سیستم پنل خورشیدی یا فتوولتائیک (Photovoltaic – PV) چطور عمل می کند؟
سیستم فتوولتائیک چیست؟
یک سیستم فتوولتائیک (PV) از یک یا چند پنل خورشیدی تشکیل شده است که بوسیله مجموعه ای از کابلها با اینورتر و سایر سخت افزارهای الکتریکی و مکانیکی به هم متصل شده اند که از انرژی خورشید برای تولید برق استفاده می کنند.
سیستم‌های PV در مقایسه با یکدیگر می‌توانند از نظر اندازه بسیار متفاوت باشند. این ابعاد می تواند از یک پنل قابل حمل بسیار کوچک تا سیستم پنل خورشیدی محدودی بر روی پشت بام یک خانه کوچک و یا یک نیروگاه تولید برق در مقیاس بزرگ را شامل شود.
سیستم های PV می توانند به صورت مستقل و بدون اتصال به شبکه برق محلی عمل کنند. همچنین می توان این سیستم ها را به شبکه برق محلی نیز متصل نمود و مازاد تولید آن را به این شبکه تزریق نمود و از مزایای فروش آن به دولت نیز بهره مند گردید. در این مقاله سیستم های برق خورشیدی متصل به شبکه برق را مورد بررسی قرار می دهیم.
سیستم پنل خورشیدی چطور کار می کند؟
نور خورشید که از بسته های انرژی به نام فوتون تشکیل شده است بر روی یک صفحه پنل خورشیدی می تابد و از طریق فرآیندی به نام اثر فتوولتائیک، جریان الکتریکی ایجاد می کند.
هر پانل مقدار نسبتاً کمی انرژی تولید می کند اما می توان با اتصال پانل ها به یکدیگر مقادیر بیشتری انرژی الکتریکی تولید نمود. برق تولید شده از پنل خورشیدی به صورت جریان مستقیم (DC) است. هر چند بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی در نهایت از برق DC استفاده می‌کنند اما همانطور که میدانیم تغذیه اولیه آنها برای کار با شبکه برق طراحی شده‌اند که به ولتاژ متناوب AC نیاز دارند.
بنابراین برای اینکه برق تولید شده از انرژی خورشیدی مفید واقع شود ابتدا لازم است با استفاده از اینورتر از DC به AC تبدیل شود. برق AC تولید شده توسط اینورتر می‌تواند برای تامین انرژی مورد نیاز محل مورد نظر استفاده گردد و مازاد آن نیز به شبکه برق محلی تزریق گردد.
اجزای سیستم فتوولتائیک
غیر از پنل های خورشیدی اجزای مهم دیگری هم در یک سیستم فتوولتائیک وجود دارند. این قطعات معمولاً بیش از نیمی از هزینه تمام شده اجرای سیستم را تشکیل داده و در آینده نیز برای فرآیند تعمیر و نگهداری بیشتر هزینه ها را به خود اختصاص می دهند. این اجزا شامل اینورترها، قفسه بندی ها، سیم کشی، ترکیب کننده ها، قطع کننده ها، اتصالات فلزی یا پلاستیکی، قطع کننده های مدار و تجهیزات اندازه گیری می باشند.
پنل خورشیدی (Solar Panel)
یک پنل خورشیدی از سلول های سولار زیادی با خواص نیمه هادی تشکیل شده است که در داخل یک ماده محصور شده اند تا از این سلول ها در برابر عوامل آسیب رسان محیطی محافظت شود. این ویژگی‌ها سلول را قادر می‌سازد نور و یا به بیان دقیقتر فوتون‌های خورشید را جذب کند و انرژی آنها را از طریق فرآیندی به نام اثر فتوولتائیک به الکتریسیته تبدیل نماید. در دو طرف نیمه هادی لایه ای از مواد رسانا قرار دارد که الکتریسیته تولید شده را جمع آوری می کند. سطح پانل همچنین دارای یک پوشش ضد انعکاس است تا تلفات ناشی از انعکاس را به حداقل برساند. اکثر پنل های خورشیدی تولید شده در سراسر جهان از سیلیکون کریستالی ساخته شده اند که دارای بازده ای در حدود 33 درصد برای تبدیل انرژی خورشید به الکتریسیته است. انواع دیگری از مواد نیمه هادی و فن آوری های سلول خورشیدی توسعه یافته وجود دارند که راندمان بالاتری دارند اما هزینه ساخت آنها نیز بالاتر است.
اینورتر (Inverter)
اینورتر دستگاهی الکترونیکی است که جریان الکتریکی را به صورت جریان مستقیم DC می پذیرد و آن را به جریان متناوب AC تبدیل می کند. در این فرآیند جریان DC از پانل های خورشیدی دریافت و به اینورتر منقل می شود و توسط اینورتر به جریان AC تبدیل می کند. این تبدیل برای کارکرد اکثر دستگاه های الکتریکی و نیز اتصال به شبکه برق محلی ضروری است. کیفیت اینورتر برای سیستم‌های انرژی خورشیدی مهم هستند و معمولاً گران‌ترین جزء بعد از خود پنل‌های خورشیدی محسوب می شوند. اکثر اینورترها دارای راندمان تبدیل 90 درصد یا بالاتر هستند و دارای ویژگی های ایمنی مهمی از جمله قطع شدن مدار خطای زمین و anti-islanding هستند.
قفسه بندی و استند (Racking)
قفسه بندی ها شامل چهارچوب ها (استندها) و اتصالاتی است که پنل های خورشیدی را روی زمین یا پشت بام ثابت می کند. این اتصالات معمولاً از فولاد یا آلومینیوم ساخته می‌شوند و پانل‌های خورشیدی را با دقت بالایی در جای خود ثابت می‌کنند. استندها باید به گونه ای طراحی شوند که در برابر رویدادهای آب و هوایی مانند وزش باد شدید، طوفان یا گردباد و یا نشستن برف زیاد روی آن مقاومت کنند. یکی دیگر از کارکردهای مهم این استندها برقراری اتصال الکتریکی زمین پنل های خورشیدی برای جلوگیری از برق گرفتگی است. استندهای پنل خورشیدی پشت بام معمولاً در دو نوع مناسب سقف تخت و سقف شیبدار ارائه می شوند. برای پشت بام های مسطح معمول است که استندها شامل بالاست وزنی برای نگه داشتن پنل ها روی سقف با استفاده از گرانش باشد. در پشت بام های شیبدار، سیستم قفسه بندی باید به صورت مکانیکی به ساختار سقف متصل شود. سیستم های PV نصب شده روی زمین همچنین می توانند از لنگرهای بالاست یا مکانیکی برای تثبیت پایه ها به زمین استفاده کنند. برخی از سیستم‌های قفسه‌بندی روی زمین همچنین دارای سیستم‌های ردیابی هستند که از موتورها و حسگرهایی برای ردیابی خورشید در آسمان استفاده می‌کنند و میزان انرژی تولید شده را با تنظیم جهت پنل ها افزایش می‌دهند. البته باید در نظر داشت استفاده از این تجهیزات اضافی هزینه های اجرا و نگهداری را افزایش خواهد داد.
سایر قطعات
اجزای باقیمانده یک سیستم PV خورشیدی معمولی شامل ترکیب کننده ها (combiners)، قطع کننده ها (disconnects)، بریکرها (breakers) و سیم کشی (wiring) می باشد.
یک ترکیب کننده خورشیدی، همانطور که از نام آن پیداست، دو یا چند کابل الکتریکی را در یک کابل بزرگتر مجتمع می کند. کمباین‌ها معمولاً شامل فیوزهایی برای حفاظت هستند و در همه آرایه‌های پنل خورشیدی متوسط تا بزرگ و در مقیاس مورد نیاز استفاده می‌شوند.
جدا کننده ها دروازه ها یا کلیدهایی هستند که امکان قطع دستی سیم برق را فراهم می کنند و معمولاً در دو طرف یک اینورتر، یعنی “قطع DC” و “قطع AC” استفاده می شوند. این دستگاه ها عایق الکتریکی را در زمانی که یک اینورتر نیاز به نصب یا تعویض دارد فراهم می کنند. کلیدهای مدار یا قطع کننده ها از سیستم های الکتریکی در برابر جریان بیش از حد یا نوسانات برق محافظت می کنند. بریکرها به گونه ای طراحی شده اند که وقتی جریان به مقدار از پیش تعیین شده ای می رسد به طور خودکار راه اندازی شوند. بریکرها همچنین می توانند به صورت دستی کار کنند و به عنوان یک قطع ارتباط اضافی عمل کنند.
کنتور الکتریکی میزان انرژی تولید شده را اندازه گیری می کند و معمولاً توسط شرکت های برق برای اندازه گیری استفاده می شود. برای سیستم های فتوولتائیک خورشیدی یک کنتور الکتریکی دو جهته ویژه برای اندازه گیری انرژی ورودی از برق و انرژی خروجی از سیستم PV خورشیدی استفاده می شود. در نهایت، سیم‌کشی یا کابل‌های برق، انرژی الکتریکی را بین هر کدام از اجزاء انتقال می دهند و دارای سایز مناسب می باشند. سیم‌کشی‌هایی که در معرض نور خورشید قرار می‌گیرند باید محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش داشته باشند و سیم‌هایی که جریان DC دارند گاهی برای محافظت بیشتر نیاز به روکش فلزی دارند.
در نوع دیگری از سیستم های فتوولتائیک می توان از شارژر و باتری هم برای ذخیره انرژی تولید شده استفاده نمود تا در هنگام قطع برق شبکه محلی بتوان از انرژی باتری ها برای تامین برق بارهای مصرف کننده اسفاده کرد.
آیا میتوان یو پی اس را به پنل خورشیدی متصل کرد؟
در جواب این سوال باید گفت که در حال حاضر یو پی اس هایی وجود دارد که قابلیت اتصال به ورودی برق شهری و پنل خورشیدی را بطور همزمان دارند و با استفاده از منوی دستگاه یو پی اس می توان نحوه شارژ باتری ها را به دلخواه انتخاب نمود بگونه ای که یا از سیستم خورشیدی و یا از برق شهری شارژ شوند و در زمان قطع برق شهری هم بطور خودکار و مستمر و بدون قطع برق مصرف کننده ها، با استفاده از انرژی ذخیره شده در باتری ها بارها را تغذیه کنند.
در مورد یو پی اس های معمولی هم که تنها یک ورودی AC دارند منعی برای اتصال آن به شبکه برق متصل به پنل خورشیدی وجود ندارد.
اولین دیدگاه را ثبت کنید