در سالهای اخیر ترغیب کشور های مختلف برای بهره گیری از انرژی خورشیدی، بسیار افزایش داشته است. به این دلیل که انرژی خورشیدی بهتر و پاک تر از انرژی های تجدید ناپذیر و سنتی است و اثرات مخرب بسیار کمتری دارد و همچنین روش های ترغیب کننده متعددی نیز در این زمینه به کار گرفته شده اند.
کشور ایران در موقعیتی از کره زمین قرار گرفته است که بیشتر نواحی آن از شدت تابش بسیار مناسب و بیش از تابش متوسط جهانی برخوردار است که این نشان دهنده پتانسیل مناسب ایران برای استفاده از انرژی خورشیدی است. از این رو راه اندازی نیروگاه های خورشیدی در کشورمان از صرفه و توجیح قابل توجهی بهره مند می باشد.
مقدمه
نیروگاههای خورشیدی یک سیستم شامل تعدادی پنل خورشیدی یا ماژول فتوولتائیک، اینورتر، شارژ کنترلر و مجموعه باتری می باشند که نور را به الکتریسیته تبدیل می کنند تا برای استفاده در منازل، مکانهای اداری، ساختمان‌ها، خیابان‌ها و … بکار برده شود.
اساس کار نیروگاههای خورشیدی به اینصورت است که نور به پانلهای خورشیدی می‌تابد و در اثر آن انرژی فوتون به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. جریان برق تولید شده توسط پانلهای خورشیدی مستقیم (DC) است که برای استفاده وسائل برقی معمول در منازل و نیاز روزمره بایستی مشابه برق شهر به جریان متناوب (AC) تبدیل شود. اینکار توسط دستگاهی بنام اینورتر انجام می‌گیرد.
وظیفه باتری‌ها در نیروگاههای خورشیدی ذخیره برق برای زمانهایی است که نور خورشید اصلاً وجود ندارد و یا شدت آن کافی نیست. اصولاً ظرفیت مجموعه باتری به میزان برق ذخیره مورد درخواست مشتری قابل محاسبه و تهیه می‌باشد.
عملکرد نیروگاه هاى خورشیدى
عملکرد نیروگاه هاى خورشیدى به دو حالت زیر می باشد:
- نیروگاههایى که مستقیم با دریافت انرژى خورشید آنرا به انرژى الکتریکى تبدیل مى‌کنند.
- نیروگاههایى که پس از دریافت انرژى خورشید آنرا به گرما و پس از گذشت یک روند خاص، به الکتریسیته تبدیل مى‌کند.
سیستمهایى که از انرژى خورشید بهره مى‌برند، شامل سیستم فتوولتاییک (PV) و سیستمهاى گرما شیمیایى، تولید هیدروژن از انرژى خورشید است. در سیستم فتوولتاییک که در اصل براى کاربردهاى فضایى ابداع و تکمیل شده بودند، انرژى نورى را مستقیم به انرژى الکتریکى تبدیل مى‌کنند.این فناورى بر اساس این نظریه «اثر فوتوالکتریک» انیشتین شکل گرفته که نور سبب مى‌شود الکترون‌ها از هم جدا شوند. توسعه PV براى کاربردهاى زمینى در هنگام نخستین بحران نفت در دو زمینه بسیار متفاوت آغاز شد. در ادامه با انواع نیروگاه های خورشیدی براساس زمینه کاری آنها آشنا می شویم.
انواع نیروگاه خورشیدی
۱-نیروگاه خورشیدی منفصل از شبکه یا آفگرید (Off-Grid)
۲-نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه یا آنگرید (On-Grid)
۳-نیروگاه خورشیدی هیبرید (Hybrid)
۱- نیروگاه خورشیدی منفصل از شبکه یا آفگرید (Off-Grid) :
برای جا‌هایی مناسب است که میزان مشخصی مصرف برق وجود دارد یا به عبارتی تجهیزات مشخصی وجود دارد که صرفاً برای تأمین برق آنها نیاز به احداث نیروگاه خورشیدی است و این نیروگاه‌ها به شبکه سراسری برق وصل نیستند. در این نوع نیروگاه‌ها باید باتری و شارژ کنترلر وجود داشته باشد که بتواند انرژی الکتریسیته تولیدی توسط پنل خورشیدی را در خود ذخیره کرده و در ساعات غیر آفتابی مثل شب یا روزهای ابری بتواند بارمصرفی (برق موردنیاز تجهیزات) را تأمین نماید.
هزینه این نیروگاه‌ها نسبت به نیروگاههای متصل به شبکه (آنگرید) دو برابر بالاتر بوده و هزینه تعمیر و نگهداری بالاتری دارند. با توجه به طول عمر باتری‌ها، عموماً هر چهار یا پنج سال یک‌بار نیز باید بانک باتری‌ها تعویض گردند. البته در صورت استفاده از باتری با عمق دشارژ بالاتر و باکیفیت‌تر می‌توان تا ۸ سال هم بهره‌برداری کرد که گرانتر هستند. نیروگاههای خورشیدی آفگرید، چون با باتری هستند. در این نیروگاه ها از شارژ کنترلر هم استفاده می شود تا بتواند شارژ باتری را کنترل نماید و آسیبی به باتری‌ها نرسد. نیروگاههای آفگرید نیازمند محاسبات دقیق بر مبنای انرژی مصرفی، حداکثر مصرف ساعتی، میزان مصرف شبانه و … است.
اجزای سیستم خورشیدی منفصل از شبکه زمانی مشخص می شود که در ابتدا مقدار تولید برق خورشیدی ، به طور دقیق و کامل اندازه گیری شده باشد و سپس اجزا و قدرت هر تجهیز انتخاب شود. در ادامه مهمترین اجزای نیروگاه برق خورشیدی مستقل از شبکه معرفی و بیان می گردد که عبارتند از :
- پنل های خورشیدی
- پایه و استراکچر پنل فتوولتاییک
- ردیاب پنل خورشیدی
- اینورتر یا مدل قدرت
- باتری در سیستم خورشیدی
- کنترل شارژ باتری
- مانیتورینگ باتری خورشیدی
- ژنراتور یا موتور برق کم صدا
- جعبه ترکیبی
- کلید های قطع کننده
از دیگر اجزای نیروگاه خورشیدی می توان به سیم و کابل های اتصال و انتقال نیرو AC ، کابل صفحه خورشیدی DC ، سنسور دمای از راه دور و سایر وسایل الکتریکی کوچک مانند گجت ها و دیگر افزونه های مورد نیاز که ممکن است در سیستم بکار گرفته شود ، اشاره نمود. موارد فوق به طور جامع و کلی بیان شده اند و برای طراحی نیروگاه خورشیدی هر مورد با شرایط و موقعیت موارد دیگر تفاوت می کند.
۲- نیروگاههای خورشیدی متصل به شبکه یا آنگرید (On-Grid) :
نیروگاه‌هایی هستند که مستقیماً هرچه تولید می‌کنند را به شبکه تزریق می‌کنند و در ایران هم دولت برای این نوع نیروگاه‌ها امکان خرید تضمینی برق را تصویب کرده است. در این نیروگاه‌ها نیازی به بانک باتری و شارژ کنترل نیست.
این نوع از سیستم‌های برق خورشیدی به یک شبکه ی برق خارجی متصل هستند. جریان مستقیم خروجی ماژول‌های فتوولتائیک از طریق یک متناوب ساز متصل به شبکه (Grid-Tied Inverter) به جریان متناوب تبدیل می‌شود. متناوب سازهای استفاده شده در این سیستم‌ها باید قابلیت همزمان شدن (Synchronize) با برق شبکه‌ی سراسری را داشته باشند (در فرآیند همزمان شدن اختلاف فاز، سطح ولتاژ و فرکانس انرژی الکتریکی حاصل ازسیستم فتوولتائیک، با مشخصات ولتاژ شبکه سراسری برق تطبیق داده می‌شود).
در روز هنگامی که انرژی خورشید موجود است، توان خروجی سیستم فتوولتائیک به مصرف داخلی رسیده یا مستقیماً به شبکه فروخته می‌شود. شب هنگام که انرژی خورشید موجود نیست، الکتریسیته از شبکه برق سراسری خریداری شده و برای تأمین بار سیستم استفاده می‌شود. در این روش علاوه بر تامین بخشی از انرژی الکتریکی مورد نیاز مصرف کننده، انرژی مازاد بر مصرف به شبکه سراسری برق تزریق می شود.
اجزای اصلی یک سیستم تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی نوع متصل به شبکه (On-Grid) عبارتند از:
- صفحه (پنل) خورشیدی: تبدیل کننده انرژی نور خورشید به انرژی الکتریکی می‌باشد. جهت دستیابی به ولتاژ و جریان کارآمد مجموعه ای از صفحات با اتصالات سری و موازی نصب می گردند.
- اینورتر: برای تبدیل جریان DC تولیدی به جریان AC جهت لوازم مصرف کننده های جریان متناوب
- کنتور دوطرفه: مازاد برق تولیدی در طول روز به شبکه تزریق می‌شود و کمبود برق تولیدی در طول شب یا روزهای ابری نیز از شبکه تأمین می‌گردد که مقادیر آن توسط این نوع کنتور محاسبه می گردد.
۳- نیروگاه خورشیدی هیبریدی (Hybrid):
سامانه‌های انرژی تجدیدپذیر هیبریدی (به انگلیسی: Hybrid renewable energy systems) یا (HRES) برای تولید برق در مناطق دور افتاده در حال فراگیر شدن هستند که دلیل آن پیشرفت در فناوری انرژی تجدیدپذیر و افزایش قیمت فراورده‌های نفتی بوده‌است. سامانه انرژی ترکیبی معمولاً از دو یا چند منبع انرژی تجدیدپذیر استفاده می‌کند که در کنار هم به افزایش کارایی سامانه و تعادل بیشتر در تأمین انرژی می‌پردازند.
نیروگاه خورشیدی هیبریدی (ترکیبی) سیستم های توان هیبریدی است که انرژی خورشیدی را از سیستم فتوولتائیک با منبع انرژی دیگر تولید می کند. این نیروگاه ها دارای حداقل دو نوع مختلف انرژی هستند. ترکیبی از دیزل ژنراتور و سیستم های انرژی تجدید پذیر با ذخیره سازی یا بدون ذخیره سازی آن است. این سیستم به ویژگی های تابش خورشید و باد بستگی دارد و همچنین دسترسی به تامین منابع مالی و مشخصات نیروگاه های موجود در صورت تکمیل شدن ملزوم می باشد.
یک نوع از نیروگاه های خورشیدی هیبریدی شامل سیستم های باد خورشیدی می شوند. ترکیبی از باد و خورشید دارای مزیتی است که این دو منبع یکدیگر را تکمیل می کنند؛ زیرا زمان بارگیری حداکثر برای هر سیستم در زمان های مختلف روز و سال رخ می دهد. تولید برق این سیستم ترکیبی ثابت تر است و کمتر از هر یک از زیر سیستم های مولد است.
روش دیگر برای سامانه انرژی ترکیبی، یک آرایه پنل فتوولتائیک (photovoltaic array) است که با یک توربین باد کوپل شده باشد. مزیت این سامانه، خروجی بیشتر توربین‌های بادی در زمستان است. در حالی‌که در طول تابستان پنل‌های خورشیدی خروجی پیک تولید خود را دارند. این سامانه انرژی ترکیبی اغلب منجر به راندمان و بازگشت اقتصادی و زیست‌محیطی بیش‌تری نسبت به سامانه‌های تنهای بادی، خورشیدی، زمین گرمایی یا سامانه‌های مستقل تولید سه‌گانه (trigeneration stand-alone systems) می‌شوند.
اما نوع دیگر و کاملاً تجدید پذیر این نوع نیروگاه ها (completely renewable hybrid power plant) شامل انرژی‌های خورشیدی، بادی، زیست توده و پیل سوختی، یک نیروگاه هیبریدی متشکل از این چهار منبع انرژی تجدیدپذیر است که می‌توان به وسیله استفاده مناسب از این منابع با یک شیوه کاملاً کنترل شده آن را به بهره‌برداری رساند.
برای مشاهده مقالات و پروژه های بیشتر ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید.
