نیروگاه خورشیدی + معرفی اجزای آن
چرا نیروگاه خورشیدی اینقدر مهم هست؟
خورشید مقادیر عظیمی انرژی تأمین میکند که برای رفع مصرف واقعی انسان کافی است. استفاده از سیستمهای فتوولتائیک مزایای قابل توجهی دارد:
- بیصدا: برخلاف سایر نیروگاهها، سیستمهای فتوولتائیک بیصدا هستند زیرا هیچ قطعه متحرکی ندارند.
- بدون انتشار آلاینده: انرژی خورشیدی هیچ انتشار آلایندهای ندارد و به نگهداری کمتری نیاز دارد، به ویژه در مقایسه با نیروگاههای سنتی مبتنی بر سوخت فسیلی.
- تولید انرژی: انرژی خورشیدی به صورت توزیعشده تولید میشود، به این معنی که میتواند در همان مکان که مصرف میشود، تولید شود. این ویژگی باعث میشود انرژی خورشیدی نقش مهمی در تولید انرژی آینده ایفا کند.
تولید برق به روش پدیده فتوولتاییک
تولید برق از تابش خورشید را اثر فتوولتائیک مینامند. سلولهای خورشیدی از این اصل برای تولید برق استفاده میکنند. یک سلول خورشیدی از نیمهرسانا ساخته شده است که جزء اصلی آن سیلیکون است و از سه لایه تشکیل شده است: لایه نوع N و لایه نوع P
هنگامی که یک نیمهرسانای نوع P به یک نیمهرسانای نوع N متصل میشود، یک پیوند PN تشکیل میشود. این اتصال باعث ایجاد یک ناحیه بین دو لایه به نام ناحیه تخلیه میشود که حاوی اتمهای خنثی است.
نور خورشید به راحتی از لایه نازک بالایی عبور کرده و به ناحیه تخلیه میرسد. هنگامی که فوتونهای نور خورشید به ناحیه تخلیه برخورد میکنند، این اتمهای خنثی را میشکنند و الکترونها را از آنها خارج میکنند، که منجر به ایجاد حفرهها و حاملهای بار آزاد میشود.
سپس الکترونها به سمت لایه نوع N و حفرهها به سمت لایه نوع P حرکت میکنند، به دلیل وجود میدان الکتریکی در ناحیه تخلیه. هنگامی که یک مدار الکترونیکی متصل میشود، الکترونها در یک مدار بسته از طریق وسایل الکتریکی مانند چراغها و فنها جریان مییابند. تکرار این فرآیند منجر به تولید برق از نور خورشید با استفاده از پنلهای خورشیدی میشود.
سامانه نیروگاه خورشیدی
نیروگاه خورشیدی مجموعهاي از تجهيزاتي است كه با استفاده از نور خورشيد، انرژي الكتريكي توليد ميكند. اين اجزاء عبارتند از:
- پنل خورشيدي
- باتری
- كنترل كننده شارژ
- اينورتر (مبدل)
انواع روشهای استفاده از نیروگاه خورشیدی
- سامانه مستقل از شبكه (Off grid): این سامانه از شبکه برق سراسری مجزا است.
- سامانه متصل به شبكه (On grid): این سامانه به شبکه برق سراسری متصل است .
صفحات پنلهای نیروگاه خورشیدی
صفحات نیروگاه خورشیدی از اجزایی شامل سلول، مدول، پنل و آرایه تشکیل میشوند. با اتصال چند سلول خورشیدی به یکدیگر، یک مدول شکل میگیرد. قرار گرفتن چند مدول در کنار هم، پنل خورشیدی را تشکیل میدهد. در نهایت، با اتصال سری و موازی پنلها، آرایههای خورشیدی ساخته میشوند.
سلول خورشیدی کوچکترین واحد تشکیلدهنده یک آرایه خورشیدی است و نقش اصلی را در تبدیل انرژی تابشی خورشید به انرژی الکتریکی ایفا میکند.
سیلیکون یکی از فراوانترین عناصر موجود در پوسته زمین به شمار میرود و در حال حاضر، بهعنوان یک نیمههادی بسیار مناسب در ساخت سیستمهای فتوولتائیک مورد استفاده قرار میگیرد. سلولهای خورشیدی کریستالی مبتنی بر سیلیکون، بسته به روش ساخت ویفرهای سیلیکونی، به دو دسته اصلی تقسیم میشوند: سلولهای مونوکریستال سیلیکونی و سلولهای پلیکریستال سیلیکونی.
علاوه بر این، دستهای دیگر از سلولهای کریستالی شامل ترکیباتی مانند گالیم آرسناید هستند که در برخی کاربردهای خاص مورد استفاده قرار میگیرند. با این حال، بیشترین سهم آرایههای فتوولتائیک موجود در بازار، متعلق به سلولهای سیلیکونی است.
اتصالات در پنلهای خورشیدی
اتصالات سلولهای خورشیدی مشابه اتصال پیلهای الکتریکی انجام میشود. اتصال موازی سلولها با هدف افزایش جریان خروجی و اتصال سری آنها بهمنظور افزایش ولتاژ صورت میگیرد. ولتاژ و جریان خروجی حاصل از مدولها و آرایههای خورشیدی از نوع جریان مستقیم (DC) هستند.
ذخیرهسازی انرژی الکتریکی نیروگاه خورشیدی
ذخیرهساز انرژی در نیروگاه خورشیدی وظیفه ذخیرهسازی انرژی الکتریکی تولیدشده را بر عهده دارد. این انرژی ذخیرهشده در زمانهایی که نور خورشید در دسترس نیست، مانند شب یا روزهای ابری، قابل استفاده خواهد بود. ذخیرهساز در این سیستمها معمولاً از نوع باتری است.
سامانه باتری ممکن است شامل اجزای زیر باشد:
- باتری: برای ذخیره انرژی الکتریکی تولیدی توسط پنلهای خورشیدی
- کنترلکننده شارژ باتری: برای مدیریت فرآیند شارژ و جلوگیری از شارژ بیشازحد یا تخلیه کامل باتری
معرفی اجزای تشکیل دهنده نیروگاه خورشیدی
1. باتری
باتریها در هر دو نوع سیستم فتوولتائیک، چه سیستمهای جدا از شبکه و چه سیستمهای متصل به شبکه برق کاربرد دارند. زمانی که تولید برق توسط سیستم خورشیدی بیشتر از میزان مصرف بار باشد، انرژی مازاد در باتری ذخیره میشود.
در مواقعی که نور خورشید در دسترس نیست یا تولید انرژی کمتر از نیاز مصرفکننده است، باتری وارد مدار شده و کمبود انرژی را جبران میکند.
از اینرو، باتری مورد استفاده در سیستمهای فتوولتائیک باید قابلیت شارژ و دشارژ مکرر را داشته باشد تا عملکرد پایدار و مطمئن سیستم تضمین گردد.
انواع باتریهای رایج در این سیستمها عبارتاند از:
- سیلد اسید
- نیکل-کادمیوم
- لیتیوم-یون
2. کنترل شارژ باتری
در سیستمهای فتوولتائیک مستقل از شبکه برق، برای جلوگیری از تخلیه کامل باتریها یا شارژ بیشازحد آنها، از کنترلکننده شارژ استفاده میشود. از آنجا که ولتاژ خروجی مدول خورشیدی با تغییر شدت تابش خورشید متغیر است، در حالی که ولتاژ باتری مقدار ثابتی دارد، وجود یک واسطه جهت تنظیم ولتاژ و جریان ورودی به باتری ضروری است.
کنترلکننده شارژ بهعنوان واسطه بین مدول خورشیدی و باتری عمل میکند و وظیفه تنظیم جریان و ولتاژ ورودی به باتری را بر عهده دارد. همچنین، این تجهیز معمولاً دارای یک خروجی مستقل برای تغذیه مصرفکنندههای جریان مستقیم (DC) نیز میباشد.
3. اینورتر
اینورتر یا مبدل الکترونیک قدرت AC/DC، تجهیزی است که برق مستقیم (DC) تولیدی توسط آرایههای فتوولتائیک را دریافت کرده و آن را به جریان متناوب (AC) یکفاز یا سهفاز تبدیل میکند. مشخصات الکتریکی خروجی اینورتر، از جمله ولتاژ و فرکانس، باید با نیاز مصرفکننده یا شبکه برق (سراسری یا محلی) کاملاً مطابقت داشته باشد.
توان نامی اینورتر باید معادل یا بیشتر از مجموع توان مصرفی تجهیزات متصل به سیستم باشد تا عملکرد پایدار و ایمن تضمین گردد.
انتخاب اینورتر مناسب به عوامل زیر بستگی دارد:
- میزان انرژی خروجی مدولهای خورشیدی
- ظرفیت توسعه و امکان افزایش تعداد مدولها در آینده
- سازگاری با مشخصات فنی شبکه برق و نیازهای مصرفکنندهها
انواع اینورتر
اينورتر نسبت به نوع سيستم فتوولتاييك متصل به شبكه و جدا از شبكه برق بر دو نوع است:
- متصل به شبكه برق (inverter On grid)
- جدا از شبكه برق (inverter Off grid )
اینورتر متصل به شبکه:
در صورتی که سیمکشی سیستم فتوولتائیک به شبکه برق متصل باشد و انرژی خورشیدی با هدف کاهش هزینههای برق مصرفی از شبکه نصب گردد، یا در شرایطی که به هر دلیل نیاز به اتصال سیمکشی برق به شبکه وجود داشته باشد، از اینورتر متصل به شبکه استفاده میشود. مشخصات اصلی شبکه از جمله ولتاژ و فرکانس باید با خروجی اینورتر مطابقت کامل داشته باشد. در نتیجه، هزینه برق مصرفی کاهش مییابد.
در صورتی که سیستم خورشیدی بیش از میزان مورد نیاز برق تولید کند، میتوان انرژی مازاد را به شبکه برق فروخت. با توجه به نوسانات تولید برق توسط ماژولهای خورشیدی که ناشی از تغییرات شدت تابش نور خورشید است، استفاده از باتری ممکن است ضروری باشد. البته اگر تغییرات ولتاژ اهمیت چندانی نداشته باشد، استفاده از باتری الزامی نیست.
اینورتر جدا از شبکه:
این نوع اینورترها، همانطور که از نامشان پیداست، قابلیت اتصال به شبکه برق را ندارند و امکان اتصال مستقیم آنها به شبکه وجود ندارد. تقریباً تمامی اینورترهایی که در مناطق فاقد دسترسی به شبکه برق و برای سیستمهای کوچک مورد استفاده قرار میگیرند، از نوع جدا از شبکه هستند.
در سیستمهای جدا از شبکه، اینورتر وظیفه دارد برق ذخیرهشده در باتری را از ولتاژ مستقیم ۱۲ ولت به ولتاژ متناوب ۲۳۰ ولت تبدیل کند تا برای استفاده در تجهیزات برقی خانگی مناسب باشد. توصیه میشود شکل موج خروجی اینورتر تا حد امکان به موج سینوسی نزدیک باشد تا عملکرد تجهیزات الکتریکی بهینه و بدون اختلال باشد.
این نوع اینورترها با اینورترهای متصل به شبکه تفاوت دارند، زیرا وظیفه آنها تبدیل برق یکنواخت و ذخیرهشده در باتری به برق متناوب قابل استفاده است، نه همزمانسازی با مشخصات شبکه برق.
4. اتصالات و کابلکشی در سیستم خورشیدی
پشت ماژولهای خورشیدی، یک جعبه اتصال نصب شده است که دو سیم خروجی مثبت (قرمز) و منفی (مشکی) به آن متصل میگردند. در نمونههای بزرگتر، این جعبه اتصال معمولاً با کابل و کانکتور نوع MC4 ارائه میشود.
در ماژولهای خورشیدی کوچکتر نیز میتوان با استفاده از سیمهای معمولی، اتصال مورد نیاز را از طریق جعبه اتصال پشت ماژول برقرار نمود.
هنگام سیمکشی ماژولها، از سیم زرد و سبز برای اتصال به زمین استفاده میشود. همچنین، کابلهای مخصوص اتصال ماژولها به دلیل قرار گرفتن در معرض تابش مستقیم نور خورشید، باید دارای مقاومت در برابر اشعه فرابنفش (UV) باشند تا از آسیبدیدگی و کاهش عمر مفید آنها جلوگیری شود.
آیا این مقاله برایتان مفید بود؟
