اجزاء و متعلقات یک سیستم برق خورشیدی

 

اجزاء و متعلقات یک سیستم برق خورشیدی

 

  • پنل های خورشیدی

طبیعی است که قسمت اصلی مهم ترین اجزای سیستم برق خورشیدی را پنل یا پنل های آن تشکیل می دهند. پنل ها در انواع مختلفی تولید می شوند.

پنل های انرژی مورد نیاز خود را از خورشید تأمین می کنند لذا هرچه انرژی خورشید بیشتر باشد، توان دریافتی آن ها هم بیشتر خواهد بود. پنل ها در غیاب اشعه ی مستقیم نور خورشید، یعنی در سایه هم برق تولید می کنند ولی اندازه ی آن بسیار اندک و مختصر می باشد.

ولتاژ خروجی اکثر پنل ها در زیر بار، چیزی در حدود ۱۴ الی ۱۸ ولت بوده و رقم مزبور میزانی است که یک پنل خورشیدی واحد به کمک آن قادر به شارژ یک باتری ۱۲ ولتی می گردد.

اگر سرسیم های یک ولت متر را به ترمینال های خروجی یک پنل خورشیدی که به هیچ مصرف کنندهای متصل نیست ارتباط دهید، ممکن است با رقمی تا حدود ۲۶ ولت هم مواجه گردید.

ولتاژ مزبور در پنل های بدون بار و به اصطلاح در مدار باز، رقم عادی و قابل پیش بینی می باشد ولی به مجرد اتصال خروجی آنها به یک مصرف کننده، ولتاژ یاد شده افت کرده و به حوالی ۱۴ تا ۱۸ ولت می رسد.

با اتصال سری پنل ها به هم می توان ولتاژهای بالاتری را ایجاد نمود. اندازۀ معمولی این ولتاژها در سیستم های مستقل از شبکه، ۲۴ یا ۴۸ ولت بوده و در طرح های متصل به شبکه، ولتاژ یاد شده ممکن است به حدود چند صد ولت هم برسد.

 

اتصال-سری-پنل های-خورشیدی

 

با اتصال موازی پنل ها به هم، ولتاژ خروجی آرایه، معادل ولتاژ هر یک از پنل ها بوده ولی میزان توان افزایش می یابد.

 

اتصال-موازی-پنل های-خورشیدی

 

برای ایجاد یک آرایۀ 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 افزونتری دست یافت.

وقتی چند پنل را به یکدیگر متصل می سازید، فارغ از اینکه آن ها به صورت سری یا موازی به هم مرتبط شده باشند، توان کلی سیستم افزایش می یابد.

هنگامی که مطابق شکل زیر، پنل ها به صورت سری به هم وصل می شوند، ولتاژ و توان هر پنل به ولتاژ و توان پنل بعدی افزوده شده و در مجموع، ولتاژ و توان آرایه افزایش می یابد.

یک آرایۀ خورشیدی متشکل از چهار پنل سری شده

 یک آرایۀ خورشیدی متشکل از چهار پنل سری شده

 

هنگامی که مطابق زیر، برای ایجاد یک آرایه، چند پنل را به صورت موازی، به هم مربوط میسازید، ولتاژ خروجی، معادل میانگین ولتاژ هر یک از پنل ها بوده و برای دستیابی به توان های بالاتر، وات هر یک را به دیگری می افزائيد.

 

یک آرایۀ خورشیدی مرکب از چهار پنل موازی

 

 یک آرایۀ خورشیدی مرکب از چهار پنل موازی

 

 

  • باتری های خورشیدی

یکی دیگر از اجزای سیستم برق خورشیدی باتری های خورشیدی هستند که بیشتر در سیستم های مستقل از شبکه و یا سیستم های متصل به شبکه با پشتیبانی باتری کاربرد دارند. به استثنای سیستم های متصل به شبکه که آرایۀ خورشیدی مستقیماً به یک اینورتر ارتباط می یابد، پنل های خورشیدی به ندرت برای راه اندازی مستقیم مصرف کننده ها به کار گرفته می شوند.

علت این است که میزان توان دریافتی پنل های خورشیدی، متناسب با شدت و ضعف تابش خورشید، تغییر می کند. در این صورت، با بالا و پایین رفتن توان موجود، برق مزبور، قابل استفاده در بسیاری از مصرف کننده های حساس، نخواهد بود.

یک سیستم برق خورشیدی متصل به شبکه به گونه ای طراحی می شود که اینورتر، این نوسان در توان تولیدی را مدیریت کرده و خود را با آن وفق می دهد و در صورتی که تقاضای مصرف افزایش یابد، کمبود آن از طریق برق شبکه تأمین می گردد. این در حالی است که در سیستم های مستقل یا نمونه های متصل و متکی به شبکه، باتری ها، انرژی تولیدی را ذخیره کرده و آن را به صورت ثابت و یکنواختی در اختیار مصرف کننده ها قرار می دهند.

انرژی تولیدی پنل ها معمولاً در باتری های “سرب-اسیدی” با سیکل یا چرخه ی عمیق ذخیره می گردد. این باتری ها شباهت زیادی به باتری های ۱۲ ولتی اتومبیل دارند.

ولی به دلیل تفاوتی که در ساختمان داخلی شان وجود دارد، آن ها را می توان چند صد بار مورد شارژ و دشارژهای قابل ملاحظه ای قرار داد.

با وجودی که ولتاژ اکثر این باتری ها ۱۲ ولت است ولی آن ها را در نمونه های ۶ ولتی نیز تولید می کنند. برای دستیابی به توان های بالاتر، باتری های یاد شده را می توان مثل پنل های خورشیدی، به صورت سری یا موازی به هم اتصال داد. در این جا هم اتصال سری، موجب بالا رفتن ولتاژ و توان کلی مجموعه ی باتری ها شده و با ارتباط دهی موازی، ضمن ثابت ماندن ولتاژ ، شدت جریان دریافتی و به تبع ) آن، توان افزایش می یابد.

اجزای-سیستم-سولار-مستقل-از-شبکه-اشنایدر

 

 

در عمل، وقتی باتری های سرب اسیدی به آهستگی تخلیه شوند، انرژی بیشتری را تأمین می کنند و برای مثال اگر یک باتری ۱۰۰ آمپر ساعت، بجای یک فاصلۀ زمانی ۲۰ ساعته، طی ۵ ساعت تخلیه گردد، توان موجود با افتی در حدود ۲۰ تا ۲۵ ٪ همراه خواهد شد.

در ثانی، باتری های سرب اسیدی را نباید به طور کامل تخلیه نمود. در این راستا باید توجه داشت که برای جلوگیری از خراب شدن زودهنگام باتری، همواره باید لااقل ۲۰٪ از میزان شارژ (SOC) را حفظ نمود.

البته افراد خبره و اهل فن پا را فراتر از این گذاشته و توصیه می کنند که در هنگام طراحی سیستم به طریقی عملی شود که میزان شارژ باتری، تحت هیچ شرایطی کمتر از ۵۰٪ ظرفیت اسمی آن نشود.

باتری-در-سیستم-سولار-مستقل-از-شبکه

 

 

  • کنترل کننده های خورشیدی

به جز سیستم های متصل به شبکه، در سایر موارد و طرح ها، سیستم های برق خورشیدی به کنترل کننده ای نیاز دارند که بر جریان داده شده به باتری یا دریافتی از آن نظارت نماید. در صورتی که باتری یا باتری ها با شارژ مازاد (اوور شارژ) و غیر ضروری مواجه گردند، خراب شده و به سرعت از بین می روند. شرایط مشابه در خرابی باتری ها زمانی رخ می دهد که سیستمی فاقد کنترل کننده بوده و باتری ها کاملا تخلیه یا دشارژ شوند. حلال این مشکل، وسیله ای بنام کنترل کننده یا  کنترلر می باشد.

البته در پاره ای از شرایط و بخصوص در مورد سیستم های برق خورشیدی کوچک ممکن است نیاز چندانی به وجود کنترل کننده احساس نشود. مثالی از این دست، طراحی و نصب پنل خورشیدی کوچکی است که در قسمتی از خودرو، فرضا روی داشبورد و زیر شیشه ی جلو و یا روی سینی عقب، در حد فاصل بلندگوهای پشتی قرار گرفته و مناسب حال وسایط نقلیه ای است که معمولاً مدت قابل توجهی به حال خود رها شده و باتری آن ها، توان و کارآیی مناسب خود را از دست می دهد.

واقعیت این است که توان خروجی این گونه پنل ها آنقدر زیاد نیست که پس از تکمیل شارژ باتری و ادامه یافتن جریان، بتوانند صفحات داخلی باتری را تخریب کرده و یا آب اسید آن را تبخیر نمایند.

هرچند که این گونه کاربردها نادر بوده و در اکثر موارد، همه ی سیستم برق خورشیدی برای نظارت و مدیریت بر شارژ و دشارژ باتری و نگهداری آن در وضعیت مناسب ، به کنترل کننده ها نیاز دارند.

 

شارژکنترلر-اشنایدر-در-سیستم-سولار

 

کنترل کننده های خورشیدی وظیفۀ مراقبت از باتری ها را به عهده داشته و آن ها را در مقابل شارژ مازاد ارسالی از طرف سلول خورشیدی محافظت می کنند. این وسایل کارآیی دیگری نیز داشته و در صورتی که مصرف کننده های متصل به باتری ها بخواهند با دریافت انرژی اضافی و نامعقول، باتری ها را با تخلیۀ عمیق و آسیب جدی مواجه سازند، ارتباط بین آنها، را قطع می نمایند.

بسیاری از کنترل کننده ها به یک صفحۀ LCD کوچک مجهزند که اطلاعات ضروری سیستم از قبیل شدت جریان شارژ باتری و همچنین توان تولیدی سلول خورشیدی را نمایش می دهند.

در صورتی که نمونۀ خریداری شده فاقد چنین صفحه ای می باشد، بهتر است یک مالتی متر دیجیتالی معمولی یا کلمپی (گیره ای) داشته باشید تا گاهی اوقات، قسمت های مختلف مدار را کنترل کرده و از عملکرد صحیح آن ها مطمئن شوید.

 

  • عوامل موثر در انتخاب کنترل کننده های خورشیدی

 

محاسبۀ انرژی در پنل های خورشیدی  انتخاب کنترل کننده های خورشیدی به چهار عامل زیر بستگی دارد:

  • ولتاژ سیستم
  • شدت جریان تولیدی سلول خورشیدی بر حسب آمپر
  • بیشترین جریان کشیده شده توسط مصرف کننده ها بر حسب آمپر
  • میزان جزئیات قابل نمایش به توسط صفحه LCD دستگاه

 ناگفته نماند که برخی از نصاب های خبرۀ سیستم های برق خورشیدی، مورد پنجمی را هم به عوامل چهارگانۀ بالا اضافه می کنند؛ نوع باتری. البته این مورد بیشتر شامل کنترل کننده های خورشیدی قدیمی تر می شود که فقط با یک نوع باتری خاص عمل می کردند.

کنترل کننده های مدرن و جدید بدون هیچ مشکل خاصی، با انواع باتری های سرب اسیدی کار میکنند هرچند که در این نمونه ها هم، در هنگام تنظیمات اولیه، لازم است اطلاعات مربوط به باتری به کار رفته برایشان تعریف شود.

همۀ کنترل کننده ها و حتی ارزان ترین نمونه های آن ها هم، اطلاعات ضروری و اساسی سیستم را بر روی صفحۀ LCD خود نشان می دهند. توان تولیدی و ذخیره شده در مقایسه با توان در حال مصرف و همچنین آمپر ساعت های موجود باتری، از جملۀ این اطلاعات می باشند.

این در حالی است که برخی از انواع پیشرفته تر و مجهزتر دارای چنان قابلیتی هستند که یک اطلاعات قیاسی از توان تولیدی و مصرفی روزانه را نیز در اختیار کاربر قرار می دهند.

 


بیشتر بخوانید:

طراحی سیستم برق خورشیدی

انواع سیستم های برق خورشیدی

محاسبه انرژی در پنل های خورشیدی

                        موارد مهم در نصب پنل های خورشیدی                       

                         سیم کشی پنل خورشیدی

 

  • اینورتر خورشیدی

یکی دیگر از اجزای سیستم برق خورشیدی اینورتر است. برق تولیدی پنل در سیستم برق خورشیدی از ولتاژ پائینی برخوردار بوده و ماهیتاً از نوع DC یا مستقیم است در حالی که برقی که در سیم کشی منازل موجود است، ولتاژ بالایی داشته و از نوع AC یا متناوب می باشد کار می کنند، راه اندازی و تغذیه کنید، به وسیله ای بنام اینورتر نیاز پیدا خواهید کرد که علاوه بر تغییر دادن ولتاژ و رساندن آن به ولتاژ برق شهر ، ماهیت آن را هم از DC به AC تغییر دهد.

در هنگام خرید اینورترها باید سه چیز را مدنظر داشت: 

  • ولتاژ خروجی مجموعه ی باتری ها (در مورد سیستم های مستقل از شبکه)
  • توان مجاز دستگاه
  • کیفیت شکل موج خروجی اینورتر

 

اینورتر-خورشیدی-اشنایدر-الکتریک

  • اینورترهای متصل به شبکه

اگر هدف، طراحی یک سیستم متصل به شبکه است، باید چیزهای دیگری را هم در نظر گرفت. به واقع اینورترهای متصل به شبکه نمونه هایی هستند که سیستم خورشیدی را به شبکۀ برق محلی متصل ساخته و این امکان را مهیا می سازند که مالک تجهیزات فوق الذکر، در نقش یک شرکت یا نیروگاه کوچک برق ظاهر شده و بتواند برق مازاد خود را به شبکه بفروشد.

در این صورت طبیعی است که اینورترهای خاص سیستم های متصل به شبکه باید به میزان قابل توجهی گرانتر از نمونه های مستقل از شبکه باشند. برای این کار دلایل متعددی وجود دارند که برخی از آنها به شرح زیر می باشند:

  • چون یکی از وظایف اینورترهای متصل به شبکه این است که برق تولیدی سلول خورشیدی را به شبکۀ محلی برسانند، بنابراین روشن است که این اینورترها، به شبکه متصل می گردند. در این صورت شکل موج سینوسی برق AC خروجی آن ها باید دقیقاً با مشخصات برق شبکه، همخوانی داشته باشد.

 

  • در این اینورترها تمهیدات امنیتی خاصی پیش بینی شده که در صورت قطع برق شبکۀ سراسری یا محلی، ارتباط سلول خورشیدی با شبکه را قطع می نمایند.

 

  • اینورترهای متصل به شبکه مستقیماً به پنل های خورشیدی ارتباط می یابند که برای بالا  بردن ولتاژ خروجی و کم کردن تلفات توان ، به صورت سری به یکدیگر پیوند خورده اند. به این ترتیب اینورترهای مزبور باید بر ولتاژ خروجی متغیر و بی ثباتی که در هر لحظه، در حدود چند ولت بالا و پایین می رود، نظارت نمایند.

 

  • اینورترهای متصل به شبکه، دستگاه های بسیار حرفه ای بوده و در ابعاد کوچک و ظریفی تولید  می گردند در حالی که اینورترهای معمولی، حجیم تر بوده و قیمتشان هم کمتر است.

 

  • در بسیاری از کشورها و حتی ایالت های مختلف آن ها، برای اتصال اینورترهای متصل به ۱ شبکه، به شبکه های برق محلی، حتما باید مجوز خاصی را اخذ نمود.

 

 

  • ردیابی حداکثر توان (MPPT)

اگر می خواهید یک اینورتر متصل به شبکه تهیه کنید، بهتر است نمونه ای که مجهز به قابلیت ردیابی حداکثر توان با اختصاراً MPPT است را خریداری نمایید. اینورترهای مجهز به MPPT در مقایسه با انواع فاقد این قابلیت، توانایی تأمین ۱۵ تا ۲۰٪ توان بیشتر را دارند.

با وجودی که اکثر اینورترهای متصل به شبکه ی جدید به صورت فابریک و به عنوان یک قابلیت استاندارد به MPPT مجهزند، در عین حال بهتر است در موقع خرید ، به این نکته توجه کرده و از وجود آن اطمینان حاصل نمود.

 

  • توان مجاز

توان مجاز، بیشترین توان پیوسته ای است که اینورتر می تواند در اختیار مصرف کننده های متصل به آن قرار دهد. برای محاسبۀ توان مورد نیاز کافی است توان مصرفی تمامی بارها و مصرف کننده هایی که در آن واحد به سیستم متصل می شوند را با هم جمع کنید. در انجام این کار بد نیست برای رعایت یک حاشیۀ اطمینان و جبران خطاهای صورت پذیرفته، برای درنظر گرفتن یک ضریب اطمینان، درصد یا مقداری را به عدد بدست آمده بیفزایید. باید اضافه کرد در صورتی که توان کشیده شدۀ پیوسته از اینورتر، فراتر از حد مجاز آن باشد، از ادامۀ کار بازمانده و به صورت خودکار قطع می نماید.

بسیاری از اینورترها علاوه بر توان مجاز پیوسته، یک توان مجاز پیک یا حداکثری را هم شامل می شوند. علت این است که برخی از لوازم برقی مثل یخچال، خصوصیتی دارند که در لحظۀ استارت و آغاز به کار، به توان موقتی بالایی نیاز داشته و البته به مجرد راه اندازی، توان موردنیاز به حد عادی و پایین تر خود باز می گردد. این توان های مجاز حداکثری در این گونه موارد به کمک خط آمده و از قطع کردن اینورتر و کم آوردن آن در زیر بار لحظه ای، ممانعت به عمل می آورند.

 

 

  • شکل موج

این پارامتر به کیفیت سیگنال AC خروجی اینورتر، در مقایسه با شکل موج برق متناوب شهر باز می گردد.

برق AC خروجی اینورترهای ارزان قیمت تر به صورت یک موج سینوسی کاذب یا اصلاح شده بوده و به عبارتی شبه سینوسی است در حالی که سیگنال های خروجی اینورترهای مدرن تر و باکیفیت تر، به صورت یک موج سینوسی خالص و بی عیب می باشند.

همانطوری که اشاره شد، اینورترهای با خروجی سینوسی اصلاح شده، علاوه بر پایین تر بودن قیمت، از توان های مجاز و حداکثری بالاتری برخوردار می باشند.

هرچند برخی از وسایل برقی و بخصوص دستگاه های مجهز به موتورهای الکتریکی AC، با خروجی های سینوسی اصلاح شدۀ این گونه اینورترها سازگار نبوده و خوب عمل نمی کنند.

برای مثال، منابع تغذیۀ گروهی از دستگاه ها، شبیه لپ تاپ ها و تلویزیون های پرتابل، با خروجی این گونه اینورترها اصلاً کار نمی کنند در حالی که بعضی از سیستم های صوتی که با این جور برق ها عمل می کنند، کارآیی مناسبی نداشته و یک صدای پارازیت گونه ی «بیز» یا «هوم»، ممتد با خروجی آنها همراه می گردد.

برای رهایی از این گونه مشکلات باید از اینورترهایی که موج سینوسی خالص و کاملی شبیه برق متناوب و استاندارد شبکه تولید می کنند، سود جست.

 

شکل موج خروجی مربعی یا به اصطلاح شبه سینوسی یک اینورتر ارزان قیمت

 

شکل موج خروجی مربعی یا به اصطلاح شبه سینوسی یک اینورتر ارزان قیمت

 

 

 

 

شکل موج خروجی کاملاً سینوسی یک اینورتر گران قیمت

 

شکل موج خروجی کاملاً سینوسی یک اینورتر گران قیمت

 

  • لوازم برقی

آخرین قسمتی که در هنگام طراحی سیستم های برق خورشیدی باید مورد کند و کاو قرار گیرد، وسیله یا وسایلی است که باید به توسط برق تولیدی، تغذیه و راه اندازی گردند.ولتاژ کار اكثر سیستم های خورشیدی، پایین می باشد.

به جز سیستم های متصل به شبکۀ صرف، در بقیه ی حالت ها، این حق انتخاب وجود دارد که بتوان پاره ای از مدارها و وسایل را با برق DC و الباقی را از طریق یک اینورتر ، با برق AC تغذیه نمود (که خود موجب اضافه شدن یک وسیلهی دیگر به مدار و پایین آمدن بازده سیستم میگردد).

به دلیل پرطرفدار بودن کاروان ها و قایق های تفریحی کوچک، سازندگان و کارخانجات مختلف، بسیاری از تولیدات خود مثل: لامپ های روشنایی، یخچال، فر، قوری برقی، تستر، قهوه ساز، سشوار، جاروبرقی، رادیو، تلویزیون، تهویه مطبوع، ماشین ظرفشویی و لپ تاپ را به گونه ای عرضه می کنند که با برق های ۱۲ یا ۲۴ ولت DC هم عمل می نمایند.

و باز به دلیل رایج و همه گیر شدن سیستم های برق خورشیدی، بسیاری از تولیدکنندگان، محصولات خود از جمله: یخچال، فریزر و ماشین ظرفشویی را به صورت نمونه های کم مصرف هم به بازار عرضه کرده اند که مورد استقبال دارندگان سیستم های برق خورشیدی و توربین های بادی واقع شده اند. در کنار همه ی این ها باید توجه داشت که بسیاری از لوازم دستی و پرتابل مثل دستگاه های پخش MP3 و تلفن های همراه، علاوه بر امکان شارژ و عملکرد با برق شهر، با برق ۱۲ ولت DC هم کار می کنند.

 

 


بیشتر بخوانید:

اجزاء و متعلقات یک سیستم برق خورشیدی

برق و گرمایش خورشیدی

برق خورشیدی و محیط زیست

بررسی محل نصب سیستم خورشیدی

 

در صورتی که سوالی در خصوص مطالب بیان شده دارید می توانید در قسمت نظرات از ما بپرسید یا با ارائه پیشنهادات خود، ما را در بالا بردن کیفیت مقالات یاری کنید. 

 

مقالات مرتبط

نظرات