محاسبه ظرفیت باتری

محاسبه ظرفیت باتری

اگر انرژی به‌دست‌آمده از منابع تجدیدپذیری مانند انرژی باد و خورشید را برای استفاده‌های بعدی ذخیره نکنیم، این منابع چندان کارآمد نخواهند بود. این ذخیره‌سازی با استفاده از باتری‌های ذخیره‌سازی دیپ سایکل یا چرخه عمیق (Deep-cycle) مانند باتری‌های سرب-اسید، لیتیوم-یون و غیره انجام می‌شود. یادآوری این نکته ضروری است که باتری فقط برق DC را ذخیره می‌کند.

در این مطلب، نحوه یافتن اندازه مناسب ظرفیت باتری برحسب آمپر-ساعت (Ah) و همچنین تعداد باتری مورد نیاز را با توجه به نیاز بیان خواهیم کرد. به خاطر داشته باشید که ظرفیت باتری‌ها همیشه برحسب Ah بیان می‌شود.
برای محاسبه اندازه دقیق ظرفیت باتری، کافی است مراحل ساده زیر را دنبال کنیم:

گام 1 – محاسبه مصرف انرژی

اول از همه، باید مقدار توان مصرفی کل بارها را برحسب وات محاسبه کنیم که برای استفاده از انرژی ذخیره‌شده در باتری‌ها لازم است. اگر باتری برای استفاده در جایی مثل خانه باشد، می‌توان به راحتی داده‌های مصرف برق سالانه را از کنتور یا قبض برق دریافت کرد. در غیر این صورت، باید توان مصرفی تمام وسایل مورد نیاز را جمع و نتیجه را محاسبه کنیم.

برای مثال، جدول زیر توان مصرفی لوازم خانگی مختلف را نشان می‌دهد. در مثالی که آورده‌ایم، کل بار مورد نیاز 900 وات است.

گام 2 – تعیین تعداد روزهای کار بدون شارژ شدن

در اینجا باید تعداد روزهایی را تعیین کنیم که می‌توانیم از ظرفیت ذخیره‌سازی باتری بدون شارژ کردن آن‌ استفاده کنیم. به عبارت دیگر، تعداد روزهایی را که قابلیت شارژ باتری وجود ندارد (مثلاً در هوای ابری برای منبع خورشیدی)، تعیین کنیم. این تعداد را می‌توان از آخرین داده‌ها از منابع پیش‌بینی آب‌وهوا یا اداره هواشناسی برای میانگین تعداد روزهای آفتابی و تعداد روزهای ابری در مناطق خاص به‌دست آورد.

به خاطر داشته باشید که اگر تعداد روزهای بدون شارژ افزایش یابد، باید باتری‌های بیشتری، حتی منابع برق بیشتری مانند دیزل ژنراتور و غیره اضافه کنیم. در مثال ما، تعداد روزهای بدون شارژ‌ 2 روز است.

گام 3 – تعیین ولتاژ DC باتری

در این گام، باید ولتاژ‌ DC سیستم باتری را تعیین کنیم. به طور کلی، سیستم باتری‌ها را می‌توان در ولتاژهای 12 ولت، 24 ولت، 36 ولت، 48 ولت، 72 ولت و غیره تشکیل داد. اگرچه سیستم 12 ولت از بقیه رایج‌تر است، بسته به نیاز پیکربندی سیستم، می‌توانیم از سیستم 24 ولت یا 48 ولت برای سیستم‌های نصب پنل خورشیدی استفاده کنیم. در مثال ما از باتری‌های 12 ولت DC استفاده کرده‌ایم.

گام 4 – تعیین عمق دشارژ

عمق تخلیه یا عمق دشارژ (Depth of Discharge) یا DoD چرخه شارژ و دشارژ باتری، یعنی انتقال انرژی از باتری به بار متصل به آن، است. باتری‌های اسید سرب تَر (FLA)، ژل مهر و موم شده و باتری‌های چرخه عمیق AGM از نظر چرخه شارژ یا همان دیوتی سایکل مشخص می‌شوند.

پارامتر DoD برحسب درصد (%) ظرفیت کل باتری نشان داده می‌شود. هرچه شارژ باتری بیشتر باشد، چرخه‌های کمتری تکمیل خواهد شد. به طور خلاصه، هرچه تخلیه عمیق‌تر باشد، عمر باتری کوتاه‌تر می‌شود. در مثال ما، عمق تخلیه 50٪ است.

گام 5 – مشخص کردن دمای محیط

برخلاف پنل‌های خورشیدی، عملکرد صحیح باتری‌ها نیازمند دمای متعادل و متوسطی است. البته تغییرات دما بر کارایی و عمر باتری‌ها تأثیر می‌گذارد. دمای بالا عمر باتری را کوتاه می‌کند، در حالی که دمای کم ظرفیت کلی بانک باتری را کاهش می‌دهد. در مثال ما، دمای محیط 60 درجه فارنهایت (15.55 درجه سانتی‌گراد) است.

گام 6 – تعداد ساعات پشتیبانی (بکاپ)

در این مرحله باید مقدار ساعاتی را مشخص کنیم که قرار است برق وسایل را با باتری‌های ذخیره‌سازی تأمین کنیم. در مثال ما، تعداد ساعات پشتیبانی 3 است.

بیشتر بخوانید:

4 روش تولید الکتریسیته به وسیله انرژی‌های تجدیدپذیر؛ توربین

نیروگاه مجازی چیست

گام 7 – تعیین ظرفیت بانک باتری

در نهایت، با استفاده از فرمول زیر می‌توانیم اندازه ظرفیت باتری را بر حسب آمپر-ساعت (Ah) محاسبه کنیم:

بر اساس داده‌های مثالی که بیان کردیم، خواهیم داشت:

بازده باتری‌ها عملاً ۱۰۰ درصد نیست و می‌توانیم آن را ۹۰ درصد در نظر بگیریم. بنابراین، اندازه مورد نیاز بانک ظرفیت باتری، در نهایت به‌صورت زیر خواهد بود:

بنابراین، حداقل اندازه ظرفیت بانک باتری که برای تأمین برق یک بار ۹۰۰ وات-ساعت روزانه به مدت ۳ ساعت به آن نیاز داریم، ۱۰۰۰ آمپر-ساعت است.

گام 8 – محاسبه تعداد باتری‌های مورد نیاز

ظرفیت ۱۰۰۰ آمپر-ساعت بسیار بزرگ است و باید با سری و یا موازی کردن چند باتری کوچک‌تر و موجود در بازار به این ظرفیت برسیم. باتری‌های ۱۰۰ آمپر-ساعتی در بازار به‌وفور یافت می‌شوند و به همین دلیل، از آن‌ها استفاده می‌کنیم. تعداد باتری‌هایی که باید تهیه کنیم، از تقسیم ظرفیت نهایی کل به ظرفیت هر باتری به‌دست می‌آید:

بنابراین، تعداد ۱۰ باتری ۱۰۰ آمپر-ساعتی برای مثال ما کافی است.
دقت کنید که ولتاژ هر باتری ۱۲ ولت است و کافی است آن‌ها را به‌صورت موازی به هم وصل کنیم.
اگر از باتری‌های ۲۰۰ آمپر-ساعتی استفاده می‌کردیم، تعداد مورد نیاز آن‌ها ۵ عدد بود.

منبع: electricaltechnology