سیستم ذخیره انرژی فتوولتائیک چیست؟
سیستم ذخیره انرژی فتوولتائیک ترکیبی از تجهیزات و فناوری است که انرژی خورشیدی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند تا لوازم خانگی را تغذیه کند و در عین حال مازاد آن را برای استفاده در شب یا در صورت عدم وجود برق شهری ذخیره میکند.
چیست و اجزای اصلی آن کدامند؟
۱. ماژول فتوولتائیک: از چندین ماژول فتوولتائیک (که با نام پنل خورشیدی نیز شناخته میشوند) تشکیل شده است که وظیفه جذب نور خورشید و تبدیل آن به جریان مستقیم را بر عهده دارند.
۲. قفسه، لوازم جانبی و کابلها: برای نصب پنلهای خورشیدی و انتقال برق DC تولید شده به اینورتر استفاده میشود.
۳. اینورترها (اینورترهای متصل به شبکه و خارج از شبکه): برق جریان متناوب (AC) با معکوس کردن برق جریان مستقیم (DC) تولید شده توسط پنلهای خورشیدی ایجاد میشود و برق اضافی را در یک سیستم ذخیره انرژی ذخیره میکند، که میتواند به شبکه برق شهری نیز متصل شود.
۴. دستگاههای ذخیره انرژی: معمولاً به باتریهایی مانند باتریهای لیتیومی و انواع دیگر باتریها اشاره دارد که برق تولید شده توسط انرژی خورشیدی را که بلافاصله استفاده نمیشود از طریق اینورتر برای استفادههای بعدی ذخیره میکنند.
۵. EMS و BMS: EMS سیستمی است که عملکرد کل سیستم را نظارت و مدیریت میکند تا اطمینان حاصل شود که همه قسمتها به طور کارآمد و ایمن کار میکنند. BMS سیستم مدیریت باتری ذخیره است که شارژ و دشارژ باتری را بهینه و کنترل میکند.
۶. جعبه همگرایی: شامل انواع تجهیزات و کلیدهای حفاظتی، مانند محافظ سرج (محافظت در برابر صاعقه) در وسط اینورتر دسترسی خورشیدی، فیوزها، قطع کنندههای مدار DC، قطع کنندههای مدار ورودی برق شهری، قطع کنندههای مدار خروجی منبع تغذیه بدون وقفه و غیره.
اثر فتوولتائیک، چگونگی تولید برق از انرژی خورشیدی
۱. جذب فوتونها: هنگامی که نور خورشید (از جمله سایر منابع نوری) به ماده (سیلیکون) پنل خورشیدی برخورد میکند، انرژی فوتونها توسط ماده نیمههادی جذب میشود.
۲. برانگیختگی الکترونها: انرژی فوتون جذبشده باعث میشود الکترونهای موجود در نیمهرسانا از نوار ظرفیت به نوار رسانش جهش کنند و آنها را از حالت مقید به حالت آزاد تغییر دهند.
۳. تولید جفت الکترون-حفره: وقتی یک الکترون به نوار رسانش برانگیخته میشود، یک حفره در نوار ظرفیت باقی میگذارد. این الکترون و حفره، یک جفت الکترون-حفره تشکیل میدهند.
۴. برقراری میدان الکتریکی: نواحی نوع P و نوع N معمولاً در مواد فتوولتائیک وجود دارند و در محل اتصال این دو ناحیه (یعنی محل اتصال PN)، یک میدان الکتریکی داخلی تشکیل میشود.
۵. هدایت جریان الکترونها: این میدان الکتریکی داخلی، الکترونهای آزاد را به سمت ناحیه نوع N و حفرهها را به سمت ناحیه نوع P هدایت میکند و این حرکت، جریان ایجاد میکند.
۶. جمعآوری جریان: این جریان از طریق یک اینورتر به برق AC یا DC تبدیل شده و برای استفادههای بعدی در سیستم ذخیره انرژی ذخیره میشود.
نحوه عملکرد اینورترهای متصل به شبکه و جدا از شبکه و نحوه عملکرد آنها
۱. اینورتر متصل به شبکه، توان DC تولید شده توسط پنلهای خورشیدی را از طریق ماژول MPPT به ولتاژ باس مناسب برای اینورتر تبدیل میکند و سپس آن را از طریق قطعات الکترونیکی به توان AC برای تغذیه لوازم خانگی تبدیل میکند و در صورت وجود توان اضافی، به همان ولتاژ سیستم ذخیرهسازی تبدیل شده و برای پشتیبانگیری به سیستم ذخیرهسازی شارژ میشود و در صورت وجود توان اضافی، معکوس شده و به شبکه برق متصل میشود.
۲. سیستمهای ذخیره انرژی فتوولتائیک (PV) دارای حالتهای خودتولیدی و خودمصرفی، حالتهای اصلاح اوج مصرف (peak-shaving) و پر کردن دره (valley-filling) و حالتهای اولویت باتری (battery-priority) هستند.
حالت خودتولید و خودمصرف: برق تولید شده توسط پنلهای خورشیدی به جریان متناوب (AC) تبدیل شده و مستقیماً به لوازم خانگی عرضه میشود، در حالی که مازاد آن به سیستم ذخیرهسازی شارژ میشود؛ اگر جریان تولید شده توسط پنلهای خورشیدی برای استفاده لوازم خانگی کافی نباشد، با استفاده از شبکه برق شهری دوباره پر میشود.
حالت اصلاح اوج مصرف و پر کردن دره: در زمان اوج مصرف تنظیمشده، برق AC از شبکه شهری به برق DC تبدیل شده و به سیستم ذخیره انرژی شارژ میشود؛ در زمان اوج مصرف تنظیمشده، برق DC در سیستم ذخیره انرژی به برق AC تبدیل شده و به لوازم خانگی عرضه میشود؛ اگر برق باتری کافی نباشد، توسط شبکه شهری تأمین میشود.
حالت اولویت باتری: صرف نظر از شرایط، ابتدا از پر بودن توان سیستم ذخیره انرژی اطمینان حاصل کنید. هنگامی که انرژی خورشیدی توان بیشتری تولید میکند، مستقیماً به برق AC برای استفاده باتری خانگی تبدیل میشود و هنگامی که عملکرد اتصال به شبکه برق روشن میشود، مازاد آن به شبکه برق شهری اضافه میشود.
نحوه طراحی و محاسبه تعداد پنلهای خورشیدی W برای نصب
پنل خورشیدی: LESSO 550W
اندازه: طول ۲۲۷۸ در ۱۱۳۴ میلیمتر تقریباً ۲.۶ فوت مربع
وزن: ۲۸ کیلوگرم
قدرت: ۵۵۰ وات
فرمول محاسبه مساحت:
توجه: از پنلهای خورشیدی زیر ۷ کیلووات پشتیبانی میکند
توان کل پنل خورشیدی: ۵۵۰ وات * ۱۲ = ۶.۶ کیلووات
مساحت سقف مورد نیاز: ۱۲ در ۲.۶ فوت مربع = ۳۱.۲ فوت مربع
محاسبه تولید برق روزانه:
به عنوان مثال، ونژو، چین را در نظر بگیرید، اوج تابش آفتاب ۳.۷۷ ساعت، تولید برق به ازای هر وات در سال ۱.۰۸۸ کیلووات ساعت، استفاده موثر سالانه از ساعتها ۱۰۸۷.۰۸ ساعت. زاویه نصب: ۱۸ درجه
اوج تولید برق روزانه = ۶.۶ کیلووات × ۳.۷۷ ساعت = ۲۴.۸۸ کیلووات ساعت
تولید برق سالانه = ۶.۶ کیلووات × ۱۰۸۷.۰۸ ساعت = ۷۱۷۴.۷۲۸ کیلووات ساعت
