به پدیده‌ای که در اثر تابش نور و بدون استفاده از مکانیسم محرک، انرژی الکتریکی تولید کند، پدیده­ی فتوولتاییک گفته می‌شود. همچنین به هر سیستمی که از این پدیده استفاده کند، سیستم فتوولتائیک می گویند. سیستم فتولتائیک یکی از پرکاربردترین سیستم‌های مرتبط با انرژی­های نو می‌باشد و تاکنون سیستم­های گوناگونی با ظرفیت‌های مختلف در سراسر جهان نصب و راه‌اندازی شده است. در این سیستم­ها می‌توان از سری و موازی کردن سلول­های آفتابی، به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست‌یافت. درنتیجه به مجموعه ای از سلول­های سری و موازی شده پنل می­گویند. پنل­های خورشیدی تنها بخشی از سیستم­های PV را تشکیل می­دهند. ماژول­های خورشیدی قلب سیستم می‌باشند و معمولاً ژنراتور توان نامیده می­شوند. یکی از نکات دیگر نصب مناسب ماژول­ها می‌باشد که باید به‌طرف آفتاب نصب شوند. برای سیستم­های PV که الزاماً باید در طول شب یا در شرایط بدآب‌وهوایی کار کنند باید سیستم­های ذخیره الکتریسیته مانند باتری­ها تعبیه شود. خروجی ماژول‌های PV وابسته به‌شدت تابش خورشید و درجه حرارت سلول است؛ برای شارژ مناسب باتری و تامین توان مورد نیاز بار مصرفی به صورت یکنواخت به تجهیزاتی جهت یکسان سازی سیستم خورشیدی و کنترل شارژ مناسب باتری­ها تحت ولتاژ ثابت نیاز است[۱۶]. برای کاربرد­های AC موردنیاز( جریان متناوب) اینورتر DC/AC در سیستم­های PV اجراشده است. درنهایت، لوازم‌خانگی، مانند رادیو و تلویزیون، لامپ­ها و تجهیزات مصرف کننده توان می باشند که بار الکتریکی نامیده می­شود. اجزا سیستم PV در شکل ۱-۱۹ به‌طور شماتیک نشان داده‌شده است.

 

به‌طور خلاصه، سیستم خورشیدی PV شامل سه بخش می‌باشد:

  • ماژول­های PV یا آرایه ­های خورشیدی
  • سیستم کنترلی
  • بار الکتریکی [۱۶]

پنلهای خورشیدی

سلول­های خورشیدی واحدهای اصلی سیستم‌های PV می‌باشند. هر یک از سلول‌های خورشیدی جریان مستقیم DC تولید کرده و اصولاً توانی بین ۱ تا ۲ وات دارند، که به‌تنهایی برای تولید توان اکثر کاربردها کافی نیستند. برای مثال، در مورد سلول‌های خورشیدی کریستالی سیلیکونی با مساحت ۱۰*۱۰ سانتی‌متر مربع توان خروجی عموماً حدود W5/1 با ولتاژ V6/0 و جریانA 5/3 است. برای کاربرد عملی ، سلول­های خورشیدی به‌صورت سری موازی به هم متصل شده و ماژول‌های PV را تشکیل می دهند.

جریان خروجی از ماژول­های سلول مستقیماً وابسته به تابش خورشیدی است و می‌تواند بااتصال سلول‌های خورشیدی به‌صورت موازی افزایش یابد. ولتاژ سلول­های خورشیدی خیلی به تابش خورشید بستگی ندارد بلکه در درجه اول به دمای سلول وابسته است. ماژول­های PV می‌توانند برای کار در ولتاژهای مختلف به‌صورت اتصال سری سلول­های خورشیدی طراحی شوند. جدول۱-۱ شامل پارامترهایی است که در برگه مشخصات ماژول­ها برای توصیف ماژول‌های PV استفاده می‌شود. چهار مثال ماژول­های PV با توان خروجی به‌منظور مقایسه در جدول ۱-۱ آورده شده است

-تجهیزات جانبی:

 سازه­های نگهدارنده

هدف از سازه­های نگهدارنده، نگهداری ایمن ماژول­های PV در محل می باشد، که معمولاً باید حداقل مقاومت نگهداری سازه در برابر بادهای محلی را داشته باشند. هنگامی‌که پنل­ها در مکان‌های عمومی قرار می­گیرند سازه­ها باید به نحوی باشند که از سرقت جلوگیری شود. سازه­ها باید طوری نصب شوند که سایه وجود نداشته باشد و در هنگام تعمیر و نگهداری دسترسی به آن­ها آسان باشد. هزینه سازه­ها بهتر است پایین باشد. برای نصب و اتصال به خانه­ها، سازه­های نگهدارنده که به‌صورت جزئی از ساختمان می باشند. در بعضی موارد از آرایه­های متحرک که بنا بر فصل با زاویه تابش خورشید خود را تطبیق می‌دهند، نصب می‌شوند. ردیاب‌ها دو نوع هستند،‌ ردیاب‌هایی که بر روی یک محور و یا بر روی دو محور دوران می‌کنند و ردیاب‌ها همواره پنل‌های خورشیدی را در جهت تـابش خورشید نگـاه داشته بنابراین موجب افزایش راندمان خروجی پنل‌ها را در پی دارد. نمونه­ی متداول آن‌ها شامل نصب PV ها در نمای ساختمان، در پشت‌بام­ خانه­ها، روشنایی فضای باز و علائم هشداردهنده، و در موانع آلودگی صوتی در بزرگراه­ها می‌باشد. شکل ۱-۲۰ انواع سازه­های نگهدارنده را نشان می­دهد.

 – باتری­ها

 بانک باتری شامل تعدادی باتری است که معمولاً۱۲ ولتی بوده و به‌صورت سری به هم متصل شده و ولتاژ موردنیاز سیستم را تأمین می‌نمایند. [۱۷]در سیستم‌های منفصل از شبکه، انرژی ذخیره‌شده در باتــری‌ها، در هنگام شب و یا مواقع ضروری دیگر به کار گرفته می‌شود. در سیستم‌های پشتیبان در مواقع قطع برق شبکه سراسری از باتری استفاده می‌شود، در سیستم های نتصل به شبکه نیز می­توان از سیستم پشتیبان شامل بانک باتری برای مواقع قطع برق شبکه سراسری. استفاده کرد.

 مبدل

برق تولیدی توسط پنل‌های خورشیدی به‌صورت DC بوده و به وسیله مبـدل‌ به برق AC تبدیل می‌گردد. مبدل‌ها در انواع و سایزهای مختلفی ساخته می‌شوند و برخی از آن‌ها بازده بسیار بالایی دارنــد. به‌طورکلی، اینورترها بازده‌هایی در حدود ۹۰% تا ۹۶% برای کل بار دارند.

شارژ کنترلر

دستگاه کنترل شارژ باتری در سیستم‌های فتوولتائیک منفصل از شبکه، به‌منظور جلوگیری از تخلیه کامل باتری‌ها و یا شارژ بیش‌ازحد باتری‌ها به کار می‌رود. کلیه سیستم‌های استاندارد منفصل از شبکه خورشیدی خانگی دارای دستگاه کنترل شارژ باتری هستند که باعث افزایش طول عمر باطری­ها و خروجی یکنواخت برای مبدل سیستم تامین می­کند

 کاربردهای سلول‌های فتوولتائیک

ازجمله موارد کاربرد سلول‌های فتوولتائیک عبارت‌اند از:

تأمین انرژی موردنیاز منازل و ساختمان­های اداری و تجاری به منظور کاهش هزینه برق ،تأمین روشنایی مناطق دورافتاده ، سیستم‌های مخابراتی راه دور ، پمپاژ آب ، سیستم‌های تصفیه آب ، آب شیرین کن ­ها، تأمین برق مناطق روستایی ، ماشین‌حساب، ساعت و اسباب‌بازی‌ها ، سیستم‌های اضطراری ، یخچال‌های نگهداری واکسن و خون برای مناطق دورافتاده ، سیستم‌های تهویه استخرها ، ماهواره‌ها و تجهیزات فضایی.

به‌طورکلی کاربردهای سلول‌های فتوولتائیک را می‌توان به سه دسته طبقه‌بندی نمود:

کاربرد متصل به شبکه

– کاربرد منفصل از شبکه

-کاربرد سیستم‌های پشتیبان

 

 کاربردهای متصل به شبکه سیستم‌های فتوولتائیک

طراحی سیستم‌های فتوولتائیک متصل به شبکه،به‌گونه‌ای است که هم‌زمان و به‌طور متصل به شبکه برق سراسری عمل می‌نمایند. یکی از اجزاء اصلی سیستم‌های فتوولتائیک متصل به شبکه، مبدل‌ها هستند که برق DC تولیدی توسط سلول‌های خورشیدی را متناسب با ولتاژ و توان شبکه برق منطقه‌ای به AC تبدیل نموده و در هنگام عدم نیاز، به‌طور خودکار انتقال نیرو را قطع می‌نماید. به‌طورکلی ارتباطی دوجانبه میان سلول‌های فتوولتائیک و شبکه انتقال نیرو وجود دارد به‌نحوی‌که اگر برق DC تولیدی توسط سیستم‌های فتوولتائیک بیش از نیاز سایت باشد، مازاد آن به شبکه برق سراسری تغذیه می‌گردد و در هنگام شب و مواقعی که به دلایل اقلیمی، امکان استفاده از نور خورشید وجود ندارد، بار الکتریکی موردنیاز سایت توسط شبکه برق سراسری تأمین می‌گردد. همچنین در کاربردهای متصل به شبکه درصورتی‌که سیستم فتوولتائیک به دلایل تعمیراتی از مدار خارج گردد، برق موردنیاز سایت از طریق شبکه برق سراسری تأمین خواهد شد.

تجهیزات
شبکه برق
پنل خورشیدی
مبــدل
شکل ۱-۲۱- اجزاء سیستم‌های متصل به شبکه فتوولتائیک

 

۱-۴-۳-۲- کاربردهای منفصل از شبکه سیستم‌های فتوولتائیک

طراحی سیستم‌های منفصل از شبکه به‌گونه‌ای است که مستقل از شبکه برق سراسری عمل نموده و غالباً جهت تولید بار الکتریکی DC و یا AC طراحی می‌شوند. به‌منظور تولید برق توسط سیستم‌های منفصل از شبکه،می‌توان از توربین‌های بادی، ژنراتورها و یا از شبکه برق سراسری به‌عنوان نیروی کمکی استفاده نمود،‌به این‌گونه سیستم‌ها، سیستم هیبرید فتوولتائیک می­گویند. [۱۸]در سیستم‌های منفصل از شبکه به‌منظور ذخیره انرژی و به‌کارگیری آن در هنگام شب و یا مواردی که نور خورشید به‌اندازه کافی وجود ندارد از باتری استفاده می­شود.

تجهیزات
باتری
مبــدل
پنل خورشیدی
شکل ۱-۲۲- اجزا سیستم منفصل از شبکه فتوولتائیک

۱-۴-۳-۳- سیستم‌های پشتیبان

مهم‌ترین کاربرد سیستم‌های پشتیبان فتوولتائیک، در طی دوره قطع برق شبکه سراسری است. یک سیستم پشتیبان فتوولتائیک کوچک تأمین‌کننده برق موردنیاز تجهیزاتی همچون روشنایی، کامپیوتر، تلفن، رادیو، فاکس و … می‌باشد و سیستم‌های بزرگ‌تر می‌توانند برق موردنیاز تجهیزاتی همچون یخچال را در زمان قطع برق تأمین نمایند. [۱۸]

۱-۴-۴-شرایط مناسب جهت نصب و راه‌اندازی سیستم‌های فتوولتائیک

میزان راندمان پنل‌های فتوولتائیک بستگی به جهت‌یابی ، مکان‌یابی و شرایط آب و هوایی دارد. عواملی که باید در هنگام نصب سیستم‌های فتوولتائیک باید موردبررسی قرار گیرد به صورت زیر است:

– تعداد روزهای ابری ،

– وزش باد و سرعت آن برای تعیین استحکام سازه فلزی یا ساختمانی،

– میزان بارندگی و ارتفاع برف برای تعیین ارتفاع صفحات خورشیدی از سطح زمین،

– میزان شرجی بودن و یا بخارآلود بودن هوا ،

-میزان صاعقه و رعد وبرق برای پیش‌بینی تجهیزات ایمنی مناسب.

الف) زاویه نصب پنل‌های PV برای تولید بازده ماکزیمم، دارای اهمیت بسیار است. برای پنل‌های ثابت در مقایسه با پنل‌های ردیاب که ماکزیمم تشعشع خورشید را ردگیری می‌نمایند جهت جنوب در نیم‌کره شمالی بهترین جهت به‌منظور جمع‌آوری تشعشعات خورشیدی است. ۱۵ درجه انحراف به غرب یا شرق تأثیر چندانی بر بازده پنل‌های خورشیدی نخواهد داشت .

ب) علاوه بر جهت، زاویه انحراف پنل نیز عامل مهمی در طراحی سیستم‌های خورشیدی است. زاویه انحراف، زاویه‌ای است که پنل‌های خورشیدی با سطح افق می‌سازند و میزان آن از ۰ الی ۹۰ درجه متغیر است. به دلیل انحراف محور زمین زاویه تابش خورشید در طول سال تغییر می‌کند، بنابراین زوایای انحراف در زمستان و تابستان باهم متفاوت می‌باشند. در تابستان زاویه انحراف معمولاً بین ۱۰ الی ۱۵ درجه کمتر از عرض جغرافیایی و در تمام فصول سال زاویه انحراف در حدود ۱۰ الی ۱۵ درجه بیشتر از عرض جغرافیایی منطقه موردنظر است. بارش برف نیز در مقدار زاویه اپتیمم انحراف مؤثر است. به‌منظور جلوگیری از تجمع برف بر روی پنل‌های خورشیدی معمولاً زاویه انحراف را حدود ۶۰ درجه در نظر می‌گیرند .

ج) در بررسی موقعیت مکانی محل نصب و شرایط آن نسبت به حرکت خورشید، امکان وجود سایه ارتفاعات و کوه‌های اطراف و یا حتی سایه ساختمان‌ها و درختان و تعیین ساعاتی از روز که ممکن است وجود این سایه‌ها مانع از تابش مستقیم نور خورشید به صفحات خورشیدی باشد، بررسی می‌شود. بنابراین سعی بر این است که نه‌تنها پنل‌های خورشیدی بر یکدیگر، بلکه ساختمان‌ها و موانع طبیعی دیگر نیز بر روی پنل‌های خورشیدی سایه نیندازند. وجود ۵۰% سایه بر روی آرایه‌های PV توان خروجی را ۲۰% کاهش می­دهد. برای منازل با دودکش محل نصب آرایه‌ها تا حد امکان بایستی از سایه دودکش همچنین ذرات دوده خروجی از دودکش دور باشد .

د) طول و عرض جغرافیایی و نیز ارتفاع محل نصب سیستم‌های خورشیدی فاکتورهای اصلی برای محاسبه توان تابش نور خورشید می‌باشند. معمولاً ۸۰ الی ۸۵ درصد نور خورشید (W/m21000) در روزهای آفتابی دریافت می‌شود و این میزان در ارتفاعات و مناطق بیابانی بیشتراست. بسته به سایز آرایه‌های PV در شرایط سایت، آرایه‌ها ممکن است بر روی پشت‌بام، زمین و یا دکل‌ها نصب شوند. طراحی ماژول‌های نصب‌شده بر روی ساختمان‌ها، به‌گونه‌ای است که در مقابل سرعت بادی معادل km/h175 مقاوم هستند. به‌منظور نصب پنل‌های PV بر روی زمین از پایه‌های بتونی برای ثابت نگاه‌داشتن آن‌ها استفاده می‌شود.ارتفاع نصب ماژول‌ها از سطح زمین بایستی بالاتر از ارتفاع ماکزیمم بارش برف در منطقه باشد. در مورد سیستم‌های کوچک ( ۱ یا ۲ ماژول) می‌توان ماژول‌های خورشیدی را بر روی دکل‌هایی نصب کرد تا از منابع سایه‌ساز اطراف ازجمله درختان و ساختمان‌ها به دور باشند.

ح) بازده کلیه انواع ماژول‌ها در دماهای بالا تا حدودی افت پیدا می‌کند. تا زمانی که دمای محیط به بیش از ºC27 نرسد، این امر چندان اهمیت ندارد. موقعیت ماژول‌ها باید به‌گونه‌ای باشد که امکان تهویه کامل وجود داشته باشد. چرخش آزاد جریان هوا در اطراف ماژول‌ها، کار آیی آن‌ها را بالاتر خواهد برد. این امر همچنین مانع افزایش رطوبت و تجمع مواد زائد جامد در زیر ماژول‌های خورشیدی می‌شود که درنتیجه از پوسیدگی سقف و خرابی اتصالات الکتریکی جلوگیری کند.

 

۱-۴-۵- مزایا و معایب استفاده از سیستم های فتوولتائیک

برخی از مزایای استفاده ازسیستم‌های فتوولتاییک عبارت‌اند از :

    انرژی خورشیدی تجدید پذیر و نامحدود می‌باشد.

    تولید برق توسط PV هیچ‌گونه انتشار آلاینده زیست‌محیطی را در پی ندارد.

    ماژول‌های خورشیدی بدون اتلاف انرژی ، نور خورشید را مستقیماً به برق تبدیل می‌نمایند.

    سیستم‌هایPV دارای اجزاء ‌متحرک نمی‌باشند به همین دلیل نیاز به حداقل نگهداری و هزینه تعمیر دارند.

    سیستم‌هایPV به‌راحتی با افزودن تعداد ماژول‌ها و باتری‌های ذخیره‌سازی انرژی قابل‌گسترش می‌باشند.

    خطر آتش‌سوزی در سیستم‌های PV به‌مراتب کمتر از سایر سیستم‌ها می‌باشد.

    به‌کارگیری سلول‌های فتوولتائیک برای تولید برق در مناطق دورافتاده بسیار مفید می‌باشد.

    سلول‌های PV در کاربردهای خانگی ، تجاری و صنعتی قابل‌نصب بر روی پشت‌بام‌ها می‌باشند ازاین‌رو فضاهای موجود اشغال نشده و برای سایر موارد به کار می‌روند.

برخی از معایب استفاده از این سیستم‌ها عبارت‌اند از :

    برق تولیدی از انرژی خورشیدی همواره در دسترس نمی‌باشد و میزان تولیدات به شرایطی نظیر حالت وضعی خورشید، شرایط اتمسفر، ابری بودن و … بستگی دارد.

    هزینه‌های اولیه نصب سیستم‌های PV زیاد است.

    به‌منظور استفاده از انرژی خورشیدی در شب باید از باتری برای ذخیره‌سازی انرژی استفاده گردد.

    برای مصارف زیاد الکتریسیته، نیاز به مساحت زیادی برای نصب سلول‌های PV می‌باشد.

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟
در گفتگو ها شرکت کنید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *