مروری بر ایدههای اصلی پشت منابع انرژی فتوولتائیک
دستهبندی سیستماتیک به گروهها
دو نوع سیستم فتوولتائیک وجود دارد: آنهایی که بدون اتصال به شبکه برق کار میکنند و آنهایی که به شبکه برق متصل هستند.
۱. یک سیستم فتوولتائیک مستقل به عنوان یک گزینه خارج از شبکه نیز شناخته میشود. یک ماژول سلول خورشیدی، یک موتور و یک انباره، بخشهای اصلی سیستم را تشکیل میدهند. برای تأمین انرژی باری که از جریان متناوب (AC) استفاده میکند، باید یک مبدل AC راهاندازی کنید. نیروگاههای فتوولتائیک مستقل شامل طیف وسیعی از سیستمهای برق خودکفا، مانند سیستمهای برق خورشیدی خانگی، سیستمهای برق روستایی و سیستمهای برق فتوولتائیک با باتریهای ذخیرهسازی هستند. این سیستمها میتوانند به تنهایی کار کنند و برای بسیاری از موارد، مانند تأمین انرژی سیگنالهای تماسی، محافظت در برابر کاتدها و روشن کردن خیابانها با انرژی خورشیدی استفاده میشوند.
۲. گزینه انرژی متصل به شبکه، برق جریان مستقیم تولید شده توسط پنلهای خورشیدی را به برق جریان متناوب تبدیل میکند که با شبکه برق شهر کار میکند. این امر به آن اجازه میدهد تا مستقیماً به شبکه عمومی متصل شود. این واحدها را میتوان واحدهای "متصل به شبکه" نامید و ممکن است باتری داشته باشند یا نداشته باشند. سیستم برقی که به شبکه متصل است و دارای انباره است، میتواند به راحتی برنامهریزی شود تا در صورت نیاز به شبکه متصل یا از آن جدا شود. سیستمهای PV متصل به شبکه برای خانهها معمولاً دارای انباره هستند. از سوی دیگر، سیستمهای بزرگتر معمولاً دارای سیستمهای PV متصل به شبکه بدون انباره هستند که قابل برنامهریزی نیستند و برق پشتیبان ندارند. نیروگاههای فتوولتائیک بزرگ که به شبکه برق ملی متصل هستند، برای تولید برق خورشیدی متصل به شبکه استفاده میشوند. انرژی این نیروگاهها مستقیماً از طریق شبکه به خانهها و مشاغل میرسد. از سوی دیگر، سرمایهگذاری در این نوع نیروگاه هزینه زیادی دارد، ساخت آن زمان زیادی میبرد، فضای زیادی را اشغال میکند و اخیراً پیشرفت زیادی نداشته است. بیشتر سیستمهای فتوولتائیک متصل به شبکه، فتوولتائیکهای متصل به شبکه در مقیاس کوچک هستند، مانند پنلهای خورشیدی که در ساختمانها نصب میشوند. دلیل این امر این است که ساخت آنها به پول کمی نیاز دارد، میتوان به سرعت آنها را انجام داد، تأثیر کمی بر جای میگذارد و از حمایت سیاسی قوی برخوردار است.
قطعات سختافزاری
یک سیستم برق فتوولتائیک شامل یک آرایه خورشیدی، یک باتری ذخیره، یک کنترل کننده شارژ و دشارژ، یک اینورتر، یک جعبه توزیع AC، یک سیستم کنترل ردیابی خورشیدی و سایر قطعات مهم است.
برخی از ابزارها به این روش کار میکنند:
دستگاه برق خورشیدی
نور، مانند نور خورشید یا سایر منابع نور، باعث میشود سلول انرژی دریافت کند و در هر دو انتها بار عجیب و غریبی ایجاد کند. نام این پدیده "ولتاژ تولید شده توسط نور" است. بسیاری از مردم این اثر را اثر فوتوالکتریک مینامند. برای اینکه نور به الکتریسیته تبدیل شود، باید یک نیروی محرکه الکتریکی بین دو انتهای سلول خورشیدی وجود داشته باشد. نام این پدیده اثر خورشیدی است. تبدیل انرژی به چیز دیگری با کمک سلولهای خورشیدی آسانتر است. سلولهای خورشیدی از سه نوع مختلف سلولهای سیلیکونی تشکیل شدهاند: سلولهای خورشیدی سیلیکون آمورف، سلولهای خورشیدی سیلیکون پلی کریستالی و سلولهای خورشیدی سیلیکون تک کریستالی.
باتری که برق را ذخیره میکند
وقتی آرایه سلول خورشیدی روشن میشود، مدل کاربردی میتواند انرژی تولید شده را ذخیره کرده و در هر زمانی از روز آن را به بار ارسال کند. برای اینکه سلولهای خورشیدی انرژی تولید کنند، باید ارزان باشند، مدت زیادی دوام بیاورند، دشارژهای سنگین را به خوبی تحمل کنند، سریع شارژ شوند و به نگهداری کمی نیاز داشته باشند یا اصلاً نیازی به نگهداری نداشته باشند. همچنین باید بتوانند در طیف وسیعی از دماها کار کنند.
کنترلهای شارژ و دشارژ
بدون هیچ کمکی از جانب شما، این ابزار میتواند از شارژ یا دشارژ سریع باتریها جلوگیری کند. تعداد دفعات و عمق دشارژ شدن باتری، مدت زمان دوام آن را تعیین میکند. به همین دلیل است که داشتن یک مانیتور شارژ و دشارژ که بتواند از شارژ بیش از حد یا کمبود شارژ باتری جلوگیری کند، بسیار مهم است.
جریان متناوب (AC) نقطه مقابل جریان مستقیم (DC) است و یک ژنراتور، جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) تبدیل میکند.
چیزی که جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل میکند. بار AC است، اما سلولهای خورشیدی و باتریها DC هستند، بنابراین به یک سوئیچ نیاز است. بر اساس نحوه کار آنها، اینورتر را میتوان به دو گروه تقسیم کرد: یک اینورتر خورشیدی که به تنهایی کار میکند و یک اینورتر که به شبکه برق متصل است. اگر فقط از سلولهای خورشیدی برای تولید برق استفاده میکنید، میتوانید یک بار متفاوت را با یک ژنراتور مستقل تغذیه کنید. ترانسفورماتور خورشیدی که به شبکه برق متصل است، چیزی است که باعث میشود سیستم انرژی خورشیدی با شبکه کار کند. اینورترها در دو نوع مختلف وجود دارند: اینورترهای موج سینوسی و اینورترهای موج مربعی. ساخت مدار مبدل موج مربعی ساده و ارزان است، اما دارای یک جزء هارمونیک بزرگ است. معمولاً برای موارد زیر از آن استفاده میشود: نیاز به هارمونیک چند صد وات یا کمتر. اینورترهای موج سینوسی گران هستند، اما میتوانند بسیاری از کارهای مختلف را تغذیه کنند.
گجتی که ردیابی خورشیدی را کنترل میکند
زاویه نور خورشید در تمام طول سال با طلوع و غروب خورشید در بهار، تابستان، پاییز و زمستان تغییر میکند. دلیل این امر این است که سیستمها در یک مکان ثابت قرار دارند. برای اینکه بهترین عملکرد را داشته باشند، سلولهای خورشیدی باید همیشه رو به خورشید باشند. در حال حاضر، دستگاه ردیابی خورشید باید از طول و عرض جغرافیایی خود برای تشخیص زاویه خورشید در زمانهای مختلف سال استفاده کند. PLC، میکروکنترلر یا نرمافزار رایانهای، مکان خورشید را در تمام طول سال حفظ میکند. این کار با محاسبه مکان خورشید برای دستیابی به ردیابی انجام میشود. از نظریه دادههای رایانهای استفاده میشود و به دادهها و تنظیمات طول و عرض جغرافیایی زمین نیاز دارد. پس از راهاندازی، جابجایی یا جدا کردن آن آسان نیست. دادهها و پارامترها باید هر بار تنظیم مجدد شوند. اصول، مدارها، فناوری و تجهیزات پیچیده هستند و افرادی که حرفهای نیستند نمیتوانند به راحتی آنها را تغییر دهند. ردیابهای خورشیدی هوشمند را میتوان روی ماشینهای سریع و قطارها و همچنین کشتیها، نیروی دریایی، وسایل نقلیه اضطراری ارتباطی و وسایل نقلیه ویژه جنگی نصب کرد. ردیاب هوشمند خورشید میتواند اطمینان حاصل کند که سیستم صرف نظر از جهت یا نحوه چرخش خورشید، در مسیر خود باقی میماند.
کارهایی که میتوانید با انرژی خورشیدی انجام دهید
اثر فتوولتائیک برهمکنش نیمهرساناها، تمام چیزی است که تولید برق فتوولتائیک (PV) به آن مربوط میشود. این اثر، نور را به برق تبدیل میکند. یک سلول خورشیدی مهمترین بخش است. ماژولهای خورشیدی با مساحت بزرگ را میتوان با قرار دادن سلولهای خورشیدی در یک ردیف و محافظت از آنها ساخت. سپس میتوان این ماژولها را با کنترلکنندههای قدرت و سایر قطعات کنار هم قرار داد تا یک دستگاه تولید برق فتوولتائیک ساخت. PV بهتر است زیرا میتوان از آن در مکانهای بیشتری استفاده کرد زیرا خورشید در همه جا میدرخشد. از دیگر مزایای سیستم PV این است که ایمن و قابل اعتماد است، سر و صدا یا آلودگی ایجاد نمیکند، از سوخت استفاده نمیکند و خطوط کابل را میتوان در محل نصب کرد که روند ساخت و ساز را سرعت میبخشد. برق فتوولتائیک بر اساس ایده اثر فتوولتائیک، از سلولهای خورشیدی برای تبدیل مستقیم نور خورشید به برق استفاده میکند. یک سیستم برق فتوولتائیک عمدتاً از پنلهای خورشیدی (که ماژول نیز نامیده میشوند)، کنترلکنندهها و اینورترها تشکیل شده است. میتوان آن را به تنهایی یا به شبکه برق متصل کرد. از آنجا که بیشتر این قطعات الکتریکی هستند و نه مکانیکی، تجهیزات فتوولتائیک بسیار خوب ساخته شدهاند، قابل اعتماد، بادوام و راهاندازی و نگهداری آنها ساده است. فناوری فتوولتائیک میتواند برای هر چیزی، از تأمین انرژی سفینههای فضایی گرفته تا خانهها، از بازیها گرفته تا نیروگاههای مگاواتی و موارد دیگر، مورد استفاده قرار گیرد.
سلولهای خورشیدی که در ویفرهایی مانند سیلیکون تک کریستالی، سیلیکون چند کریستالی، سیلیکون آمورف و سلولهای فیلم نازک عرضه میشوند، اساسیترین بخشهای فتوولتائیک خورشیدی هستند. در حال حاضر، باتریهای تک کریستالی و پلی کریستالی محبوبترین باتریهای آمورف برای سیستمهای کوچک و منبع تغذیه پشتیبان کامپیوتر هستند.
