساخت و توسعه هستند.

ناگفته نماند که چند سال پیش نیز بزرگ ترین کشتی خورشیدی جهان، سفر خود به دور دنیا را با موفقیت به پایان رساند و تمامی علاقه‌مندان را نسبت به آینده این تکنولوژی امیدوار کرد.

حال قصد داریم تا به شش مورد از طرح هایی که هم اکنون در دست ساخت است اشاره کنیم.

کشتی هایی که هر کدام برای اهدافی خاص و متکی به انرژی خورشیدی تولید خواهند شد.

۱٫ Turanor PlanetSolar

این کشتی که به عنوان بزرگ ترین کشتی خورشیدی جهان شناخته می شود، توانست در سال ۲۰۱۲ و طی سفری ۱۸ ماهه، دور کره زمین را بپیماید.

درازای این کشتی ۲۶ میلیون دلاری، به ۳۰ متر و عرض آن نیز به ۱۵ متر می رسد و می تواند تا ۵۰ مسافر را نیز در خود جای دهد.

ناگفته نماند که انرژی حرکتی این کشتی در طی سفر به دور دنیا از طریق پنل های فتوولتائیک به مساحت ۵۳۷ متر مربعی تامین می شود.

۲٫ SeaOrbiter

معماری فرانسوی به نام Jacques Rougerie طراحی این کشتی دریایی عجیب را بر عهده داشته است.

محصولی که به عنوان اولین کشتی عمودی تاریخ بشر شناخته می شود و می تواند برای کاربردهای تحقیقاتی و در ۲۴ ساعت شبانه روز مورد استفاده قرار گیرد.

در این کشتی، چندین کابین ویژه به همراه یک صفحه دامن‌ مانند در زیر آب تعبیه شده است که به محققان و غواصان در مشاهده و شناسایی اکوسیستم اقیانوس کمک می کند.

گفته می شود که هزینه ساخت چنین کشتی قائمی بسیار بالاست و تا به امروز، سرمایه مورد نیاز برای تکمیل فرآیند تولید تامین نشده است.

۳٫ Solar Voyager

اگرچه کشتی های خورشیدی که پیش‌تر به آن ها اشاره کردیم، از بدنه ای غول پیکر و عظیم الجثه برخوردار بودند، اما Solar Voyager، با طراحی جمع و جور و کوچک خود تمامی تصورات در مورد کشتی های خورشیدی را برهم زد.

این کشتی و یا بهتر بگوییم قایق خورشیدی توسط ایساک پنی و کریستوفر سم‌سون طراحی شده و به پنل های متعدد خورشیدی به منظور جذب نور و تامین انرژی مجهز شده است.

این کشتی هم اکنون در حال عبور از اقیانوس اطلس است و گفته می شود که در ماه آینده به کشور پرتغال خواهد رسید.

این کشتی به سیستم ارتباط ماهواره ای مجهز است و هر ۱۵ دقیقه یک بار، اطلاعاتی را برای طراحان خود ارسال می کند تا آن ها را در جریان پیشرفت مسیر خود قرار دهد.

۴٫ Solaris

یکی دیگر از طرح های مفهومی که این روزها مورد توجه علاقه مندان قرار گرفته است، قایق ۳۳ میلیون دلاری Solaris است که قادر است انرژی خود را از طریق منابع تجدیدپذیر متعددی تامین کند.

طول بدنه این قایق برابر با ۴۴ متر عنوان شده و علاوه بر برخوداری از پنل های خورشیدی، به چند توربین بادی نیز مجهز شده است. انرژی تولید شده از این دو منبع، منجر به فعال شدن سیستم الکترولیز این قایق شده، که با شکافتن مولکول های آب، سوخت هیدروژنی تولید می کند.

در کابین پایینی نیز، ۵ اتاق خواب جداگانه تعبیه شده است که می تواند میزبان ۱۰ مسافر باشد.

شنیده ها حاکی از این است که تولید این قایق لوکس در سال ۲۰۲۰ به اتمام خواهد رسید.

دافی لاندن، که به عنوان طراح این قایق شناخته می شود امیدوار است که بتواند با تولید چنین محصولاتی، آینده گردشگری دریایی را با انرژی های پاک و تجدید پذیر گره زد.

۵٫  SoelCat 12

بدنه این کشتی ۱۲ متری از موادی بسیار سبک و با قابلیت ارتجاعی بالا طراحی شده و انرژی آن نیز از طریق ۳۰۹ پنل خورشیدی نصب شده، تامین می شود.

طراحی پل مانند این کشتی به گونه ایست که قادر است در حین استفاده از انرژی خورشیدی، به آرامی از میان امواج عبور کند و سفری فراموش نشدنی را برای مسافران رقم بزند.

همچنین، این کشتی به دو موتور با قدرت ۳۰ کیلووات مجهز شده تا در مواقع لزوم مورد استفاده قرار گیرد.

البته نباید از بدنه مقاوم این کشتی در برابر آب دریا چشم پوشی کرد که می تواند منجر به دوام و افزایش طول عمر بیشتر این کشتی در آب دریاها و اقیانوس ها شود.

۶٫ Helios

و بالاخره، یکی دیگر از طرح هایی که از انرژی خورشیدی بهره می گیرد، قایق Helios نام دارد که بیشتر به یک قایق بادبانی شباهت دارد تا کالایی لوکس و گران قیمت.

همانطور که در تصویر بالا می بینید، این قایق به ۲۵۰۰ پنل خورشیدی مجهز شده است که قادرند ۳۵۵ کیلووات در ساعت انرژی پاک تولید کنند.

این قایق ۵۵ متری از توانایی حمل ۸ خدمه و ۱۰ مسافر برخوردار است.

برای طراحی سیستم خورشیدی ابتدا باید میزان مصرف انرژی وسایل و محاسبات آنها را انجام بدهیم سپس با توجه به نیاز می توانیم وات و تعداد پنل خورشیدی، شارژ کنترلر، باتری خورشیدی، اینورتر، وسایل حفاظتی و کابل ها را مشخص کرد.

اجزای اصلی سیستم خورشیدی عبارتند از:

ماژول PV که نورخورشید رو به برق DC تبدیل می کند.

اینورتر که برق DC تولید شده توسط پنل های خورشیدی را به برق AC مصرفی بارهای AC تبدیل می کند.

شارژ کنترلر که ولتاژ و جریان خروجی از پنل به سمت باتری را تنظیم می کند و  از باتری در مقابل شارژ و دشارژ بیش از حد حفاظت می کند که موجب افزایش طول عمر باتری می شود.

باتری که برای ذخیره انرژی مورد نیاز وسایل برقی در طول شب و در روزهای ابری مورد استفاده قرار می گیرد.

محاسبات سیستم های خورشیدی

گام ۱:تعیین میزان مصرف توان

اولین مرحله در طراحی سیستم فتوولتاییک خورشیدی این است که کل توان و انرژی مصرفی برای تمام بارهایی که نیاز به تغذیه دارند را مشخص کنیم:

۱–۱٫ میزان وات ساعت مصرفی هر وسیله را در طی یک روز محاسبه کنید. سپس مقادیر وات ساعت های مصرفی کلیه وسایل را برای یک روز با هم جمع کنید.

برای مثال ما، وسایل برقی به قرار زیر است (انتخاب وسایل کم مصرف در سیستم خورشیدی دارای اهمیت است):

• یک لامپ فلورسنت ۱۸ وات با ۴ ساعت استفاده در روز
• یک فن ۶۰ واتی با ۲ ساعت استفاده در روز
• یک یخچال ۷۵ واتی با ۲۴ ساعت کار در روز ( که کمپرسور در ۱۲ ساعت کار می کند و در ۱۲ ساعت خاموش)

۲–۱٫ عدد بدست آمده را در ۱٫۳ (بعضا ۱٫۲ رو هم در نظر می گیرن) ضرب کنید تا میزان وات ساعتی که پنل باید در طی یک روز تولید کند بدست بیاید. (ضریب ۱٫۳ میزان تلفات انرژی در سیستم است).

گام ۲: تعیین اندازه ماژول PV

سایزهای مختلف پنل های PV مقادیر متفاوت توان تولید می کنند. هر چه اندازه پنل بزرگتر باشد به همان میزان توان بیشتری تولید خواهد نمود. برای مشخص کردن اندازه ماژول PV، باید ابتدا بیشترین توان تولیدی را بدست آوریم. بیشترین توان تولیدی یا وات پیک( Wp) بستگی به ماژول PV و آب و هوای منطقه مورد نظر دارد. بدین منظور به فاکتوری به نام “پتانسیل تابش” که در هر مکانی متفاوت است نیاز داریم. (برای مشاهده ضریب تابش در نقاط مختلف ایران کلیک کنید).برای تعیین اندازه ماژول به طریق زیر عمل می کنیم:

۱–۲٫ محاسبه وات پیک کل ( Wp Total ): میزان کل وات ساعت هایی که در طول روز نیاز داریم تا توسط ماژول تولید شود ( عدد بدست آمده از قسمت ۲-۱ ) را بر ضریب تابش تقسیم کنید تا وات پیک کلی که توسط پنل ها باید تولید شود بدست آید.

با فرض در نظر گرفت ضریب تابش ۳٫۴ خواهیم داشت:

۲–۲٫ محاسبه تعداد پنل های مورد نیاز برای سیستم: جواب بدست آمده از قسمت ۱ – ۲ را بر توان نامی پنل هایی که در اختیار دارید تقسیم کرده و حاصل بدست آمده را به سمت عدد صحیح بزرگتر گرد کنید. جواب، تعداد پنل هایی که باید استفاده کنید را مشخص می کند.

البته باید توجه داشت که حاصل این محاسبه حداقل پنل هایی که باید استفاده کنیم را مشخص می کند. مسلماً اگر پنل های بیشتری استفاده کنیم عملکرد سیستم بهتر خواهد بود و همچنین طول عمر باطری هم افزایش خواهد یافت.

مشخصات پنل در نظر گرفته شده:
Pm = 110 wp
Vm = 16.7 Vdc
Im = 6.6 a
Voc = 20.7 v
Isc = 7.5 a

بنابراین ۴ پنل ۱۱۰ واتی در نظر گرفته می شود.

گام ۳: انتخاب اینورتر
ابتدا بگذارید از اینجا شروع کنیم که وسایل الکتریکی دو نوع هستند :

وسایل برقی معمولی (مقاومتی ): این نوع وسایل در هنگام راه اندازی جریانی زیادتر از جریان حالت دائم کار خود از مدار نمی کشند. (البته در هنگام راه اندازی کمی زیادتر جریان دریافت می کنند ولی آنقدر زیاد نیست که در محاسبات تاثیر داشته باشد)

وسایل برقی دارای موتور: این وسایل در هنگام راه اندازی یک جریان راه انداز دارند یعنی جریان هنگام راه اندازی چند برابر جریان حالت دائم کار آنهاست.

پس در انتخاب اینورتر باید به این نکته توجه کرد که وسایل ما از کدام نوع هستند. اگر وسایل برقی موتوری را می خواهیم با اینورتر راه اندازی کنیم توان راه اندازی اینورتر باید حداقل هشت برابر توان وسیله موتوری باشد تا بتواند جریان گذرا یا جریان راه اندازی موتور را تامین کند. البته راه دیگر این است که بجای چند برابر کردن توان اینورتر می توانیم از سافت استارتر استفاده کنیم .

نکته: سافت استارتر وسیله ای است برای راه اندازی آرام موتور است یعنی جریان راه اندازی را در موتور کاهش می دهد. که این عامل علاوه بر کاهش تنش های میکانیکی موتور، تنش های الکتریکی را نیز کاهش می دهد و باعث افزایش طول عمر موتور می شود.

ما فرض می گیریم که سافت استارتر برای راه اندازی موتور یخچال داریم.

نکته: توان واقعی یا توان دائم کار همانطور که از نامش معلوم است به توانی می گویند که اگر ما آن توان را برای ساعت ها از وسیله دریافت کنیم هیچ گونه افت توان، داغ شدگی یا خاموشی دستگاه را شاهد نباشیم.

در صورت نیاز به خروجی AC بایستی از یک اینورتر استفاده کنیم. نکته بسیار مهم در انتخاب اینورتر این است که ورودی اینورتر به هیچ وجه نبایستی از مجموع توان تمام وسایل برقی کمتر باشد. همچنین ولتاژ نامی اینورتر باید با ولتاژ بانک باتریها  برابر باشد.

برای سیستم های مستقل، اینورتر باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا بتواند تمام وات مصرفی را تأمین نماید. اندازه اینورتر بین ۲۵ تا ۳۰ درصد بزرگتر از مجموع توان تمامی وسایل در نظر گرفته می شود . اگر از موتور یا کمپرسور استفاده نماییم اندازه اینورتر باید حداقل ۳ برابر ظرفیت آنها باشد تا بتواند جریان ضربه را تحمل کند.

برای سیستم های متصل به شبکه، ورودی اینورتر باید با آرایه PV برابر باشد تا عملکرد سیستم ایمن و مؤثر باشد.

یک اینورتر ۲۰۰ واتی در نظر گرفته می شود.

گام ۴: تعیین اندازه باتری

نوع باتری توصیه شده در سیستم های خورشیدی باتریهای دیپ سایکل (باتری با سیکل زیاد) است. در واقع باتری های مورد استفاده در سیستم های PV خورشیدی باید قابلیت این را داشته باشند که تا پایین ترین سطح انرژی دشارژ شده و سپس به سرعت شارژ شوند. (عموماً از باتری های لید اسید خشک استفاده می شود). همچنین ظرفیت آنها به اندازه ای باشد که بتواند وسایل و تجهیزات مورد استفاده را در شب و روزهای ابری به راه بیاندازد.

برای تعیین اندازه باتری به طریق زیر عمل می کنیم:

۱–۴٫ مجموع وات ساعت مصرفی کلیه وسایل را در طول یک روز محاسبه کنید.
۲–۴٫ عدد بدست آمده را بر ۰٫۸۵ تقسیم کنید ( به خاطر تلفات باطری ).
۳–۴٫ حاصل را بر ۰٫۶ تقسیم کنید ( به خاطر عمق دشارژ dod).
۴–۴٫ این عدد را بر ولتاژ نامی باتری تقسیم نمایید.
۵–۴٫ حال این عدد را در تعداد روزهایی که تابش خورشید وجود ندارد یا همان روزهای ابری (یعنی تعداد روزهایی که در واقع پنل ها توانی تولید نمی کنند) که نیاز داریم از سیستم ولتاژ بگیریم؛ ضرب کنید. ( معمولاً بین ۳ تا ۵ روز که بیشتر شرکتها ۲ روز رو با توجه به منطقه در نظر می گیرند)

می توان  ۶ باتری ۱۰۰ آمپری ۱۲ ولت در نظر گرفته شود.

گام ۵: تعیین اندازه شارژ کنترلر خورشیدی

شارژ کنترلر عموماً بر مبنای ظرفیت ولتاژ و جریان ارزیابی می شود . ولتاژ بایستی مطابق با باتری و آرایه PV در نظر گرفته شده و همین طور بتواند جریان آرایه PV را تحمل کند .
برای شارژ کنترلرهای نوع سری ، اندازه کنترلر بستگی به جریان ورودی کل PV که وارد کنترلر می شود و همچنین ساختار پنل PV دارد (سری یا موازی).
به طور استاندارد برای تعیین اندازه شارژ کنترلر جریان مدار کوتاه آرایه PV ( Isc ) را در عدد ۱٫۳ ضرب می کنند.

بنابراین یک شارژ کنترلر ۴۰ یا ۴۵ آمپری ۱۲ ولت را انتخاب می کنیم.

منبع: برق نیوز