فهرست
خورشید یک راکتور هسته ای طبیعی بسیار عظیم است که در آن مواد بر اثر هم جوشی هسته ای به انرژی هسته ای تبدیل می شوند و در هر ثانیه ۴/۲ میلیون تن از جرمش به انرژی تبدیل می شود. برق خورشیدی از تابش نور خورشید به سلول های خورشیدی تعبیه شده در پنل های خورشیدی تولید می گردد. یک پنل خورشیدی برای تولید برق، از پدیده ای که اثر فتوولتائیک نامیده می شود، استفاده می کند. این پدیده نشان می دهد مواد خاصی وجود دارند که وقتی در معرض تابش نور قرار می گیرند، باعث جاری شدن یک جریان الکتریکی در مدار خود می گردند.
۱- سیستم های مجزا یا خود اتکا یا مستقل از شبکه (off grid) :
این سیستم محبوب ترین روش و طریقه طراحی و نصب سیستم های برق خورشیدی است. اصولاً سلول های فتوولتائیک را برای این مقصود طراحی و عرضه کرده اند؛ تولید برق در جایی که هیچ منبع مولد جایگزین دیگری در دسترس نباشد. فارغ از این که توان تولیدی این گونه سیستم های برق خورشیدی به چه صورتی به مصرف برسد (تأمین روشنایی یک کانکس یا انباری، راه اندازی یک ماشین حساب جیبی و یا تأمین برق مورد نیاز یک خانه ی کامل)، نحوۀ عملکرد کلی همه شان یکی است، یعنی: با پنل های خورشیدی، توان الکتریکی را تولید کرده و در راستای ذخیره سازی انرژی الکتریکی، آن را روانۀ یک یا چند باتری قابل شارژ می نمایند تا در هنگام ضرورت، از انرژی مزبور به نحو دلخواه بهره گرفته شود.
این تکنیک بسیار کاربردهای متنوعی دارد که از آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
روشنایی خورشیدی پایه چراغهای پارکی و خیابانی:
روشنایی خورشیدی ایستگاههای اتوبوس:
روشنایی خورشیدی بیلبوردهای تبلیغاتی:
روشنایی خورشیدی چراغهای ترافیکی:
۲- سیستم های متصل به شبکه (on grid):
این طریقه بهره گیری از سیستم های برق خورشیدی، در اروپا و ایالات متحده آمریکا از محبوبیت زیادی برخوردار است. شاید دلیلش امکانات تشویقی و معافیت هایی باشد که برخی نهادهای دولتی برای نصب کنندگان این نوع سیستم ها در نظر می گیرند و به تبع آن، هزینه نصب اولیه کاهش یافته و با وجود امکاناتی که فروش برق مازاد تولیدی به شبکه ی برق محلی را مقدور می سازد، قسمت قابل توجه ای از هزینه های اولیه، به مالک سیستم باز گردانده می شود.
در یک چنین سیستمی، در طول روز و در هنگام تداوم تابش نور خورشید، پنل ها، برقی تولید می کنند که مالک سیستم، علاوه بر استفاده داخلی، مجاز به فروش مازاد مصرف خود به شرکت های برق محلی هم است.
در این صورت و با فرا رسیدن غروب و در ادامۀ آن، در ساعات اولیۀ شب که مصارف مختلف و به ویژه روشنایی بالا می رود، کاربر، برق موردنیاز خود را مجدداً از شبکۀ برق شهر خریداری می کند.
یکی از اشکالات بسیاری از سیستم های متصل به شبکه آن است که در صورت قطع برق شبکه در اوقات تاریکی هوا و فقدان نور خورشید، برق شما نیز قطع می گردد.
در مقابل، مزیت این روش آن است که وابستگی شما به برق شبکه را کم کرده و می توان مدعی شد که بخش عمده ای از برق مصرفی تان در شرایطی که هیچ گونه آلودگی زیست محیطی را در پی نداشته، تولید گردیده است.
عملکرد این گونه سیستم ها در مناطق گرمسیری و شرایط آب و هوایی آفتابی، بسیار عالی است چون به دلیل گرم بودن هوا، بیشترین تقاضای مصرف در ساعات میانی روز و اوقاتی که اکثر سیستم های تهویه مطبوع فعال هستند، رخ می دهد که خوشبختانه با ساعات اوج تولید برق پنل ها هم مطابقت دارد. این سیستم ها، در مواردی که مالک، قسمت اعظم برق تولیدی را به مصرف داخلی می رساند نیز بسیار مناسب هستند.
از سیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه به منظور تقویت شبکه سراسری برق و جلوگیری از فشار الکتریکی وارد بر نیروگاه ها در روز، بهره گرفته می شود. این نوع سیستم ها حتی در واحدهای کوچک در حدود ۱ تا ۵ کیلو وات بر بام ساختمان های مسکونی و یا واحدهای بزرگ تر به حالت نیروگاه های فتوولتائیک اجرا و بهره برداری می گردند.
مزایای سیستم فتوولتائیک متصل به شبکه
نصب و راه اندازی آسان
بازده بالا و عدم نیاز به تجهیزات جانبی پیچیده
عدم نیاز به باتری برای ذخیره انرژی الکتریکی
عملکرد سیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه برق سراسری:
تولید توان در سیستم های سولار متصل به شبکه به صورت هم زمان و موازی با شبکه برق سراسری صورت می گیرد. از اجزاء اصلی این سیستم اینورتر یا مبدل الکترونیک قدرت است که برق DC تولیدی توسط پنل های فتوولتائیک را متناسب با ولتاژ و فرکانس به برق AC تبدیل می کند. هم چنین در حالت عدم نیاز، انتقال نیرو را به صورت اتوماتیک قطع می کند.
در واقع در این حالت بین سیستم های فتوولتائیک و شبکه برق سراسری شهر ارتباط دو طرفه وجود دارد. یعنی اگر برق DC تولید شده توسط سیستم سولار بیش از نیاز بار مصرفی در محل باشد، اضافه این بار تولیدی به شبکه برق سراسری تزریق می شود و در شب و یا هنگامی که امکان استفاده از نور خورشید وجود ندارد، بار الکتریکی مورد نیاز محل از برق شبکه سراسری تأمین و تغذیه می شود.
یکی از مزیت های این سیستم این است که اگر نیاز باشد سیستم سولار به دلیل تعمیرات از مدار خارج شود، برق مورد نیاز مصرف محلی از طریق شبکه برق سراسری تأمین می شود.
۳- سیستم متصل به شبکه با پشتیبانی باتری:
این سیستم شبیه نمونه ی قبلی است با این تفاوت که در مدار و چیدمان قطعات مختلف آن، یک یا چند باتری هم منظور شده است. در این روش هم عیناً مشابه سیستم های متصل به شبکه، اصول کار بر این مبنا گذاشته شده که در هنگام تابش خورشید ، از توان تولید شده در آرایه ی خود استفاده کرده و مازاد آن را هم به شرکت های برق محلی می فروشید با این تفاوت که در صورت وقوع حوادث مختلف و از جمله قطع برق شبکه، برق شما قطع نشده و ارائه توان مورد نیاز از طریق باتری های موجود، استمرار می یابد.
۴- سیستم متصل و متکی به شبکه:
این سیستم، نمونۀ خیلی متداول و شناخته شده ای در بین انواع سیستم خورشیدی نبوده و بیشتر در منازل و محل های مسکونی کوچک مورد استفاده واقع می شود، که از نظر عملیاتی بسیار مؤثر و مقرون به صرفه بوده و از جهت زیست محیطی هم روش خوبی تلقی می گردد.
در این شیوه، برق تولیدی آرایۀ خورشیدی به مصرف شارژ یک یا چند باتری می رسد. در ادامه، انرژی الکتریکی مورد نیاز، از قطب های باتری یا باتری های موجود، راهی یک اینورتر (مبدل برق مستقیم به متناوب یا به عبارت ساده تر تبدیل کننده ی انرژی الکتریکی باتری به برق شهر) شده و پس از تبدیل به برق متناوب هم ولتاژ و هم فرکانس با برق شبکه ، از طریق یک تابلوی برق ، رهسپار مدارات مختلف داخلی منزل می گردد.
با تمهیداتی که در طراحی این سیستم اندیشیده شده ، با خالی شدن باتری ها یا با کم شدن ولتاژ آن ها به یک میزان از قبل پیش بینی شده، ارتباط سیستم برق خورشیدی با مصرف کننده ها به طور خودکار قطع و با برقراری یک مسیر جدید، بارهای مزبور به برق شهر متصل می گردند.
در این فاصله، توان خروجی پنل ها به مصرف شارژ باتری ها رسیده و به مجرد پر شدن آن ها، مجدداً ارتباط اولیه برقرار و مصرف از طریق برق خورشیدی از سر گرفته می شود. در این روش قابلیتی برای فروش برق مازاد به شبکه پیش بینی نشده و کل توان تولیدی به مصرف داخلی خودتان می رسد. در این صورت و با انتخاب این روش، امکان استفاده از مزایایی که در برخی از کشورها برای تولید کنندگان برق خانگی منظور گردیده، شامل حال شما نشده و چون برق مازادی را هم به شبکه نفروخته اید، راهی برای سرشکن کردن هزینه های اولیه هم وجود نخواهد داشت.
در قیاس با یک سیستم متصل به شبکه، طراحی و اجرای یک سیستم برق خورشیدی متصل و متکی به شبکه، بسیار ارزانتر و ساده تر است. البته این طریقه، قسمت اعظم مزایای یک سیستم متصل به شبکه با پشتیبانی باتری را دارا بوده و این حسن را دارد که مالک سیستم، در موقع ضرورت، برق مورد نیاز خود را مصرف کرده و الزامی به مصرف همزمان با تولید آن وجود ندارد. در این صورت اتکاء مصرف کننده به برق شبکه در ساعات اوج مصرف هم کاهش می یابد. دیگر مزیت این طریقه، صرفه جویی در هزینه ها است به این ترتیب که در شروع کار می توانید سیستمی که قادر به تغذیه ی یک یا دو مدار کم مصرف یک خانه است را طراحی کرده و به مرور و با تأمین بودجه، به طور تدریجی آن را گسترش دهید.
البته در هنگام ارزیابی های اولیه باید توجه داشت که با زیاد شدن توان مورد نیاز و افزایش مصرف، به جایی می رسیم که از آن به بعد، گزینش سیستم های متصل به شبکه مقرون به صرفه تر است. در حال حاضر این محدوده چیزی در حدود ۱ کیلووات ساعت است. در این صورت اگر پنل انتخابی به گونه ای است که در هر ساعت بیش از ۱ کیلووات ساعت انرژی الکتریکی تولید می کند، گزینش سیستم های متصل به شبکه با صرفه تر است و بالعکس اگر میزان مزبور کمتر از ۱ کیلووات ساعت است، بهره گیری از روش متصل و متکی به شبکه ارزانتر تمام می شود.
به طورکلی، به جز مواردی که با صرف هزینۀ نسبتاً بالا تصمیم به طراحی و نصب یک سیستم متصل به شبکه داشته و نیازتان بیش از کیلووات ساعت است، بهره گیری از سیستم های متصل و متکی به شبکه، بهترین روش جایگزین است.
5- سیستم های اضطراری جایگزین شبکه برق:
با اندکی تغییر، سیستم قبلی یعنی نمونه متصل و متکی به شبکه را می توان به صورت یک ذخیره یا برق اضطراری جایگزین شبکه در موارد قطع شبکه برق شهر در نظر گرفت. در این صورت و به مجرد قطع شبکه سراسری برق شهر، برق تولیدی این سیستم وارد مدارات داخلی منزل شده و مانع از ایجاد وقفه در مصرف می گردد. در واقع سیستم مورد بحث، منبع تغذیه ذخیره ای است که به مجرد قطع برق شبکه وارد مدار شده و با بهره گیری از انرژی خورشیدی، فقدان برق شهر را جبران می کند.
مزیت این سیستم آن است که با قطع برق شهر، در مصارف عادی وقفه ای ایجاد نمی شود و متقابلاً ایرادش این است که در حالت عادی و در وضعیت برقرار بودن برق شهر، از توان تولیدی و روزمرۀ انرژی خورشیدی بهره ای گرفته نمی شود.
وجوه تمایز سیستم های متصل به شبکه و مستقل از شبکه
سیستم های مستقل از شبکه و نمونه های متصل و متکی به شبکه معمولاً با ولتاژهای ۱۲ تا ۴۸ ولت عمل می کنند.علت آن است که ولتاژ باتری ها پایین بوده و به همین خاطر ایجاد یک سیستم مستقل از شبکه در ولتاژهای پایین، آسان، تغییرپذیر و ایمن است.
اصولاً نصب و تشکیلات سیستم های متصل به شبکه مفصل تر بوده و معمولاً انرژی تولیدی در حد چندین کیلووات ساعت است. چون در این روش با ولتاژهای بالاتری سر و کار داریم. برای دستیابی به چنان ولتاژهایی ناچاریم پنل های متعددی را به صورت سری به یکدیگر متصل سازیم. در ادامه، برق تولیدی مزبور با عبور از یک اینورتر مناسب، به برق AC ای مورد نیاز مبدل می گردد.
در سیستم های متصل به شبکه، چندین پنل را به هم وصل می کنند تا به ولتاژ بالای موردنظر دست یافته و سپس آن را به ورودی اینورتر ارتباط می دهند. گاهی اوقات ممکن است این ولتاژ به چیزی در حدود چند صد ولت هم برسد. مهمترین مزیت این ولتاژ بالا، بازده آن است. با بالا رفتن ولتاژ، توان با افت کمتری مواجه می شود زیرا جریان جاری در مدار پنل ها تا اینورتر از میزان بسیار کمتری برخوردار می گردد.
ضمناً اینورترهای مناسب این روش، با ولتاژهای ورودی بالاتر، بهتر عمل می کنند. نتیجۀ کلی این که، با این ترتیب، کل سیستم، کارآیی مناسب تری داشته و بازده بهتری را ارائه می دهد. البته بالا رفتن ولتاژ با دو اشکال تؤام می گردد؛ اول این که با این افزایش ولتاژ، خطر برق گرفتگی کاربر هم زیاد می شود و دوم آنکه، در صورتی که در آینده تصمیم به ارتقاء و گسترش سیستم داشته باشید، نحوۀ انجام کار با دردسر و پیچیدگی های بیشتری همراه می گردد مگر آنکه از همان ابتدا، پیش بینی های لازم را کرده باشید.
در صورت نیاز به مشاوره لطفا با ما تماس بگیرید.