معرفی انواع سیستم های خورشیدی

سیستم تولید انرژی خورشیدی را می توان بطور کلی سیستمی تعریف کرد که به واسطه سلول‌های خورشیدی(مواد فوتوولتاییک) انرژی تابشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌نماید. در شبکه قدرت(شبکه قدرت : شبکه تولید،انتقال،توزیع یا مصرف انرژی الکتریکی) شاید بتوان استفاده از سیستم خورشیدی را به چهاردسته طبقه‌بندی کرد. این چهاردسته به ترتیب عبارت‌اند از سیستم روشنایی خورشیدی ، سیستم خورشیدی منازل ، سیستم خورشیدی مراکز تجاری و در نهایت نیروگاه خورشیدی.در ادامه تلاش می‌شود شرح مختصری از هرکدام از این سیستم‌ها ارائه شود.

باید توجه داشت که لزوما تمام موارد استفاده از سیستم‌های خورشیدی در دسته‌بندی بالا جای نخواهند گرفت. به عنوان مثال در چندسال اخیر شاهد خورشیدی کردن پمپ‌های کشاورزی در کشور عزیزمان هستیم که با اینکه یک کاربرد تجاری است اما چنانچه در ادامه خواهید دید به دلیل توان عموما کم پمپ‌ها در آن دسته جای نخواهد گرفت. مثال نقض دیگر ماشین حساب یا شارژر موبایل خورشیدی است که در هیچ‌کدام از دسته‌های بالا جای ندارند.صرف نظر از این مثال‌ها بررسی کردن دسته‌های اشاره شده در بالا می‌تواند دید مناسبی نسبت به کاربرد سیستم خورشیدی در زندگی به ما بدهد.

دفعه بعد که به خیابان رفتید با دقت بیشتری به برخی چراغ‌های چشمک زن راهنمایی یا تیرهای برق روشنایی نگاه کنید. حتما متوجه پنل‌های خورشیدی با ابعاد کوچک بر بالای آنها خواهید شد.سیستم روشنایی خورشیدی اجزای ساده‌ای دارد. در زیر یک سیستم روشنایی خورشیدی با اجزای آن قابل مشاهده است:

وظیفه پنل خورشیدی که در شکل بالا مشخص است:تبدیل انرژی تابشی به انرژی الکتریکی DC (جریان مستقیم).انرژی الکتریکی پنل خورشید به charge Controller منتقل میشود . همانطور که از اسم آن پیداست(کنترل‌کننده شارژ) وظیفه شارژکنترلر، کنترل شارژ باتری توسط پنل و دشارژ باتری در بار( در اینجا لامپ )است. علاوه بر این برخی حفاظت‌ها نیز در آن تعبیه شده است. می‌توان شارژکنترلر را از این سیستم حذف کرد اما باید توجه داشت چنین کاری عمر باتری را کاهش خواهد داد. تعداد دفعاتی که باتری قابل شارژ است با درصدی از انرژی آن که هر دفعه مصرف می‌شود رابطه عکس دارد(هر چه باتری در هر دشارژ بیشتر خالی شود عمر آن کوتاه‌تر خواهد بود).

نکته دیگر که در حذف شارژکنترلر باید رعایت شود حفاظت‌های آن است که در صورت استفاده نکردن از آن باید به نحوی دیگر در مدار قرار گیرد مثل جریانی که در شب از باتری علاوه بر لامپ به سمت سلول نیز روان خواهد شد.(می‌توان با یک دیود از آن حفاظت کرد).

به طور کل حذف شارژکنترلر توصیه نمی‌شود مگر اینکه صرفه اقتصادی ایجاب کند.باتری در طول روز شارژ می‌شود تا در شب در غیاب خورشید روشنایی برقرار بماند.

یکبار دیگر کار این سیستم خورشیدی را مرور کنیم: در طول روز قسمتی از انرژی الکتریکی خروجی پنل خورشیدی از طریق شارژکنترلر باتری را شارژ می‌کند و قسمتی دیگر روشنایی لامپ را تامین می‌کند(روشنایی در روز!!! ؟؟؟چراغ چشمک زن راهنمایی.اگر دوست ندارید از کلید فوتوسل استفاده کنید یا از شارژکنترلری که سنسور و تایمر داشته باشد). در طول شب انرژی ذخیره شده در باتری

کاربرد : هر چراغی که قرارست در طول روز یا شب روشن بماند، چراغ راهنمایی، چراغ باغ،چراغ حیاط ،چراغ پارک و کلا چراغ.

مشخصات ولتاژ شبکه ایران در سطح مصرف‌کننده‌ها، ۲۲۰V Ac با فرکانس ۵۰Hz است. برق با تعرفه‌های مختلفی از جمله۱۵ آمپر تکفاز،۲۵ آمپر تکفاز، ۳۲ آمپر تکفاز ، ۲۵ آمپر سه‌فاز و … در اختیار مشترکین قرار می‌گیرد. در نگاه اول به نظر می‌رسد تامین چنین جریان‌هایی با سیستم خورشیدی ، هزینه اولیه بسیار بالایی دارد که ممکن است شما را مایوس کند(حتی با قیمت پایین برق ایران نسبت به کشورهای پیشرفته باز هم این طرح توجیه اقتصادی خواهد داشت اما ممکن است پرداخت قبض در طی یک دوره دو ماه یکبار از هزینه اولیه سنگین مطلوب‌تر باشد) .اما این نمی‌تواند نقطه پایان استفاده از انرژی خورشیدی برای منازل در ایران باشد. تامین برق منزل از طریق انرژی خورشیدی در جایی که شبکه سراسری برق وجود ندارد می‌تواند مزیت اقتصادی نسبت به سایر روش‌ها از جمله استفاده از ژنراتور داشته باشد.

نحوه دیگر استفاده از انرژی خورشیدی در منازل ، تولید آن در منزل و واردکردن آن به شبکه سراسری می‌باشد.در نگاه اول این روش با تولید و مصرف انرژی در منزل تفاوت چندانی ندارد اما باید توجه داشت چنانکه در ادامه خواهد آمد، انتقال انرژی به شبکه در عوض مصرف آن، صرفه جویی در اجزای سیستم را در پی خواهدداشت به طوریکه نیاز به باتری و شارژکنترلر از بین خواهد رفت اما باید از اینورتر بهتری استفاده کرد(اینورترهای On Grid با کیفیت موج سینوسی خالص). در این شرایط اداره برق کنتوری جداگانه برای شما وصل خواهد کرد و هر یک یا دوماه هزینه برق تولیدی شما را خواهد پرداخت.ادامه این بحث راجع به مقررات توانیر برای خرید برق، شرایط و قیمت آن را به نوشته‌ی دیگری موکول می‌کنیم.در نظر بگیرید که شما مایل هستید برق مورد نیاز منزل خود را از طریق انرژی خورشیدی تامین نمایید.در این صورت می‌توان دو سیستم برق توامان برای منزل شما متصور بود. یک سیستم ۲۲۰Ac 50Hz که باید موتورهای القایی تکفاز داخل خانه شما از جمله یخچال ، ماشین لباسشویی ، جارو برقی و … را تغذیه کند.و دیگری یک سیستم DC می‌باشد.دیاگرام زیر می‌تواند روشنگر باشد:

تنها جزئی که پیشتر بررسی نشده اینورتر است که بطور خیلی خیلی خلاصه می‌توان گفت ولتاژDC را به AC تبدیل می‌کند.شاید در باره کاربرد سیستمDC در منزل دچار تردید شده باشید، به ذکر این دو نکته بسنده می‌کنم، نکته اول اینکه که دلیلی وجود ندارد که سیستم روشنایی منزل یا حیاط شما حتما AC باشد و نکته دیگر اینکه برخی بارها ذاتاDC هستند مثل شارژر موبایل و لپ تاب که دلیلی وجود ندارد که ابتدا ولتاژ DC را به AC تبدیل کنیم و بعد بالعکس تا گوشی را شارژ کنیم(این حقیقت باعث شده در برخی شارژکنترلرها پورت USB برای این موارد شارژکردن در نظر گرفته شود).

تصاویری که در ادامه می‌آید شاید برای کسانی که نگران ظاهر منزل خود بعد از نصب پنل هستند آرامش بخش باشد.

شاید صاحبان صنایع چندان اهمیتی به پاک بودن انرژی مصرفی در کارخانجات خود ندهند، اما استفاده از سیستم خورشیدی باعث صرفه‌جویی در هزینه برق صنایع خواهد شد.شاید پیش بردن این بحث در غالب چند مثال از پروژه‌های تجاری خورشیدی انجام شده
بهتر باشد:سیستم خورشیدی فرودگاه بین المللی آنتالیا
ظرفیت این سیستم ۲۵۰KW است و بخش اعظم انرژی فرودگاه بین المللی آنتالیا در طول روز را تامین می‌کند.در این پروژه که مورخ دسامبر ۲۰۱۳ به بهره برداری رسیده است ۹۶۲ پنل ۲۶۰W استفاده شده است. در زیر تصاویر این پروژه را مشاهده می‌کنید.

همانطور که می‌دانید بیمارستان از جمله مراکز حساسی هستند که برق در آنها نباید قطع شود.پروژه ۱۵MW این بیمارستان ۱۰ درصد انرژی الکتریکی مورد نیاز در ساختمان‌های بیمارستان را فراهم می‌آورد.علاوه بر آن در صورت قطعی برق به عنوان برق پشتیبان قسمت‌های حساس را تغذیه می‌کند.

این دو مثال کاربرد انرژی خورشیدی را در دو پروژه تجاری بزرگ نمایان ساخت.
کارگاه‌ها و کارخانجات صنعتی متوسط یا بزرگ برق را بصورت سه‌فاز با تعرفه‌های بالاتر از شرکت برق خریداری می‌کنند. بررسی استفاده از انرژی خورشیدی می‌تواند اقتصادی بودن آن در برخی موارد را مشخص کند.نیروگاه خورشیدی (Solar Power Plant)
شاید مبنای قیمت‌گذاری وزارت نیرو برای خرید انرژی خورشیدی ، بتواند معیار خوبی برای تعریف مبنای نیروگاه بودن یک سیستم خورشیدی باشد. تعرفه‌های خرید برق وزارت نیرو ، سیستم‌های خورشیدی را به سیستم با ظرفیت بالای ۱۰MW ، ظرفیت بین ۱۰۰KW تا ۱۰MW ، ظرفیت بین ۲۰KW تا ۱۰۰KW و در نهایت کمتر از۲۰KW تقسیم می‌کند. پس هنگام صحبت از نیروگاه خورشیدی سیستم‌های با ظرفیت در حد مگاوات را در نظر داریم.

طبیعی است که نیروگاه‌های خورشیدی تنها در طول روز کار خواهند کرد.نوع اینورترهای استفاده شده در آنها بایدOn Grid باشد تا استانداردهای موج سینوسی شبکه رعایت شود. در سیستم نیازی به باتری و شارژکنترلر نیست. نکته‌ای که باید توجه کرد سطح ولتاژ برای بخش تولید و انتقال انرژی است . برای جلوگیری از تلف توان در انتقال انرژی از نیروگاه‌ها تا مصرف‌کننده، باید ولتاژ را به وسیله ترانس تاولتاژ خط انتقال افزایش داد(تا ۴۰۰KV).

هدف از این یادداشت مرور مختصر انواع سیستم‌های خورشیدی بود.سعی شد با رسیدن به واژگان تخصصی حوزه انرژی خورشیدی تعریف ساده ای از آنها ارائه ومعرفی دقیق‌تر اجزای سیستم‌های خورشیدی را به وقت دیگری موکول شود.اگر بنظر شما در بخشی از این نوشته اشتباه علمی وجود دارد خوشحال خواهم شد که با من در میان بگذارید. اگر نظر یا پرسشی در رابطه با این یادداشت دارید در بخش نظرات مطرح کنید.امیدوارم که این نوشته مفید واقع شود.