آیا تا به حال فکر کرده‌اید که چرا برخی خانه‌ها با چند پنل خورشیدی کل برق‌شان را تأمین می‌کنند، اما برخی دیگر به سیستم بزرگ‌تری نیاز دارند؟ ظرفیت سیستم خورشیدی (Solar System Capacity) به معنای توان کلی تولید برق آن بر حسب کیلووات (kW) است. این ظرفیت تعیین‌کننده این خواهد بود که آیا سیستم می‌تواند نیازهای روزانه مصرف‌کننده را پوشش دهد یا نه. به همین دلیل محاسبه درست ظرفیت، کلید موفقیت راه‌اندازی پروژه‌های خورشیدی است. اگر سیستم کوچک باشد، برق کم می‌آید و اگر بزرگ، پول هدر می‌رود.

محاسبه ظرفیت سیستم خورشیدی بر پایه چند عامل اصلی استوار است از جمله مصرف برق، میزان تابش خورشیدی در محل زندگی/نیروگاه، زاویه و جهت پنل‌ها و حتی متغیرهایی مثل دما، گردوغبار و اتلاف‌های سیستم می‌شود. در این مقاله از اکومهر، به زبان ساده و بدون ورود به فرمول‌های پیچیده ریاضی، این عوامل را بررسی خواهیم کرد. هدف این است که بتوانید نیازهای خود را تخمین بزنید و تصمیم بهتری بگیرید. مثلاً تصور کنید یک خانواده چهارنفره که در تهران یا بندرعباس زندگی می‌کند، به چه ظرفیت و سیستمی نیاز دارند و چطور می‌توانند ظرفیت مناسب را پیدا کنند؟ در ادامه، با مثال‌های واقعی و جدول‌های کاربردی پیش خواهیم رفت.

آشنایی با این فرآیند نه تنها به صرفه‌جویی مالی کمک می‌کند، بلکه به کاهش وابستگی به شبکه برق هم منجر می‌شود. در ایران، با توجه به تابش خوب خورشیدی در بیشتر مناطق، سیستم‌های خورشیدی می‌توانند بسیار کارآمد و حتی درآمدزا باشند؛ اگر به درستی انتخاب و راه‌اندازی شوند.

مصرف برق: پایه محاسبات

اولین و مهم‌ترین گام در محاسبه ظرفیت سیستم خورشیدی، شناخت الگوی مصرف برق است. مصرف برق (Energy Consumption) یعنی مجموع انرژی که لوازم برقی شما در یک روز یا ماه استفاده می‌کنند که بر حسب کیلووات‌ساعت (kWh) محاسبه می‌شود. بدون دانستن این عدد، نمی‌توانید اندازه سیستم را تعیین کنید.

برای شروع، می‌توانید میانگین مصرف ماهانه را از روی چند قبض برق اخیر پیدا کنید و از آن، میانگین مصرف روزانه را به دست آورید. مثلاً اگر قبض ماهانه ۳۰۰kWh نشان می‌دهد، مصرف روزانه حدود ۱۰kWh است (۳۰۰ تقسیم بر ۳۰ برای ماه/دوره مصرف 30 روزه). اما این عدد به صورت میانگین است؛ مصرف واقعی روزانه بر حسب فصل، روز هفته و …. تغییر می‌کند. مثلاً در تابستان با استفاده از کولر گازی، مصرف ممکن است مصرف برق روزانه به ۲۰kWh برسد، در حالی که در زمستان کمتر باشد.

در مرحله بعد لوازم برقی را لیست کنید. هر وسیله توان مصرفی خودش را دارد (بر حسب وات یا کیلووات) و ساعات استفاده روزانه آن نیز تقریباً مشخص است. مثلاً:

• یخچال: حدود ۱۵۰ وات، ۲۴ ساعت کار (اما به صورت چرخه‌ای، مصرف واقعی حدود ۱ تا ۲ کیلووات/ساعت روزانه)
• تلویزیون: ۱۰۰ وات، ۴ ساعت استفاده = ۰.۴kWh
• لامپ: ۱۰ وات هر کدام، ۵ لامپ برای ۶ ساعت = ۰.۳kWh
• کولر : ۱۰۰۰ وات، ۸ ساعت در تابستان = ۸kWh
• لپ‌تاپ: ۵۰ وات، ۵ ساعت = ۰.۲۵kWh
• ماشین لباسشویی: ۵۰۰ وات، ۱ ساعت = ۰.۵kWh

جمع مصرف لوازم برقی را حساب کنید. برای یک خانواده متوسط در شهر، مصرف روزانه ممکن است ۱۵-۲۰kWh باشد. اما اگر خانه بزرگی دارید با استخر یا وسایل برقی بیشتر مثل مایکروفر (۲۰۰۰ وات، ۱ ساعت = ۲kWh) یا سشوار (۱۵۰۰ وات، ۰.۵ ساعت = ۰.۷۵kWh)، مصرف به ۳۰kWh می‌رسد.

• نکته مهم: لوازم القایی (Inductive Loads) مثل موتورها (یخچال، کولر، پمپ آب) در لحظه روشن شدن ۳-۶ برابر توان عادی مصرف می‌کنند (Surge Power). این را در نظر بگیرید تا اینورتر ظرفیت تحمل این پیک را داشته باشد. همچنین مصرف فصلی را بررسی کنید. در مناطق گرم مثل جنوب ایران، کولرها مصرف را بالا می‌برند. اگر مصرف‌تان متغیر است، بدترین سناریو (مثل تابستان) را پایه قرار دهید تا ظرفیت سیستم همیشه کافی باشد.

با این روش، می‌توانید مصرف دقیق را تخمین بزنید. ابزارهای آنلاین یا اپ‌های قبض برق هم به شما کمک می‌کنند. یادتان باشد هدف کاهش مصرف با وسایل کارآمد است؛ مثلاً جایگزینی لامپ‌های قدیمی با LED می‌تواند ۵۰-۸۰% صرفه‌جویی کند.

در مقالی دیگر، می‌توانید از روش محاسباتی جدول بارهای خانگی برای سیستم ۱۰ کیلوواتی (مرجع تقریبی برای خانواده معمولی) که در زیر آورده شده است نیز استفاده کنید. این جدول نشان می‌دهد یک سیستم حدود ۱۰ کیلوواتی (۱۰kW) می‌تواند بارهای معمولی یک خانواده را پوشش دهد، حتی در مناطقی که دچار کمبود برق هستند.

مصرف برق خانگی ثابت نیست و با تغییر فصل، اضافه شدن وسیله جدید یا تغییر عادت تغییر می‌کند. به همین دلیل، انتخاب سیستم مدولار (Modular) توصیه می‌شود. مثلاً باتری‌هایی که می‌توان ۱ تا ۹ عدد را روی هم گذاشت (Stackable Batteries) و هر کدام ۵.۱۲kWh ذخیره می‌کنند. این باتری‌ها عمر چرخه بیش از ۱۰,۰۰۰ بار دارند و بیش از ۱۰ سال کار می‌کنند. این انعطاف‌پذیری، نصب و نگهداری را آسان‌تر می‌کند.

تابش خورشیدی: نقش مکان در تولید برق

تابش خورشیدی (Solar Radiation) یا اینسولیشن (Insolation) میزان انرژی خورشیدی است که به سطح زمین می‌رسد و بر حسب kWh/m² در روز یا سال اندازه‌گیری می‌شود. این عامل تعیین می‌کند چقدر برق از پنل‌ها تولید می‌شود. بدون تابش کافی، حتی سیستم بزرگ هم کارآمد نیست.

تابش بسته به مکان تغییر می‌کند. در ایران، میانگین ساعات اوج خورشید (Peak Sun Hours) ۴-۶ ساعت در روز و میانگین سالانه تابش حدود ۱۵۰۰ تا ۲۰۰۰kWh/m² است است. مثلاً:

• شهرهای جنوبی مثل بندرعباس یا کرمان: تا ۶ ساعت، به دلیل نزدیکی به استوا و آسمان صاف.
• تهران یا اصفهان: حدود ۵ ساعت.
• شهرهای شمالی مثل رشت: ۴ ساعت یا کمتر، به خاطر ابر و رطوبت.

برای محاسبه تابش می‌توانید از داده‌های سایت globalsolaratlas.info استفاده کنید: آدرس یا مختصات محل را وارد کنید و میانگین ساعات تابش روزانه یا تابش سالانه را ببینید. این ابزار نقشه‌های دقیق تابش، GHI (Global Horizontal Irradiation) و پتانسیل تولید برق خورشیدی (PVOUT) را نشان می‌دهد. مثلاً تصویر زیر، میزان تابش خورشید در شرایط مختلف منطقه‌ای در یزد را نشان می‌دهد.

اگر در منطقه کم‌تابش زندگی می‌کنید، سیستم بزرگ‌تری نیاز دارید. علاوه بر سایت بالا می‌توانید از نقشه‌های خورشیدی آنلاین یا اپ‌هایی مثل SunSPOT نیز کمک بگیرید. مثلاً برای یک خانه در تهران با ۵ ساعت اوج تابش، اگر مصرف برق ۱۵kWh باشد، ظرفیت تقریبی سیستم حدود ۳ تا ۴kW خواهد بود. اما در Hobart استرالیا با تابش کمتر (۴ ساعت)، همان مصرف به سیستم ۴ تا ۵kW نیاز دارد.

به طور خلاصه عوامل مؤثر بر تابش را می‌توان این موارد دانست: منطقه محل سکونت، فصل‌ها (زمستان کمتر)، ارتفاع (بالاتر تابش بیشتر) و آلودگی هوا و گردوغبار (سبب کاهش ۱۰-۲۰% تابش).

خروجی انرژی سیستم خورشیدی: میزان تولید برق

خروجی انرژی (Output Energy) مقدار برقی است که سیستم خورشیدی واقعاً تولید می‌کند و مستقیماً روی تامین برق مصرفی تأثیر می‌گذارد. پیش‌بینی خروجی در مرحله اولیه برای تحلیل بازگشت سرمایه (ROI) ضروری است (مخصوصاً در سیستم‌هایی که میزان اضافه تولید به شبکه فروخته می‌شود).

عوامل اصلی مؤثر بر خروجی انرژی عبارت است از:

• ظرفیت نصب‌شده (Installed Capacity): مجموع توان نامی پنل‌ها (Pr). هرچه ظرفیت بیشتر، خروجی بیشتر (در شرایط یکسان).
• بازدهی سیستم (System Efficiency): شامل بازدهی پنل‌ها (۱۵-۲۲%) و نسبت عملکرد (Performance Ratio – PR). PR نسبت خروجی واقعی به انرژی خورشیدی دریافتی است و معمولاً ۰.۷۵ تا ۰.۸۵ است. PR به اتلاف‌های اینورتر، سیم‌کشی، دما، گردوغبار و غیره بستگی دارد و مستقل از ظرفیت یا تابش است.
• تابش خورشیدی (Solar Irradiation): عامل اصلی. پنل‌های یکسان در مناطق مختلف خروجی متفاوتی دارند. از میانگین سالانه تابش (H) استفاده کنید.

با فرمول زیر، میزان خروجی تقریبی سیستم خورشیدی محاسبه می‌شود:

|| خروجی تقریبی = ظرفیت × ساعات اوج تابش × PR (با در نظر گرفتن اتلاف‌ها) ||

مثلاً برای سیستم ۵kW با ۵ ساعت اوج تابش و PR۰.۸: خروجی روزانه حدود ۲۰kWh خواهد بود.

زاویه و جهت پنل‌ها: بهینه‌سازی دریافت نور

زاویه شیب (Tilt Angle) و جهت (Orientation) پنل‌ها مستقیماً روی تولید برق خورشیدی تأثیر می‌گذارد. اگر این موارد به درستی انتخاب نشود، ۱۰-۳۰% تولید کم خواهد شد.

• بهترین جهت پنل: در نیم‌کره شمالی (مثل ایران) رو به جنوب. این جهت بیشترین نور مستقیم خورشید را می‌گیرد. اگر به سمت جنوب ممکن نیست (مثلاً سایه ساختمان‌های بلند یا نوع معماری خانه)، جنوب‌شرقی یا جنوب‌غربی گزینه بعدی است، اما تولید برق ۵-۱۰% کمتر خواهد شد
• بهترین زاویه پنل: تقریباً برابر عرض جغرافیایی محل. مثلاً در تهران (۳۵ درجه عرض) زاویه ۳۰-۳۵ درجه باشد. در زمستان، زاویه را ۱۵ درجه بیشتر کنید برای نور کم‌ارتفاع و در تابستان ۱۵ درجه کمتر شود. پنل‌های ثابت معمولاً زاویه سالانه دارند، اما سیستم‌های قابل تنظیم تولید را ۲۰-۳۰% افزایش می‌دهند.

مثال: در کرمان با عرض ۳۰ درجه، زاویه ۳۰ درجه ایده‌آل است. اگر پنل افقی باشد، تولید ۲۰% کمتر می‌شود. سایه هم دشمن است؛ درخت یا ساختمان می‌تواند یک پنل را بی‌اثر کند. بررسی کنید پشت‌بام بدون سایه باشد، مخصوصاً در صبح و عصر.

عوامل مؤثر دیگر: از دما تا اتلاف‌ها

• دما: پنل‌ها در گرما کمتر کار می‌کنند. در تابستان ایران (۴۰+ درجه) بازدهی ۱۰-۱۵% کم می‌شود.
• گردوغبار و کثیفی: در مناطق خشک، تولید را ۵-۲۰% کاهش می‌دهد. تمیزکاری منظم ضروری است.
• اتلاف سیستم: ۱۵-۲۵% شامل سیم‌کشی، اینورتر، باتری و غیره.
• مساحت مورد نیاز سیستم= تعداد پنل × ۱.۷-۲ مترمربع برحسب اجزای سیستم خورشیدی.

جمع‌بندی محاسبات سیستم خورشیدی

محاسبه ظرفیت سیستم خورشیدی ترکیبی از شناخت مصرف، تابش، زاویه، بازدهی و عوامل دیگر است. با جدول بارهای مصرفی و ابزارهایی مثل globalsolaratlas.info، می‌توانید دقیق‌تر تصمیم بگیرید. همچنین مطالعه پاسخ سوالات زیر هم به رفع ابهامات باقیمانده شما کمک خواهد کرد.

• ظرفیت سیستم خورشیدی چگونه محاسبه می‌شود؟ بر پایه مصرف، تابش، اتلاف‌ها و PR. همیشه حاشیه بگذارید.
• مصرف خورشیدی چطور محاسبه می‌شود؟ لیست لوازم، توان × ساعات استفاده، جمع kWh روزانه.
• تابش خورشیدی چگونه محاسبه می‌شود؟ از globalsolaratlas.info یا داده‌های محلی و میانگین ساعات اوج.
• اندازه سیستم خورشیدی چگونه محاسبه می‌شود؟ مصرف ÷ (ساعات اوج × بازدهی سیستم).
• ظرفیت سیستم خورشیدی چطور چک می‌شود؟ از اپلیکیشن اینورتر و مقایسه قبض.
• قانون ۱۲۵% برای پنل‌های خورشیدی چیست؟ قطع‌کننده (PV Breaker) حداقل ۱۲۵% ظرفیت خروجی برای ایمنی گرمایی.
• مساحت پنل‌های خورشیدی چگونه محاسبه می‌شود؟ تعداد × مساحت هر پنل.
• ظرفیت اینورتر چگونه محاسبه می‌شود؟ نزدیکی به پنل‌ها، با تحمل پیک موج.
• خروجی انرژی سیستم خورشیدی چقدر است؟ ظرفیت × تابش × PR، برای پیش‌بینی ROI.

برخی از منابع:

• pvmars.com
• powernsun.com
• energy.gov.au
• jackery.com