سیستم برق خورشیدی فوتوولتاییکی چگونه برق تولید می کند؟

سیستم برق خورشیدی فوتوولتاییکی

یک سلول خورشیدی برای تولید برق از پدیده ای که اثر فتوولتائی نامیده می شود استفاده می کند. فتوولتائیک یا فتوولتائی (سیستم برق خورشیدی فوتوولتاییکی) به مفهوم تولید مستقیم الکتریسیته از نور می باشد. این پدیده بیانگر این موضوع بود که مواد خاصی وجود دارند که وقتی در معرض تابش نور قرار میگیرند باعث جاری شدن یک جریان الکتریکی در مدار خود می گردند. برای خلق این پدیده دو لایه از مواد نیمه هادی خاص را باید با یکدیگر تلفیق نمود. یکی از این لایه ها باید با کمبود الکترونها مواجه باشد لایه های مزبور در مواجهه با نور خورشید، فوتونها را جذب میکنند. با این عمل الکترونها تحریک شده و برخی از آنها از یک لایه به لایه بعدی جهش کرده و با این کار خود باعث ایجاد یک جریان الکتریکی می گردند.

ساختار یک نمونه سلول خورشیدی

وقتی یک فوتون جذب ماده سیلیکونی می شود جریان الکتریکی از دو ترمینال یا سر سیم های سلول نوری گرفته می شود هر چه شدت نور و نتیجتاً تعداد فوتون ها بیشتر باشد میزان بیشتری از آنها جذب سلول خورشیدی شده و جریان الکتریکی بیشتری تولید می گردد. سلولهای خورشیدی قسمت بیشتر از برق تولیدی خود را از تابش مستقیم نور خورشید تأمین می نمایند هرچند که وسایل مزبور در روزهای ابری هم به تولید جریان الکتریسیته ادامه می دهند و حتی برخی از نمونه ها در نور موجود در شب های مهتابی هم کار تولید برق را متوقف نساخته و به عبارت دیگر می توان اینگونه نتیجه گرفت که این سلولها، با دریافت نور غیرمستقیم هم برق تولید میکنند. هر کدام از سلولهای خورشیدی مجزا فقط قادر به تولید مقدار اندکی انرژی الکتریکی می باشند در این صورت و برای کسب یک انرژی الکتریکی قابل توجه باید تعدادی از این سلولها را در کنار هم و به دنبال یکدیگر به هم متصل ساخت از تجمع تعدادی از این سلولها به دنبال یکدیگر یک مدول یا پنل خورشیدی ایجاد میگردد که گاهی اوقات به آن مدول فتوولتائی هم اطلاق می شود.

پنل های خورشیدی متداول که برای تولید الکتریسیته به کار می روند را در اصطلاح پنل های فوتوولتاییک می نامند (Photovoltaic (pv) solar panels ) این پنل ها از تعداد زیادی سلول خورشیدی تشکیل شده اند. بیشترین نوع پنل های که تا امروز مورد استفاده قرار گرفته و تجاری شده است پنل های خورشیدی مبتنی بر مواد سیلیکونی می باشد که بازده آنها حدود 16 تا 22 درصد می باشد. و مهمترین دلیل استفاده از این نوع پنل ها هزینه کمتر در تولید نسبت به دیگر نوع پنل های خورشیدی می باشد.

پنلها، انرژی مورد نیاز خود را از خورشید تأمین می کنند لذا هر چه انرژی خورشید بیشتر باشد، توان دریافتی آنها هم بیشتر خواهد بود. پنلها در غیاب اشعه ی مستقیم نور خورشید یعنی در سایه هم برق تولید می کنند ولی اندازه ی آن بسیار اندک و مختصر میباشد. ولتاژ خروجی اکثر پنلها در زیر بار، چیزی در حدود 14 الی 40 ولت می باشد. با اتصال سری پنل ها به هم می توان ولتاژهای بالاتری را ایجاد نمود .اندازه ی معمولی این ولتاژها در سیستمهای مستقل از شبکه، 24 یا 48 ولت بوده و در طرح های متصل به شبکه، ولتاژ یاد شده ممکن است به حدود چند صد ولت هم برسد. با اتصال موازی پنل ها به هم، ولتاژ خروجی آرایه، معادل ولتاژ هر یک از پنل ها بوده ولی میزان توان افزایش می یابد. برای ایجاد یک آرایه ی خورشیدی می توان چند یا چندین پنل را به یکدیگر متصل ساخت. با اتصال پنل های متعدد به هم می توان به ولتاژها یا جریانات بیشتری دست یافت. وقتی چند پنل را به یکدیگر متصل می سازید، فارغ از این که آنها به صورت سری یا موازی به هم مرتبط شده باشند، توان کلی سیستم افزایش می یابد

با توجه به شرایط و موارد استفاده و کاربرد می توان 3 نوع سیستم برق خورشیدی فوتوولتاییکی متفاوت طراحی و اجرا کرد:

1:  سیستم برق خورشیدی مستقل از شبکه(off – grid)

در این نوع از سیستم های برق خورشیدی متقاضی تمام مصرف مورد نیاز خود را از سیستم خورشیدی می گیرد. در واقع برق تولید شده توسط سیستم خورشیدی برای مصارف شخصی و مشخص شده می باشد و هیچ گونه ارتباطی با سیستم توزیع برق شبکه سراسری ندارد.

2: سیستم برق خورشیدی متصل به شبکه(on – grid)

در این نوع از سیستم ها متقاضی می تواند با نصب سیتم خورشیدی در توان های مختلف و تزریق آن به شبکه درآمدزایی خوب و بدون ریسکی داشته باشد. که می تواند این سامانه بر پشت بام منازل مسکونی نصب شود و یا در مقیاس نیروگاههای خورشیدی بزرگ و به شکل مزرعه ای اجرا شود. بازگشت سرمایه در این نوع از سیستم های برق خورشیدی به طور متوسط 3 تا 4 سال می باشد.

مشاهده قیمت و خرید اینورتر متصل به شبکه 15 کیلو وات ماست

مشاهده قیمت و خرید اینورتر متصل به شبکه 6 کیلو وات ماست

3: سیستم برق خورشیدی هیبریدی

این نوع از سیستم های خورشیدی ترکیبی است از دو نوع سیستم قبلی. در این حالت برق خورشیدی تولید شده برای مصرف شخصی و اختصاصی بکار می رود و اضافه برق تولید شده به شبکه برق سراسری تزریق می شود. در واقع در این حالت مشترک هم برق مصرفی خود را تامین کرده و هم مازاد برق تولید شده باعث درآمد زایی برای او خواهد شد.

تجهیزات مورد نیاز یک سیستم برق خورشیدی فوتوولتاییکی شامل موارد زیر می باشد:

• پنل خورشیدی برای تولید برق مستقیم

• شارژ کنترلر برای کنترل جریان تولید شده از پنل ها
• شارژکنترلر با مکانیسم شارژ mppt
• شارژ کنترلر با مکانیسم شارژ pwm

• باتری برای ذخیره انرژی اضافی
• اینورتر یا مبدل برای تبدیل برق مستقیم به برق 220 ولت
• اینورتر مستقل از شبکه(off – grid)عکس
• اینورتر متصل به شبکه(on – grid)عکس
• اینورتر هیبریدی(on – off grid)عکس