آشنایی با تجهیزات اصلی سیستم‌های فوتوولتاییک

اگر به دنبال یک نیروگاه خورشیدی برای خانه، کسب و کار و یا مدرسه خود هستید، احتمالاً با برخی از اصطلاحات ناآشنا برخورد داشته‌اید. انرژی خورشیدی نباید گیج‌کننده یا پیچیده باشد، در این مطلب به معرفی تجهیزات اصلی سیستم‌های خورشیدی پرداخته‌ایم. در ادامه نیز به مرور مطالبی به این مبحث اضافه خواهد شد که در فهرست انتهایی هر صفحه امکان دسترسی وجود دارد.

فتوولتائیک (Photovoltaic یا به اختصار PV)

تکنولوژی PV از طریق یک فرایند طبیعی در انواع خاصی از مواد، که نیمه هادی‌ها نامیده می‌شوند، نور خورشید را به برق تبدیل می‌کنند. هنگامی که فوتون‌ها (ذرات انرژی) از خورشید به مواد نیمه رسانای مانند سیلیکون برخورد می‌کنند، الکترون‌ها از اتم‌ها آزاد می‌شوند. اگر هادی‌ها به طرف مثبت و منفی یک سلول خورشیدی وصل شوند، یک مدار الکتریکی ایجاد می‌شود. هنگامی که الکترون‌ها از طریق چنین مدار جریان می‌یابند، آن‌ها برق را تولید، که توسط دستگاه‌های الکتریکی مصرف و یا مستقیماً به شبکه تزریق می‌شود.

ماژول (Module)

چندین سلول خورشیدی به صورت سری یا موازی یک ماژول خورشیدی را تشکیل می‌دهند. ماژول دارای قابی الومینیومی و سطح شفاف شیشه ای است.

پنل (Panel)

چند ماژول متصل به هم در کنار یکدیگر به‌عنوان یک پنل خورشیدی شناخته می‌شود. مهم است که توجه داشته باشید که یک پنل خورشیدی ممکن است فقط یک یا چند ماژول داشته باشد، بنابراین اصظلاح ماژول و پنل‌ گاهی اوقات به جای یکدیگر استفاده می‌شوند. پنل خورشیدی از پیش سیم‌کشی شده و آماده نصب است. مثلاً در نیروگاه های بزرگ چندین ماژول را به یکدیگر متصل کرده و یک پنل ایجاد می‌کنند و این پنل را یکجا روی سازه نصب می‌کنند.

آرایه (Array)

چنانچه ماژولها یا پنلهای خورشیدی روی سازه‌های مختلفی نصب شوند یا به زبان دیگر از لحاظ مکانیکی جدا از هم باشند به هر یک از این بخش های مجزا آرایه گفته می‌شود.

رشته (String)

به ماژول یا پنلهایی که از لحاظ الکتریکال به یک دیگر متصل هستند، گفته می‌شود. مثلاً در یک نیروگاه 5 کیلوواتی خانگی به دلیل محدودیت فضا ممکن است نیاز به نصب ماژول‌ها در چهار ردیف داشته باشیم.(چهار آرایه) اما برای اتصال به اینورتر نیاز به دو گروه از ماژول‌های سری شده، هستیم.(دو استرینگ)

Air Mass

این پارامتر در واقع بیانگر میزان فاصله‌ایست که اشعه‌های خورشید طی می‌کنند تا به زمین برسند. ذکر این نکته خالی از لطف نیست که هرچقدر این فاصله بیشتر باشد، اشعه خورشید انرژی بیشتری در اثر برخورد با جو از دست داده و مقدار انرژی کمتری به سطح زمین می‌رسد. شکل زیر به نحوی نشان‌دهنده مفهوم Air Mass می‌باشد.

مقدار Air Mass در بهترین و کمترین حالت ممکن برابر با 1 است و این یعنی اشعه‌های خورشید کمترین فاصله را برای رسیدن به سطح زمین می‌پیمایند. همانطور که در شکل فوق دیده می‌شود، هرچقدر زاویه ارتفاع خورشید کمتر باشد مقدار Air Mass بیشتر است (زاویه ارتفاع خورشید متمم زاویه  تتا می‌باشد).

شرایط استاندارد پنل‌های خورشیدی (Standard Test Condition)

از آنجا که مقدار توان تولیدی ماژول‌ها و پنل‌های خورشیدی به میزان تابش، دما و فاصله خورشید دارد، پارامترهای ماژول و یا پنل خورشیدی در شرایط STC اندازه‌گیری و بیان می‌شوند.

منظور از شرایط STC زمانی است که موارد زیر فراهم شود:

  • مقدار تابش: 1000 وات بر مترمربع
  • دمای ماژول یا پنل: 25 درجه سانتی‌گراد
  • Air Mass : 5/1

دمای نامی بهره‌برداری سلول (Nominal Operating Cell Temperature یا به اختصار NOCT)

برای تعیین توان خروجی ماژول و یا پنل خورشیدی، تعیین دمای بهره‌برداری مورد انتظار ماژول و یا پنل خورشیدی بسیار مهم است. دمای نامی بهره‌برداری سلول (NOCT) تحت شرایط استاندارد IEC 61215 که در ادامه آورده شده، تعریف می‌گردد:

  • مقدار تابش: 800 وات بر مترمربع
  • دمای ماژول یا پنل: 20 درجه سانتی‌گراد
  • سرعت باد: 1 متر بر ثانیه
  • شرایط پنل یا ماژول: مدار باز با زاویه شیب 45 درجه نسبت به محور افقی

دنبال‌کننده یا ترکر خورشیدی (Solar Tracker)

تجهیزی الکترونیکی و مکانیکی است که پنل‌های نصب شده بر روی سازه یا استراکچر خورشیدی را به سمت تابش مستقیم خورشید جهت دریافت حداکثر انرژی خورشید و افزایش بازده نیروگاه خورشیدی، می‌چرخاند. انواع سیستم‌های ردیاب خورشیدی به صورت زیر می‌باشد.

انواع سیستم‌های ردیاب خورشیدی از نظر کنترلی: 1- سیستم پسیو 2- سیستم میکروپروسسوری 3- سیستم الکترواپتیکالی

انواع سیستم‌های ردیاب خورشیدی از نظر مکانیکی: 1- سیستم ثابت 2- سیستم تک محوره 3- سیستم دو محوره

اینورتر

یک آرایه خورشیدی، برق مستقیم (DC) تولید می‌کند، در عین حال خانه‌ها و شرکت‌ها از برق متناوب (AC) برای وسایل الکترونیکی استفاده می‌کنند. اینورتر خورشیدی برق DC را از آرایه خورشیدی دریافت می‌نماید و آن را با استفاده سوئیچ‌های الکترونیک قدرت به برق AC تبدیل می‌کند. اینورترها مثل مغز آرایه خورشیدی هستند. علاوه بر تبدیل برق DC به AC، آن‌ها همچنین حفاظت از خطای زمین و آمار سیستم شامل ولتاژ و جریان در مدارهای AC و DC و تولید انرژی را نیز ذخیره و نمایش می‌دهند.

شارژ کنترلر (Charge Controller)

شارژ کنترلر خورشیدی به عنوان پشتیبان و محافظ باتری در سیستم خورشیدی عمل می‌کند. در واقع وظیفه شارژ کنترلر محافظت از عمر باتری است و اینکه اجازه ندهد به باتری آسیبی به دلیل تغییرات ولتاژ وارد شود.

این نوع شارژ کنترلرها به ۲ دسته تقسیم می‌شود:

  • شارژ کنترلر خورشیدی PWM
  • شارژ کنترلر خورشیدی MPPT

باتری‌های خورشیدی (یا ذخیره‌سازها)

سیستم‌های ذخیره‌ساز انرژی خورشیدی عموماً شامل باتری‌های قابل شارژ با ظرفیت بالا (یا بانک‌های باتری) که می‌توانند انرژی اضافی تولید شده توسط یک نیروگاه خورشیدی را برای استفاده در شب و یا به عنوان پشتیبان در زمان قطع برق اضطراری یا دیگر زمان‌هایی که نیروگاه خورشیدی نمی‌تواند در زمان واقعی انرژی تولید کند، ذخیره نمایند. باتری‌هایی که برای خورشید مناسب هستند، تکنولوژی‌های متنوعی مانند سرب اسید، لیتیوم یون و … را در بر می‌گیرند.

نویسنده

مهندس محمد حمیدی

کارشناس برق قدرت

راپانو انرژی