سیستم های فتوولتاییک ( خورشیدی) از نظر کاربردی:
به طور کلی سیستم های فتوولتائیک باتوجه به کاربردشان به دو گروه دسته بندی می شوند:
- واحدهای فتوولتائیک متصل به شبکه
- واحدهای فتوولتائیک مجزا ازشبکه
لازم به ذکر است که کاربرد دیگر سیستم های فتوولتاییک به صورت هیبریدی می باشد که در این حالت سیستم فتوولتائیک درکنار منابع دیگر مانند تورین باد یا دیزل، تغذیه بار را انجام می دهند.
سیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه
به منظور تقویت شبکه ی سراسری برق و جلوگیری از فشار الکتریکی وارده برنیروگاه ها در طی روز، استفاده از سیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه سراسری برق به صورت متمرکز و یا غیر متمرکز از جمله راه حل های این مشکل می باشد. امروزه سیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه در بسیاری از کشورهای جهان در واحد های کوچک از 1 کیلووات الی 5 کیلووات در بام منازل مسکونی و در واحدهای بزرگتر به صورت نیروگاه های فتوولتاییک نصب و راه اندازی شده است. ازمزایای این سیستم می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- نصب و راه اندازی آسان.
- بازده بالا و عدم نیاز به تجهیزات جانبی پیچیده.
- عدم نیاز به باتری جهت ذخیره انرژی الکتریکی.
طراحی سیستم های فتوولتاییک متصل به شبکه، به گونه ای است که هم زمان و به طور موازی با شبکه ی برق سراسری توان تولید می نمایند. یکی از اجزای اصلی سیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه، مبدل الکترونیک قدرت است که برق DC تولیدی توسط پنل های خورشیدی را متناسب با ولتاژ و فرکانش شبکه به برق AC تبدیل نموده و درصورت عدم نیاز، به صورت خودکار انتقال نیرو را قطع می نماید. به طور کلی ارتباطی دو جانبه میان سیستم های فتوولتاییک و شبکه ی برق وجود دارد. به نحوی که اگر برق DC تولیدی توسط سیستم های فتوولتائیک بیش از نیاز بار مصرفی محلی باشد، مازاد آن به شبکه برق سراسری تغذیه می گردد و درهنگام شب و مواقعی که به دلایل اقلیمی امکان استفاده از نور خورشید وجود ندارد،بار الکتریکی مورد نیاز سایت توسط شبکه ی برق سراسری تامین می گردد. هم چنین در کاربردهای متصل به شبکه در صورتی که سیستم فتوولتائیک به دلیل تعمیران از مدار خارج گردد، برق مورد نیاز مصرف محلی از طریق شبکه برق سراسری تامین خواهد شد. نکته مهمی که دراین واحد ها باید رعایت شود این است که اگر به هر دلیلی شبکه ی سراسری قدرت قطع شود، واحد خورشیدی نیز باید تولید را متوقف سازد و بارهای مصرفی قطع شوند. همانگونه که توضیح داده شد اگر به هردلیلی شبکه بی برق شود، واحد خورشیدی نیز باید تولید توان و تزریق آن را متوقف ساز. این تشخیص توقف، توسط اینورتر صورت می گیرد. در برخی موارد برای افزایش قابلیت اعتماد سیستم، از سیستم های ذخیره کننده انرژی که عمدتا باتری هستند، استفاده می شود. بنابراین سیستم های متصل به شبکه ی سراسری برق را میتوان به دو گروه دارای سیستم ذخیره و بدون سیستم ذخیره طبقه بندی کرد. سیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه ی برق مجهز به سیستم ذخیره ( باتری) به خصوص برای خانه های مسکونی و محل های تجاری کوچک بسیار مناسب هستند، زیرا دراین سیستم ها ازانرژی ذخیره شده برای بارهای حساس مانند: یخچال، روشنایی، آسانسور، پمپ های آبرسانی و غیره استفاده می شود.در شرایط معمولی که شبکه ی سراسری برق دار است، سیستم های فتوولتائیک برای شارژ باتری و تغذیه ی بار محلی انرژی تولید می نماید و درصورتیکه اضافه تولید داشته باشد به شبکه ی سراسری توان تزریق می نماید و درصورت کمبود تولید ، توان موردنیاز راازشبکه ی سراسری دریافت می نماید. در هر صورت باتری و یا دیگر ذخیره سازهای انرژی درحالت شارژ کامل به سر می برند.
سیستم های مستقل ازشبکه ی سراسری برق
طراحی سیستم های فتوولتائیک مستقل ازشبکه به گونه ای است که باید مستقل از شبکه ی برق سراسری عمل نموده و قابلیت تغذیه بارهای مستقیم ( DC) و متناوب را دارا باشد. این واحدها مستقیما به بار متصل می شوند و تمام بار رابر خلاف سیستم های متصل به شبکه تامین نمایند. بنابراین برای طراحی اینگونه واحدها، بایستی مدل بار و کل توان موردنیاز بار در یک دوره شبانه روزی محاسبه شود و ظرفیت واحد و تعداد آرایه های فتوولتائیک براین اساس محاسبه شود. هم چنین به دلیل عدم وجود شبکه برق سراسری، تمامی توان می باستی ازطریق سیستم فتوولتائیک تامین شود. ازآنجایی که سیستم فتوولتائیک قابلیت تولید پیوسته توان را ندارد (شب هنگام) و میزان تولید توان آن کاملا به شرایط جوی وابسته می باشد ( کاهش تولید در روزهای ابری و بارانی )، برای تغذیه مناسب و مطمئن بارباید واحدفتوولتائیک به سیستم ذخیره ساز مجهز شود. ظرفیت ذخیره ساز انرژی به میزان مصرف بار درساعت هایی که تولید وجود ندارد بستگی دارد. هم چنین برای افزایش حاشیه امنیت، باید سیستم ذخیره ساز انرژی قابلیت تغذیه کل بار سیستم را بدون استفاده از انرژی سیستم فتوولتائیک برای چند روز داشته باشد. زیرا در صورتیکه چندروز متوالی شرایط جوی مناسب نباشد ( چند روز ابری متوالی)، می بایست بارهای محلی را تغذیه نماید.
از جمله مزایایی که در رشد و توسعه سیستم های فتوولتائیک مجزا از شبکه نقش عمده ای دارد، میتوان به موراد زیر اشاره کرد:
- عدم نیاز به شبکه ی سراسری، سیستم انتقال شبکه و تعمیر و نگهداری آن.
- عدم نیاز به سوخت و رفع مشکلات سوخت رسانی به ویژه در مناطق صعب العبور.
- عدم نیاز به تعمیر و نگهداری مداوم و طول عمر مناسب.
کاربرد اصلی اینگونه واحدها در مکان هایی است که شبکه ی اصلی قدرت در دسترس نبوده و یا برای اتصال به شبکه ی قدرت هزینه زیادی لازم است. برای مثال در سایت های مخابراتی که در کوهستان ایجاد شده اند، برای تامین برق خانه های مسکونی، کلبه های روستایی، پمپ های آبرسانی، روشنایی و به طور کلی رفع نیاز الکتریکی مناطقی که دارای شبکه سراسری برق نمی باشند، میتوان از سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه استفاده کرد. دراین سیستم ها از آرایه های نصب شده بربام ها و یا برزمین، یک کنترل کننده ی شارژ باتری و یک مبدل برای تامین برق استفاده می شود.
اجزای سیستم فتوولتائیک
تجهیزات موردنیاز برای تولید برق از انرژی خورشیدی عبارتند از:
- آرایه ی فتوولتائیک (پنل های خورشیدی).
- سیستم های دنبال کننده ی تابش خورشید.
- اینورتر یا مبدل الکترونیک قدرت AC/DC
- ذخیره ساز با باتری.
- دنبال کننده حداکثر توان.
- سایر تجهیزات.