ينقسم نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى خمسة أوضاع:
1. الطاقة المتبقية للاستخدام الذاتي على الشبكة
2. الطاقة المتبقية للاستخدام الذاتي خارج الشبكة
3. شبكة كاملة
4. خارج الشبكة الكهربائية والشبكة الكهربائية المتصلة/الخارجة عن الشبكة
5. الاستخدام الذاتي، الطاقة الفائضة للشبكة
الطاقة المتبقية للاستخدام الذاتي على الشبكة
يُعد نموذج نظام الخلايا الكهروضوئية هذا هو الأكثر شيوعًا، حيث يُستخدم نظام الطاقة الكهروضوئية الموزعة بشكل عام على نطاق واسع في هذا النموذج.
يمكن استخدام الكهرباء المنتجة من نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية أولاً لتلبية احتياجاته الخاصة، ويمكن بيع الفائض لشركة الكهرباء لتجنب الهدر؛ وفي حال عدم كفاية الطاقة المولدة، تقوم الشبكة بتزويده. مع ذلك، يتطلب هذا الأسلوب التفاوض مع شركة الكهرباء لإبرام اتفاقيات بيع طاقة مناسبة تراعي مصالح الطرفين. تقوم شركات الكهرباء بتركيب عدادات ذكية ثنائية الاتجاه لقياس قدرة توليد الطاقة من محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية واستهلاك الطاقة للمستهلكين، ولتحصيل أو دفع فواتير الكهرباء وفقًا للسياسات والتعريفات المتفق عليها.
أكبر عيوب هذا النموذج هو أن نموذج الإيرادات الخاص به لا يمكن تثبيته، ونسبة الاستخدام الذاتي والطاقة المتبقية إلى الشبكة تتغير باستمرار، وقد تكون القيمة المقدرة للمحطة عند تمويلها وبيعها أقل إلى حد ما من الإنتاج الفعلي، حتى أن الإدارة لا تستطيع الحصول على قيمة أصول معقولة لأنها قلقة بشأن التشغيل المستقبلي للمستخدمين.
الطاقة المتبقية للاستخدام الذاتي خارج الشبكة
تتميز أنظمة الطاقة الشمسية ذاتية الاستخدام المتصلة بالشبكة الكهربائية بميزة "الاتصال بالشبكة دون الحاجة إلى الإنترنت". تقع نقطة الوصول في هذا النوع عند الطرف السفلي لعداد شركة الكهرباء، وهي نقطة الفصل بين الملكية الخاصة والشبكة. نظريًا، لا تتدخل شركة الكهرباء في وصول النظام، ولكن هذا النموذج يتطلب عدم إمكانية إرسال الطاقة الكهروضوئية إلى الشبكة، لذا يجب وجود جهاز حماية من التيار المعاكس. عندما تتجاوز الطاقة المولدة من محطة الطاقة الشمسية حملها، يقوم جهاز الحماية من التيار المعاكس بإعادة إرسال إشارة إلى العاكس، الذي بدوره يقلل من السعة وفقًا للحمل، وذلك لتلبية الطلب على الطاقة وعدم إرسال الكهرباء إلى الشبكة، وبالتالي تحقيق وظيفة نظام الطاقة الشمسية في منع التيار المعاكس.
يُستخدم نموذج نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية هذا عادةً في حالات استهلاك الطاقة الكبير من جانب المستخدم، والاستهلاك المستمر للطاقة، وقلة أو انعدام فترات التوقف أو التوقف الجزئي خلال العام، أو حتى خلال العطلات، حيث يكون حمل صيانة الطاقة لدى المستخدم كبيرًا بما يكفي لاستيعاب الغالبية العظمى من الكهرباء المولدة من النظام. ويتم استهلاك الطاقة المنتجة من النظام قدر الإمكان دون هدر.
شبكة كاملة
في هذا الوضع المتصل بالشبكة، يتم توصيل خرج التيار المتردد لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية مباشرةً بجانب الجهد المنخفض أو جانب الجهد العالي من الشبكة، أي جانب الشبكة من حدود العقار. وبهذه الطريقة، تُباع الكهرباء المنتجة من النظام مباشرةً إلى شركة الشبكة، ويكون سعر البيع عادةً هو متوسط سعر التغذية المحلي، بينما يبقى سعر الكهرباء للمستخدم ثابتًا، ويُطلق على هذا الوضع "خطان للدخل والنفقات، لكل منهما حسابه الخاص".
وتُعد المبيعات المباشرة من الشبكة إلى الشبكة هي أيضاً التيار الرئيسي لتطبيقات الطاقة الشمسية الكهروضوئية؛ ويحب المستثمرون هذا النموذج لأنه سهل وموثوق نسبياً.
خارج الشبكة ومتصل/خارج الشبكة
يُعدّ هذا النموذج المستقل عن الشبكة، والمعروف أيضًا باسم محطات الطاقة الكهروضوئية المستقلة، نظامًا يعمل بشكل مستقل عن الشبكة الكهربائية، ويُستخدم على نطاق واسع نظرًا لعدم وجود قيود جغرافية عليه؛ إذ يُمكن تركيبه واستخدامه طالما توفرت أشعة الشمس. وهو مناسب جدًا للمناطق النائية التي تفتقر إلى شبكة الكهرباء، والجزر المعزولة، وقوارب الصيد، وقواعد تربية الحيوانات في الهواء الطلق، وما إلى ذلك. كما يُمكن استخدامه كجهاز لتوليد الطاقة في حالات الطوارئ في الأماكن التي تشهد انقطاعات متكررة للتيار الكهربائي.
لكن هذا النوع من أنظمة توليد الطاقة يتطلب بطاريات، مما يرفع تكلفة النظام. كما أن عمر البطاريات، والحاجة إلى صيانتها واستبدالها، يزيد من تكلفة الاستخدام. لذا، من الناحية الاقتصادية، يصعب استخدامه على نطاق واسع، ولذلك لا يُنصح باستخدامه في الأماكن التي تتوفر فيها الكهرباء بسهولة.
كما أنها عملية للغاية للأسر في المناطق التي لا تتوفر فيها شبكة كهرباء أو التي تشهد انقطاعات متكررة للتيار الكهربائي. ويُستخدم هذا النظام تحديدًا لحل مشاكل الإضاءة أثناء انقطاع التيار. لذا، صُممت أنظمة توليد الطاقة خارج الشبكة خصيصًا للاستخدام في المناطق النائية أو المناطق التي تشهد انقطاعات متكررة للتيار الكهربائي.
تُعد مصابيح الشوارع الكهروضوئية، ومصابيح الحدائق، وغيرها من المنتجات الكهروضوئية، نظامًا كهروضوئيًا خارج الشبكة.
الاستخدام الذاتي، الطاقة الفائضة للشبكة
تتمثل سيناريوهات تطبيق هذا الوضع المدمج/الخارج عن الشبكة في انقطاعات التيار الكهربائي المتكررة، أو أن سعر الاستخدام الذاتي أغلى بكثير من سعر الشبكة، وأن سعر الذروة أغلى بكثير من سعر القاع.
يتمثل أحد أوجه استخدام الطاقة الكهروضوئية لتشغيل الأحمال في إمكانية ضبطها عند ذروة سعر الإنتاج، مما يقلل من تكلفة الكهرباء؛ ثانياً، يمكن شحنها عند أدنى مستوى للاستهلاك، مما يتيح الاستفادة من فرق السعر بين الذروة وأدنى مستوى لتحقيق الربح؛ ثالثاً، عندما تكون الشبكة الكهربائية تعمل بشكل طبيعي، يعمل النظام كنظام متصل بالشبكة، حيث يتم تغذية الأحمال بالطاقة الكهروضوئية أولاً، ويتم تخزين الطاقة الزائدة في البطاريات أو بيعها للشبكة. يمكن تحويل العاكس إلى وضع التشغيل خارج الشبكة، ويستمر النظام في العمل كمصدر طاقة احتياطي، حيث يتم نقل الطاقة الكهروضوئية وطاقة البطاريات إلى الأحمال المهمة عبر العاكس، دون أي هدر.
يتطلب كل من وضع التشغيل المتصل بالشبكة ووضع التشغيل المنفصل عن الشبكة نفس احتياجات البطاريات، وتكون التكلفة الأولية للاستثمار كبيرة نسبيًا.
يتطلب هذا الأسلوب من الوصول التفاوض مع شركة شبكة الكهرباء بشأن اتفاقية بيع الطاقة ذات الصلة، مع مراعاة مصالح كلا الجانبين.
بشكل عام، سيستخدم معظمهم الوضع المتصل بالشبكة؛ أيهما يتم اختياره، وفقًا للمتطلبات المحددة للمشروع.
