سیستم فتوولتائیک

سیستم های فتوولتائیک به طور کلی به سیستم های مستقل، سیستم های متصل به شبکه و سیستم های هیبریدی تقسیم می شوند.با توجه به فرم درخواست، مقیاس کاربرد و نوع بار سیستم فتوولتائیک خورشیدی، می توان آن را به شش نوع تقسیم کرد.

معرفی سیستم

با توجه به فرم درخواست، مقیاس کاربرد و نوع بار سیستم فتوولتائیک خورشیدی، سیستم منبع تغذیه فتوولتائیک باید به جزئیات بیشتری تقسیم شود.سیستم های فتوولتائیک را می توان به شش نوع زیر نیز تقسیم کرد: سیستم منبع تغذیه خورشیدی کوچک (DC کوچک).سیستم DC ساده (Simple DC);سیستم تامین انرژی خورشیدی بزرگ (Large DC)؛سیستم منبع تغذیه AC و DC (AC/DC)؛سیستم متصل به شبکه (Utility Grid Connect);سیستم منبع تغذیه هیبریدی (Hybrid);سیستم هیبریدی متصل به شبکهاصل کار و ویژگی های هر سیستم در زیر توضیح داده شده است.

سیستم منبع تغذیه

ویژگی های سیستم منبع تغذیه خورشیدی کوچک این است که فقط یک بار DC در سیستم وجود دارد و قدرت بار نسبتاً کم است، کل سیستم ساختار ساده ای دارد و به راحتی کار می کند.کاربردهای اصلی آن سیستم های خانگی عمومی، محصولات مختلف DC غیرنظامی و تجهیزات سرگرمی مرتبط است.به عنوان مثال در منطقه غرب کشور من از این نوع سیستم فتوولتائیک بسیار استفاده شده است و بار آن لامپ DC است که برای رفع مشکل روشنایی منازل در مناطق بدون برق استفاده می شود.

سیستم DC

ویژگی این سیستم این است که بار در سیستم یک بار DC است و نیاز خاصی برای زمان استفاده از بار وجود ندارد.بار عمدتاً در طول روز استفاده می شود، بنابراین هیچ باتری در سیستم استفاده نمی شود و نیازی به کنترلر نیست.این سیستم ساختار ساده ای دارد و می توان از آن به طور مستقیم استفاده کرد.ماژول فتوولتائیک انرژی بار را تامین می‌کند و فرآیند ذخیره و آزادسازی انرژی در باتری و همچنین اتلاف انرژی در کنترل‌کننده را حذف می‌کند و کارایی مصرف انرژی را بهبود می‌بخشد.معمولاً در سیستم های پمپ آب PV، برخی از تجهیزات موقت برق در طول روز و برخی از امکانات توریستی استفاده می شود.شکل 1 یک سیستم پمپ PV DC ساده را نشان می دهد.این سیستم به طور گسترده در کشورهای در حال توسعه که در آن آب لوله کشی خالص برای آشامیدن وجود ندارد، استفاده می شود و مزایای اجتماعی خوبی ایجاد کرده است.

سیستم انرژی خورشیدی در مقیاس بزرگ

در مقایسه با دو سیستم فتوولتائیک فوق، سیستم فتوولتائیک با انرژی خورشیدی در مقیاس بزرگ هنوز برای سیستم برق DC مناسب است، اما این نوع سیستم فتوولتائیک خورشیدی معمولاً دارای قدرت بار زیادی است.برای اطمینان از منبع تغذیه پایدار بار، مقیاس مربوط به آن نیز بزرگ است و باید به مجموعه بزرگتری از ماژول های فتوولتائیک و بسته باتری بزرگتر مجهز شود.فرم های کاربردی رایج آن شامل ارتباطات، تله متری، منبع تغذیه تجهیزات مانیتورینگ، منبع تغذیه متمرکز در مناطق روستایی، فانوس های دریایی، چراغ های خیابانی و غیره است. کشور، و ایستگاه های پایه ارتباطی ساخته شده توسط China Mobile و China Unicom در مناطق دورافتاده بدون شبکه برق نیز از این سیستم فتوولتائیک برای تامین برق استفاده می کنند.مانند پروژه ایستگاه پایه ارتباطی در Wanjiazhai، شانشی.

سیستم منبع تغذیه AC و DC

این سیستم فتوولتائیک متفاوت از سه سیستم فتوولتائیک خورشیدی فوق، می تواند برای هر دو بار DC و AC به طور همزمان برق تامین کند و از نظر ساختار سیستم دارای اینورترهای بیشتری نسبت به سه سیستم فوق است که برای تبدیل برق DC به AC استفاده می شود. قدرت برای رفع نیازهای بار AC.معمولاً مصرف برق بار چنین سیستمی نیز نسبتاً زیاد است، بنابراین مقیاس سیستم نیز نسبتاً بزرگ است.در برخی از ایستگاه های پایه ارتباطی با بارهای AC و DC و سایر نیروگاه های فتوولتائیک با بارهای AC و DC استفاده می شود.

سیستم متصل به شبکه

بزرگترین ویژگی این سیستم فتوولتائیک خورشیدی این است که جریان مستقیم تولید شده توسط آرایه فتوولتائیک به جریان متناوب تبدیل می شود که نیازهای شبکه اصلی را از طریق اینورتر متصل به شبکه برآورده می کند و سپس مستقیماً به شبکه اصلی متصل می شود.در خارج از بار، توان اضافی به شبکه بازگردانده می شود.در روزهای بارانی یا در شب، زمانی که آرایه فتوولتائیک برق تولید نمی کند یا برق تولید شده نمی تواند نیاز بار را برآورده کند، از شبکه تغذیه می شود.از آنجایی که انرژی الکتریکی مستقیماً به شبکه برق وارد می شود، پیکربندی باتری حذف می شود و فرآیند ذخیره سازی و آزادسازی باتری ذخیره می شود.با این حال، یک اینورتر اختصاصی متصل به شبکه در سیستم مورد نیاز است تا اطمینان حاصل شود که توان خروجی با الزامات برق شبکه برای ولتاژ، فرکانس و سایر نشانگرها مطابقت دارد.به دلیل مشکل راندمان اینورتر، هنوز مقداری از دست دادن انرژی وجود خواهد داشت.چنین سیستم هایی اغلب می توانند از برق شهری و مجموعه ای از ماژول های PV خورشیدی به صورت موازی به عنوان منابع انرژی برای بارهای AC محلی استفاده کنند.نرخ کمبود توان بار کل سیستم کاهش می یابد.علاوه بر این، سیستم PV متصل به شبکه می تواند نقشی در تنظیم اوج شبکه برق عمومی داشته باشد.با توجه به ویژگی های سیستم متصل به شبکه، سویینگ الکتریک چندین سال پیش با موفقیت یک اینورتر متصل به شبکه خورشیدی را توسعه داده است که به طور ویژه برای بازیافت انرژی الکتریکی با سود و زیان های مختلف طراحی شده است.پیشرفت بزرگی حاصل شده است و یک سری مشکلات فنی در سیستم متصل به شبکه برطرف شده است.

سیستم تامین مختلط

علاوه بر آرایه ماژول فتوولتائیک خورشیدی مورد استفاده در این سیستم فتوولتائیک خورشیدی، یک ژنراتور روغن نیز به عنوان منبع تغذیه پشتیبان استفاده می شود.هدف از استفاده از سیستم منبع تغذیه هیبریدی، استفاده همه جانبه از مزایای فناوری های مختلف تولید برق و اجتناب از کاستی های مربوط به آنها است.به عنوان مثال، مزایای سیستم های فتوولتائیک مستقل فوق الذکر تعمیر و نگهداری کمتر است و عیب آن این است که انرژی خروجی وابسته به آب و هوا و ناپایدار است.

یک سیستم منبع تغذیه هیبریدی که از ترکیبی از ژنراتورهای دیزل و آرایه های فتوولتائیک استفاده می کند، می تواند انرژی مستقل از آب و هوا را در مقایسه با یک سیستم مستقل تک انرژی فراهم کند.

سیستم تامین مختلط متصل به شبکه

با توسعه صنعت اپتوالکترونیک خورشیدی، یک سیستم منبع تغذیه هیبریدی متصل به شبکه که می تواند به طور جامع از آرایه های ماژول فتوولتائیک خورشیدی، برق شهری و ژنراتورهای روغن پشتیبان استفاده کند، پدید آمده است.این نوع سیستم معمولاً کنترلر و اینورتر را یکپارچه می کند، با استفاده از یک تراشه کامپیوتری برای کنترل کامل عملکرد کل سیستم، به طور جامع از منابع انرژی مختلف برای دستیابی به بهترین حالت کار استفاده می کند و همچنین می تواند از باتری ها برای بهبود بیشتر قدرت بار سیستم استفاده کند. نرخ تضمین عرضه، مانند سیستم اینورتر SMD AES.این سیستم می تواند برق واجد شرایط را برای بارهای محلی فراهم کند و می تواند به عنوان یک UPS آنلاین (منبع تغذیه بدون وقفه) کار کند.همچنین ممکن است برق به شبکه تامین شود یا از آن تامین شود.حالت کار سیستم معمولاً به صورت موازی با برق تجاری و انرژی خورشیدی کار می کند.برای بار محلی، اگر توان تولید شده توسط ماژول های فتوولتائیک برای استفاده بار کافی باشد، مستقیماً از توان تولید شده توسط ماژول های فتوولتائیک برای تامین نیازهای بار استفاده می کند.اگر توان تولید شده توسط ماژول های فتوولتائیک بیش از تقاضای بار فوری باشد، توان اضافی نیز می تواند به شبکه بازگردانده شود.اگر توان تولید شده توسط ماژول های فتوولتائیک کافی نباشد، برق شهری به طور خودکار فعال می شود و برق شهری برای تامین تقاضای بار محلی استفاده می شود.هنگامی که مصرف برق بار کمتر از 60٪ ظرفیت شبکه نامی اینورتر SMD باشد، شبکه به طور خودکار باتری را شارژ می کند تا اطمینان حاصل شود که باتری برای مدت طولانی در حالت شناور است.در صورت خرابی شبکه، یعنی قطعی برق یا برق شهری اگر کیفیت در حد استاندارد نباشد، سیستم به طور خودکار برق شبکه را قطع کرده و به حالت کار مستقل سوئیچ می کند و برق متناوب مورد نیاز بار تامین می شود. توسط باتری و اینورترپس از بازگشت برق به حالت عادی، یعنی ولتاژ و فرکانس به حالت عادی فوق الذکر، سیستم باتری را قطع می کند، به حالت اتصال به شبکه تغییر می کند و برق را از شبکه برق تامین می کند.در برخی از سیستم های منبع تغذیه هیبریدی متصل به شبکه، عملکردهای نظارت، کنترل و جمع آوری داده ها نیز می توانند در تراشه کنترل ادغام شوند.اجزای اصلی چنین سیستمی کنترل کننده و اینورتر هستند.

سیستم فتوولتائیک خارج از شبکه

سیستم تولید برق فتوولتائیک خارج از شبکه نوع جدیدی از منبع انرژی است که برق را از ماژول های فتوولتائیک تولید می کند، شارژ و دشارژ باتری را از طریق کنترلر مدیریت می کند و انرژی الکتریکی را برای بار DC یا بار AC از طریق اینورتر تامین می کند. .به طور گسترده در فلات ها، جزایر، مناطق کوهستانی دور افتاده و عملیات میدانی با محیط های خشن استفاده می شود.همچنین می توان از آن به عنوان منبع تغذیه برای ایستگاه های پایه ارتباطی، جعبه های نور تبلیغاتی، چراغ های خیابانی و غیره استفاده کرد. سیستم تولید برق فتوولتائیک از انرژی طبیعی پایان ناپذیر استفاده می کند که می تواند به طور موثر تضاد تقاضا را در مناطق با کمبود برق کاهش دهد و مشکلات را حل کند. زندگی و ارتباطات در مناطق دور افتادهبهبود محیط زیست محیطی جهانی و ترویج توسعه پایدار انسانی.

توابع سیستم

پانل های فتوولتائیک اجزای تولید کننده انرژی هستند.کنترل کننده فتوولتائیک انرژی الکتریکی تولید شده را تنظیم و کنترل می کند.از یک طرف انرژی تنظیم شده به بار DC یا بار AC ارسال می شود و از طرف دیگر انرژی اضافی برای ذخیره سازی به بسته باتری ارسال می شود.زمانی که الکتریسیته تولید شده نمی تواند نیازهای بار را برآورده کند هنگامی که کنترلر نیروی باتری را به بار می فرستد.پس از شارژ کامل باتری، کنترلر باید باتری را کنترل کند تا بیش از حد شارژ نشود.هنگامی که انرژی الکتریکی ذخیره شده در باتری تخلیه می شود، کنترل کننده باید باتری را کنترل کند تا برای محافظت از باتری بیش از حد تخلیه نشود.زمانی که عملکرد کنترلر خوب نباشد، عمر باتری را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد و در نهایت بر قابلیت اطمینان سیستم تاثیر می گذارد.وظیفه باتری ذخیره انرژی است تا بار در شب یا در روزهای بارانی تغذیه شود.اینورتر وظیفه تبدیل برق DC به برق AC برای استفاده توسط بارهای AC را بر عهده دارد.