تجهیزات مورد نیاز برای تولید برق از انرژی خورشیدی عبارتند از:
- آرایه های فتوولتائیک
- سیستم های دنبال کننده تابش خورشید
- اینورتور یا مبدل الکترونیک قدرت
- ذخیره ساز یا باطری
- دنبال کننده حداکثر توان
- سایر تجهیزات
آرایه های فتوولتائیک
آرایه ها با اجتماع پانل های فتوولتائیک تشکیل می شوند که پانل ها خود از ماژول های فتوولتائیک ساخته می شوند و ماژول ها نیز خود از سلول های خورشیدی تشکیل شده اند.
پانل‌ها، انرژی مورد نیاز خود را از خورشید تأمین می‌کنند لذا هر چه انرژی خورشید بیشتر باشد، توان دریافتی آنها هم بیشتر خواهد بود. پنل‌ها در غیاب اشعه مستقیم نور خورشید، یعنی در سایه هم برق تولید می‌کنند ولی اندازه آن بسیار اندک و مختصر می‌باشد.
ولتاژ خروجی اکثر پنل‌ها در زیر بار، چیزی در حدود ۹۹ الی ۹۳ ولت بوده و رقم مزبور میزانی است که یک پنل خورشیدی واحد به کمک آن قادر به شارژ یک باتری ۹۲ ولتی می‌گردد. اگر سرسیم‌های یک ولت متر را به ترمینال‌های خروجی یک پنل خورشیدی که به هیچ مصرف کننده‌ای متصل نیست ارتباط دهید، ممکن است با رقمی تا حدود 200 ولت هم مواجه گردید. ولتاژمزبور در پنل‌های بدون بار و به اصطلاح در مدار باز، رقم عادی و قابل پیشبینی می‌باشد ولی به مجرد اتصال خروجی آنها به یک مصرف کننده، ولتاژ یاد شده افت کرده و به حوالی ۹۹ تا ۹۳ ولت میرسد.
- با اتصال سری پنل‌ها به هم می‌توان ولتاژهای بالاتری را ایجاد نمود. اندازه معمولی این ولتاژها درسیستم‌های مستقل از شبکه، 92 یا ۹۳ ولت بوده و در طرح‌های متصل به شبکه، ولتاژ یاد شده
ممکن است به حدود چند صد ولت هم برسد.
· با اتصال موازی پنل‌ها به هم، ولتاژ خروجی آرایه، معادل ولتاژ هر یک از پنل‌ها بوده ولی میزان توان افزایش می‌یابد.
برای ایجاد یک آرایه خورشیدی می‌توان چندین پنل را به یکدیگر متصل ساخت. با اتصال پنل‌های متعدد به هم می‌توان به ولتاژها یا جریانات افزون‌تری دست یافت.
وقتی چند پنل را به یکدیگر متصل می‌سازید، فارغ از این که آنها به صورت سری یا موازی به هم مرتبط شده باشند، توان کلی سیستم افزایش می‌یابد. هنگامی که پنل‌ها به صورت سری به هم وصل می‌شوند، ولتاژ و توان هر پنل به ولتاژ و توان پنل بعدی افزوده شده و در مجموع، ولتاژ و توان آرایه افزایش می‌یابد. هنگامی که برای ایجاد یک آرایه، چند پنل را به صورت موازی به هم مربوط می‌سازید، ولتاژ خروجی، معادل میانگین ولتاژ هر یک از پنل‌ها بوده و برای دستیابی به توان‌های بالاتر، وات هر یک را به دیگری می‌افزائید.
سیستم های دنبال کننده تابش خورشید
آرایه های فتوولتائیک به حالت ثابت و یا ردیاب متحرک که بنابر فصل با زاویه تابش خود را تطبیق می دهند نصب می شوند. در نصب آرایه ها مهمترین نکته زاویه نصب آنها می باشد. زاویه تابش خورشید به صفحات خورشیدی تاثیر بسیار زیادی در تولید انرژی الکتریکی دارد. ساده ترین حالت نصب آرایه ها به صورت ثابت می باشد. البته به دلیل تغییر زاویه خورشید در طول روز و همچنین جابجایی آن در فصول مختلف سال، میزان تابش خورشید به صفحات ثابت در طول روز و سال کاهش می یابد. برای بهبود بخشیدن این ضعف می توان از روش نصب فصلی استفاده نمود.
حالت دیگر استفاده از ردیاب متحرک می باشد. ردیاب ها دارای دو نوع می باشد، ردیاب هایی که بر روی یک محور و یا بر روی هر دو محور دوران می کنند و همواره آرایه ها را در جهت تابش خورشید نگاه می دارند، بنابراین باعث افزایش بازده خروجی پانل ها می شوند.
در پانل های با پایه ی ثابت، پانل ها روی پایه هایی با شیب ثابت نصب شده و روبه خورشید قرار داده می شوند. برای مناطقی مانند ایران که در نیمکره شمالی قرار دارد، پانل ها باید به گونه ای نصب شوند که سطح جاذب نور به سمت جنوب باشد زیرا خورشید در طول سال وجه جنوبی رویت می گردد. اما برای این که میزان جذب سالانه انرژی توسط یک سیستم خورشیدی به حداکثر میزان خود برسد، بهتر است که زاویه شیب ثابت، تقریبا برابر با عرض جغرافیایی منطقه ی نصب باشد. برای مثال در شهر تهران در صورتی که پانل ها با زاویه 36 درجه به سمت جنوب نصب شوند، بالاترین دریافت انرژی خورشید را در طول سال خواهند داشت.
برای این که یک سطح فرضی که در معرض تابش خورشید است، بالاترین میزان دریافت انرژی را داشته باشد، لازم است که این سطح عمود بر زاویه تابش قرار گیرد. هرچه زاویه تابش به سطح پانل عمودتر باشد، جذب انرژی بیشتر خواهد شد.
نکته مهمی که باید درنظر داشت این است که زاویه نصب نباید کمتر از حداقل 10 درجه باشد، زیرا در زمان های بارانی بعد از بارش، اگر شیب 10 درجه وجود داشته باشد گرد و غبار نشسته بر روی صفحات شسته شده و از آن خارج می شود.
در دنبال کننده های تک محوره پانل ها حول یک محور کهدر راستای شمال – جنوب و با زاویه مناسب روبه افق قرار گرفته اند دوران می کنند. البته در این حالت نیز پانل ها دقیقا رو به خورشید قرار نمی گیرند اما نسبت به پانل های ثابت دریافت انرژی بیشتری دارند. اما در دنبال کننده های دو محوره، پانل ها در دو جهت دوران کرده و همواره رو به خورشید قرار می گیرند. در این روش چانل ها قابلیت چرخش در راستای شرقی – غربی و هم چرخش در راستای شمالی – جنوبی را دارند و بنابراین بیشترین جذب انرژی در این حالت اتفاق می افتد.
کنترل کننده
به جز سیستم‌های متصل به شبکه، در سایر موارد و طرح‌ها، سیستم‌های برق خورشیدی به کنترل کننده‌ای نیاز دارند که بر جریان داده شده به باتری یا دریافتی از آن نظارت نماید. در صورتی که باتری یا باتری‌ها با شارژ مازاد و غیر ضروری مواجه گردند، خراب شده و به سرعت از بین می‌روند. شرایط مشابه در خرابی باتری‌ها زمانی رخ می‌دهد که سیستمی فاقد کنترل کننده بوده و باتری‌ها کاملاً تخلیه یا دشارژ شوند. حلال این مشکل، وسیله ای به نام کنترل کننده یا کنترلر می‌باشد.
اینورتر یا مبدل الکترونیک قدرت AC\DC
به استثنای سیستم‌های متصل به شبکه که آرایه خورشیدی مستقیماً می‌یابد وصل شوند، پنل‌های خورشیدی به ندرت برای راه اندازی مستقیم مصرف کننده‌ها به کار گرفته می‌شوند. علت این است که میزان توان دریافتی پنل‌های خورشیدی، متناسب با شدت و ضعف تابش خورشید، تغییر می‌کند. در این صورت، با بالا و پایین رفتن توان موجود، برق مزبور، قابل استفاده در بسیاری از مصرف کننده‌های حساس، نخواهد بود. یک سیستم برق خورشیدی متصل به شبکه به گونه‌ای طراحی می‌شود که اینورتر، این نوسان در توان تولیدی را مدیریت کرده و خود را با آن وفق می‌دهد و در صورتی که تقاضای مصرف افزایش یابد، کمبود آن از طریق برق شبکه تأمین می‌گردد. این در حالی است که در سیستم‌های مستقل یا نمونه‌های متصل و متکی به شبکه، باتری‌ها، انرژی تولیدی را ذخیره کرده و آن را به صورت ثابت و یکنواختی در اختیار مصرف کننده‌ها قرار می‌دهند.
مبدل های الکترونیک قدرت مجزا از شبکه
این گونه مبدل ها برق DC آرایه ها را به جریان متناوب در سطح ولتاژ و فرکانس مورد نظر تبدیل نموده و بایستی قابلیت تغذیه بار در ولتاژ و فرکانس موردنظر را در حالت تغییر ناگهانی بار را داشته باشد. همچنین برای تغذیه بارهای راکتیو باید قابلیت تبادل توان راکتیو را داشته باشد.
در انتخاب این گونه مبدل ها باید دو پارامتر اساسی را در نظر گرفت که عبارتند از: 1) شکل موج خروجی و 2) میزان تلفات در بی باری
شکل موج قابل قبول برای بارهای متناوب، شکل موج سینوسی می باشدو البته برخی از مبدل ها مخصوصا با ظرفیت پایین،موج مربعی و یا موج شبه سینوسی تولید می کنند که در راه اندازی موتور القایی ایجاد مشکل می کنند.
مشکل دیگر مربوط به تلفات بی باری مبدل ها است. در این حالت زمانی که مبدل روشن باشد و بار به آن متصل نباشد، می تواند جریان بی باری مصرف کند که این امر می تواند به تخلیه باطری منجر شود. برای حل این مشکل، باید سیستم کنترل مبدل به گونه ای طراحی شود که این مشکل را مرتفع کند.
در حالت کلی مبدل های مجزا از شبکه باید حداقل های زیر را رعایت کند:
- تغییرات شدید ولتاژ ورودی
- تولید شکل موج ولتاژ سینوسی و یا نزدیک آن
- کنترل ولتاژ خروجی
- بازده بالا
- قابلیت تحمل اضافه بار کوتاه مدت مانند راه اندازی موتور القایی
- قابلیت تغذیه بار راکتیو
- تحمل جریان اتصال کوتاه
مبدل های متصل به شبکه
خروجی این نوع مبدل ها باید با شبکه اصلی قدرت سنکرون شود. بدین معنی که سطح ولتاژ، فرکانس و فاز ولتاژ خروجی مبدل با ولتاژ شبکه تطابق داشته باشد. برای انتخاب این نوع مبدل ها باید معیارهای بازده، ایمنی، کیفیت توان مبدل و سیستم حفاظتی آن در نظر گرفته شود.
ذخیره ساز انرژی یا باطری
ذخیره ساز سیستم فتوولتائیک معمولا از نوع باطری است. سیستم باطری ممکن است همه یا بعضی از موارد زیر را نیز شامل شود:
- محفظه باطری
- کنترل کننده شارژ
- پانل های فرعی مجزا برای مدارهای بار بحرانی
دیدگاه خود را بنویسید