سیستم‌های برق خورشیدی

۱)    پنلهای خورشیدی

این بخش در واقع مبدل انرژی تابشی خورشید به انرژی الکتریکی بدون واسطه مکانیکی می‌باشد. پنل‌های  فتوولتائیک که در معرض تابش خورشید قرار می‌گیرند، متشکل از سلولهای فتوولتائیک هستند.

لازم به ذکر است، جریان و ولتاژ خروجی از این پنلها DC می‌باشد. این پنل‌ها طوری ساخته شده‌اند که در برابر همه سختی‌های محیط مانند سرمای شدید قطبی، گرمای بیابان، رطوبت استوایی و بادهای شدید مقاومت می‌کنند با اینحال جنس این وسایل از شیشه بوده و در اثر ضربات سنگین ممکن است بشکنند.

۲)    تولید توان مطلوب یا بخش کنترل

این بخش در واقع کلیه مشخصات سیستم را کنترل کرده و توان تولیدی پنل‌ها را طبق طراحی انجام شده و نیاز مصرف کننده به بار یا باطری ، تزریق یا کنترل می‌کند. لازم به ذکر است که در این بخش مشخصات و عناصر تشکیل دهنده با توجه به نیازهای بار الکتریکی، مصرف کننده و نیز شرایط آب و هوایی محلی تغییر می‌کند. بنابراین خرابی احتمالی در هر بخش یا اطلاعات مربوط به هر قسمت را می‌توان از بخش کنترل گرفت. این مجموعه از زیر مجموعه یا بخشهای متعددی تشکیل شده است که شامل : باطری ، شارژ کنترلر ،MPPT ، اینورتر و سیستم کنترل می باشد. لازم به ذکر است برای هر مصرف کننده لزوما از تمام بخشهای مذکور استفاده نمی‌گردد، بلکه طبق مشخصات و نیازهای هر مصرف کننده، بخش تولید توان مطلوب از بعضی از زیر بخشهای مذکور، تشکیل می‌گردد. بنابراین وظایف کنترل کننده به شرح زیر می باشد:

تطبیق عملکرد کلیه اجزاء سیستم ( شامل ،MPPT شارژ کنترل و . . . )

فرمان به بخشهای مختلف در مواقع لزوم

جمع آوری اطلاعات از عملکرد سیستم

اطلاع رسانی از اجزاء سیستم

حفاظت کل سیستم

حفاظت سیستم زمین

باطری و ذخیره انرژی

انرژی تابشی خورشید در طی روز متغیر می‌باشد، بنابراین در بسیاری از کاربردهای انرژی خورشیدی منبع ذخیره

انرژی لازم است.

·        افزایش عملکرد سیستم فتوولتائیک و زمان کاربرد

·        ذخیره انرژی خورشیدی تبدیل شده به انرژی الکتریکی

·        تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز در زمان عدم وجود تابش خورشید

·        قابلیت اتصال بصورت سری و موازی برای دستیابی به توان‌های بیشتر

وجود منبع ذخیره در سیستم فتوولتائیک بقدری مهم است که سیستم‌های فتوولتائیک را به دو دسته کلی تقسیم بندی می‌کنند:

·        با منبع ذخیره

·        بدون منبع ذخیره

منبع ذخیره خود می‌تواند به دو نوع زیر تعریف گردد :

بر اساس بار مصرفی (محصول تولیدی ذخیره شود) مثلا در پمپاژ خورشیدی در طی روز و در زمان وجود خورشید و برق حاصل از پنلها، آب لازم را در مخزن ذخیره جمع آوری شده و در مواقع عدم وجود خورشید و برق فتوولتائیک، از حجم آب ذخیره شده در مخزن استفاده نمود.

ذخیره به صورت الکتروشیمیایی (ذخیره در باطری ها) در این روش انرژی الکتر کیی تولیدی از پنلهای فتوولتائیک در منبع ذخیره ساز الکتروشیمیایی (باطری) ذخیره می‌شود و در مواقع لزوم مصرف می‌گردد.

 

شارژ کنترلر  و واحد کنترل بار

وظیفه اصلی این بخش عبارت است از کنترل وضعیت شارژ و دشارژ باطری ها بطوریکه از حداکثر عمر مفید آنها استفاده گردد و از دو بخش شارژ و واحد کنترل ولتاژ بار تشکیل شده است. بخش شارژ، وضعیت شارژ باطری‌ها را از نظر جریان و ولتاژ ورودی، دمای محیط و غلظت الکترولیت و … کنترل کرده و در مواقع لزوم، طبق طراحی‌های انجام شده عملکرد لازم را متناسب با شرایط و وضعیت باطری‌ها بر سیستم اعمال می‌کند بگونه‌ای که طول عمر مفید را افزایش داده و امکان استفاده از بیشترین ظرفیت قابل دسترس باطری‌ها را نیز در اختیار مصرف کننده قرار دهد. وظیفه بخش دیگر تنظیم و کنترل سیکل دشارژ باطری‌ها و جلوگیری از کاهش طول عمر و فرسودگی باطری‌ها می‌باشد.

 

به طور خلاصه وظیفه این دستگاه عبارتست از:

 

·        تست ولتاژ خروجی پنلها

·        تست جریان خروجی پنلها

·        تست ولتاژ خروجی باطریها

·        تست جریان خروجی باطریها

·        تست دمای محیط

·        تست غلظت الکترولیت باطریها

·        تصمیم گیری قطع یا وصل ولتاژ و جریان خروجی پنلها جهت شارژ باطریها

·        تصمیم گیری قطع یا وصل ولتاژ و جریان خروجی پنلها جهت مصرف کننده

 

MPPT

این سیستم در واقع یک مبدل DC-DC تطبیق امپدانس بین مقاومت دینامیکی پنلهای خورشیدی و مصرف کننده را تامین می‌نماید. از این سیستم می‌توان در سیستم‌های مستقل و هم در سیستم‌های متصل به شبکه سراسری برق استفاده نمود.

اینورتر، مبدل DC/AC

تبدیل توان از صورت DC به AC توسط یک مبدل (اینورتر) صورت می‌گیرد. در سیستم‌های فتوولتائیک برق حاصله بصورت DC می‌باشد و از آنجائیکه اغلب بارهای موجود در صنعت و مصارف الکتریکی با برق ACکار می‌کنند، می‌توان این برق را توسط یک دستگاه اینورتر تبدیل نموده و مشخصه‌های آن را مانند ولتاژ و فرکانس با مولفه‌های مورد نیاز مصرف کننده مطابقت داد.

اینورترها را می توان به ۳ گروه زیر تقسیم نمود:

اینورتر مستقل Stand Alone Inverter

این نوع اینورتر توان DC ذخیره شده در باطری‌ها را به توان AC تبدیل می‌کند. انتخاب اینورتر برای یک سیستم

قدرت مستلزم ماکزیمم بار تغذیه شونده، ماکزیمم اضافه جهش مورد نیاز، ولتاژ خروجی مورد نیاز، ولتاژ باطری ورودی و سایر مشخصات، قابل انتخاب است. سایز یک اینورتر با استفاده از ماکزیمم خروجی پیوسته آن سنجیده می شود، که این مقدار بایستی بیشتر از توان مصرفی بارهای AC استفاده شونده تحت کنترل باشد.

 

اینورترهای همزمان Synchronous Inverter

این اینورترها توان DC را به توان AC تبدیل کرده و آن را به شبکه تزریق می‌کنند. این اینورترها مستقیما به آرایه PV متصل شده و زمانی که خورشید در حال تابش می‌باشد، الکتریسیته تولید شده از آرایه های PV به اینورتر تزریق می‌شود. چنانچه توان تولیدی بیشتر از توان مصرفی باشد، این تفاوت به شبکه اعمال می‌شود و چنانچه توان

مصرفی بیشتر از توان تولیدی باشد این کمبود از طریق شبکه جبران می‌شود.

 

اینورتر چند منظوره MultiFunction Inverter

این اینورترها به طور همزمان هم می‌توانند بعنوان یک اینورتر مستقل و هم یک اینورتر همزمان عمل کنند. این نوع اینورتر علاوه بر اتصال به خطوط شبکه قدرت به بانکهای باطری نیز متصل است. در زمانی که باطری‌ها از طریق یک منبع نیرو مثلا آرایه‌های فتوولتائیک شارژ شده باشند، بارهای مورد استفاده خواهند بود و چنانچه باطری‌ها دشارژ باشند، شبکه قدرت این وظیفه را بر عهده دارد.

 

 

۳)  مصرف کننده یا بار الکتریکی :

با توجه به خروجی DC پنلهای فتوولتائیک، مصرف کننده می‌تواند دو نوع DC یا AC باشد، همچنین با آرایشهای مختلف پنلهای فتوولتائیک می‌توان نیاز مصرف کنندگان مختلف را با توانهای متفاوت تامین نمود.

به همین علت سیستمهای فتوولتائیک بیشترین بازار تجاری را در زمینه کاربرد انرژی های نو بخود اختصاص داده‌اند. لازم به ذکر است که مصرف کننده‌های فتوولتائیک یاد شده می‌توانند در رنج توانی متفاوت باشند.

بار DC

بار بطور مستقیم بر ویژگی‌های کل سیستم PV اثر می‌گذارد. بارهای بیش از اندازه که به نیرویی بیشتر از نیروی

تولیدی مدول‌ها و یا ذخیره باطری نیاز دارند، سبب از کار افتادن سیستم می‌شوند. مانند لامپهای هالوژنی، بارهای حرارتی مصرف کنندگان (توستر، هویه و گرم کننده های آب و هوا) ، بارهای القایی شامل موتور یا آهنربای الکتریکی.

بار AC

بار AC در سیستم فتوولتائیک که شامل اینورتر است استفاده می‌شود. در حالت کلی تلاش بر این است که بارهای AC محدود شود چرا که در تبدیل DC به AC در اینورتر، اتلاف انرژی رخ می‌دهد. برای مثال لامپهای

روشنائی فلورسنت و سدیم کم فشار AC دارای بازده بیشتری هستند.

انواع روشهای استفاده از سیستمهای فتوولتائی ک

·        سیستمهای مستقل از شبکه  Stand Alone

·        سیستمهای متصل به شبکه  Grid Connected

 

مستقل از شبکه سراسری برق

برای تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز مناطق خارج از شبکه و جلوگیری از گسترش بیش از حد شبکه سراسری

برق از سیستم های فتوولتائیک مستقل از شبکه استفاده می‌شود. در این روش انرژی الکتریکی مورد نیاز با استفاده از پنلهای فتوولتائیک و سیستمهای ذخیره کننده و کنترل کننده نسبتاً ساده، قابل تأمین می‌باشد. بازه توانی این سیستم از چند وات تا چندین مگاوات قابل نصب و راه اندازی می‌باشد و بعنوان یک واحد نیروگاهی با طول عمر مناسب حدود ۲۵ سال می‌تواند با قابلیت اطمینان بالا جهت تامین برق مورد نیاز استفاده گردد. از جمله مزایایی که در رشد و توسعه این سیستم بویژه در مناطق محروم کشور نقش عمده و بسزایی دارد می توان به موارد زیر اشاره کرد:

·        عدم نیاز به شبکه سراسری، سیستم انتقال شبکه و تعمیرو نگهداری آن

·        عدم نیاز به سوخت و مشکلات سوخت رسانی بویژه در مناطق صعب العبور

·        عدم نیاز به تعمیر و نگهداری مداوم و طول عمر مناسب

 

کاربرد این نیروگاهها تأمین برق خانه‌های مسکونی، چادرهای عشایری، کلبه‌های روستایی و بصورت کلی رفع نیاز الکتریکی مناطقی می‌باشد که دارای شبکه سراسری برق نمی‌باشند. توسط این سیستمها می‌توان نیازهای اولیه مانند روشنایی، یخچال، تلویزیون و … را تأمین نمود. این سیستم قادر است توان مورد نیاز مصرف کننده را بطور کامل و بصورت مستقل از شبکه سراسری برق تأمین نماید. مشخصات تجهیزات مورد نیاز بر اساس توان مصرفی تغییر می‌نماید. جدول زیر تجهیزات یک سیستم فتوولتائیک با توان ۱kw و زمان مصرف ۲۴ ساعت در شبانه روز را نشان می‌دهد.

 

متصل به شبکه سراسری برق

بمنظور تقویت شبکه سراسری برق و جلوگیری از فشار الکتریکی وارده بر نیروگاهها در طی روز، استفاده از نیروگاههای فتوولتائیک متصل به شبکه سراسری بصورت متمرکز و یا غیرمتمرکز از جمله راه حلهای این مشکل می‌باشد. امروزه سیستمهای فتوولتائیک متصل به شبکه در بسیاری از کشورهای جهان در واحدهای کوچک از یک کیلووات تا ۵ یکلووات در بام منازل مسکونی و در واحدهای بزرگتر بصورت نیروگاه‌های فتوولتائیک نصب و راه اندازی شده است. عملکرد این سیستم بگونه‌ای است که برق حاصل از پنلهای خورشیدی با استفاده از تجهیزات الکترونیکی مستقیما به برق از نوع AC تبدیل می‌گردد و به شبکه سراسری تزریق می‌شود. و ضمن بهره جویی از امکانات شبکه سراسری برق و ضمن دسترسی به آن می‌تواند به عنوان یک تولید کننده کوچک در زمان تابش خورشید به شبکه سراسری برق، تزریق انرژی داشته باشد.

از مزایای این سیستم می توان به موارد زیر اشاره کرد:

·        نصب و راه اندازی ساده

·        راندمان بالا و عدم نیاز به تجهیزات جانبی پیچیده

·        عدم نیاز به باطری جهت ذخیره انرژی الکتریکی

۳ دیدگاه در “سیستم‌های برق خورشیدی

ثبت دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *


پشتیبانی