طبقه بندی سیستم های انرژی خورشیدی

در سراسر جهان مردم در حال حاضر به سمت استفاده از منابع تجدیدپذیر انرژی برای برآوردن نیازهای انرژی خود حرکت می کنند. در دنیای امروز، نمونه‌های زیادی از ظهور-و پیاده‌سازی سیستم‌ها/فناوری‌های انرژی خورشیدی در مقیاس بزرگ در جامعه وجود دارد. دانشجویانی که اخیراً فارغ‌التحصیل شده‌اند یا افرادی که به دنبال استفاده از فناوری‌های خورشیدی برای مقاصدی در خانه یا محل کار خود هستند، باید در مورد انواع سیستم‌های خورشیدی، نحوه عملکرد و مزایا و معایب آنها آموزش ببینند تا بتوانند آگاهانه تصمیم‌گیری کنند. سیستم های انرژی خورشیدی را می توان بر اساس سه نوع طبقه بندی کرد:

1) انرژی چگونه تولید می شود (فناوری).

2) نحوه اتصال/کارکرد سیستم در ارتباط با شبکه برق (پیکربندی)؛

3) اندازه یک سیستم در مقایسه با انواع دیگر سیستم ها.

هدف این مقاله ارائه چندین مثال از نحوه طبقه بندی سیستم های فناوری انرژی خورشیدی به این سه دسته و ارائه توضیحات مفصل در مورد هر کدام است.

اساسی ترین طبقه بندی سیستم های انرژی خورشیدی بر اساس نحوه استفاده ما از انرژی خورشید برای تامین انرژی اشیا است. تنها دو راه برای انجام این کار وجود دارد: استفاده از فتوولتائیک (PV) یا استفاده از انرژی خورشیدی متمرکز (CSP). و سپس سیستم های حرارتی خورشیدی هستند که خروجی انرژی حرارتی (یا تولید{1}}گرما) (گرمایش) ایجاد می کنند.

سیستم های فتوولتائیک (PV)

رایج ترین نوع استفاده از تولید انرژی خورشیدی، سیستم های فتوولتائیک است. با کمک اثر فتوولتائیک، سیستم‌های فتوولتائیک مدرن تابش خورشیدی را با استفاده از یک نیمه‌رسانا، معمولاً سیلیکون، که استاندارد صنعتی است، به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. نیمه هادی توسط پرتوهای خورشید برانگیخته می شود، که باعث می شود جریانی از الکترون ها حرکت کنند و جریان الکتریکی مستقیم ایجاد کنند، برخلاف جریان متناوب که در دو جهت مختلف جریان دارد. در اکثر خانه ها و محل کار، این جریان مستقیم (DC) نامیده می شود. برای اینکه در اکثر خانه ها و محل کار قابل اجرا باشد، یک اینورتر برای تبدیل جریان مستقیم (DC) سلول به جریان متناوب (AC) مورد نیاز است. با توجه به تطبیق پذیری و مقیاس پذیری سیستم های فتوولتائیک، پانل های تجاری مدرن برای دستیابی به راندمان تا 30 درصد طراحی شده اند. این سیستم‌ها می‌توانند به کوچکی چند پانل فتوولتائیک روی پشت بام یا به بزرگی مزارع انرژی خورشیدی فتوولتائیک{7}}در مقیاس بزرگ باشند.

از دیدگاه نصاب یا صاحب خانه، عملی ترین طبقه بندی یک سیستم PV بر اساس پیکربندی الکتریکی و رابطه آن با شبکه برق است. سه نوع اصلی وجود دارد: سیستم‌های گرید-گرید (روشن{2}}شبکه)، خاموش-شبکه (مستقل) و سیستم‌های ترکیبی.

در سیستم‌های-شبکه (شبکه- گره خورده).
سیستم‌های روی{0}شبکه مستقیماً به شبکه برق عمومی متصل هستند و رایج‌ترین نوع تأسیسات مسکونی و تجاری در سراسر جهان هستند.

چگونه کار می کند: پنل های خورشیدی در طول روز برق تولید می کنند. این نیرو برای اجرای بارهای ساختمان استفاده می شود. اگر سیستم بیش از حد نیاز توان تولید کند، مازاد آن به شبکه برق بازگردانده می شود. در شب یا در دوره‌های تولید کم، ساختمان برق را از شبکه می‌گیرد.

جزء کلیدی: این سیستم ها به بانک باتری نیاز ندارند. خود شبکه به عنوان یک سیستم ذخیره سازی مجازی برای انرژی اضافی عمل می کند.

مزایا: به دلیل کمبود باتری، مقرون به صرفه‌ترین-و ساده‌ترین نصب هستند. آنها همچنین اندازه گیری شبکه را فعال می کنند، جایی که صاحبان خانه اعتباری برای برق اضافی که به شبکه عرضه می کنند دریافت می کنند.

نقطه ضعف: اشکال اصلی این است که سیستم در هنگام قطع برق شبکه به دلایل ایمنی (برای جلوگیری از{0}}تغذیه مجدد برق به کارگران خط) خاموش می شود، به این معنی که نمی تواند برق پشتیبان را تامین کند.

سیستم‌های خاموش-شبکه (مستقل).

سیستم‌های خاموش{0}}شبکه مستقل از شبکه برق کار می‌کنند. آنها برای استفاده در مناطق دورافتاده بدون اتصال به شبکه عملی یا جایی که هزینه های اتصال به شبکه بسیار زیاد است، ایده آل هستند.

عملکرد: پنل های خورشیدی شارژ یک بانک باتری را برای استفاده در طول شب یا زمانی که هوا آفتابی نیست فراهم می کند. یک اینورتر به عنوان یک دروازه برای تبدیل جریان مستقیم تولید شده توسط باتری ها به جریان متناوب همانطور که در خانه استفاده می شود، عمل می کند.

ویژگی مرکزی: یک بانک باتری که می تواند انرژی کافی برای پشتیبانی از سیستم شبکه خاموش-برای چندین روز بدون نیاز به شارژ مجدد فراهم کند، ویژگی اصلی یک سیستم شبکه خاموش- است. برای زمانی که شرایط آب و هوایی مانع از شارژ مجدد می‌شود، بسیاری از خانه‌های خاموش{3}}شبکه نیز یک ژنراتور پشتیبان برای تامین انرژی بیش از اندازه کافی برای مدت زمان طولانی‌تری دارند.

مزایا: زندگی کاملا مستقل از شبکه برق و دسترسی به برق در یک منطقه دورافتاده که برق را از شبکه برق دریافت نمی کند.

معایب: این سیستم ها به دلیل هزینه باتری به طور قابل توجهی گران تر هستند. آنها همچنین نیاز به طراحی پیچیده تر و مدیریت انرژی سختگیرانه توسط کاربر دارند تا از خالی شدن باتری جلوگیری شود.

سیستم های هیبریدی
سیستم‌های هیبریدی بهترین عناصر فناوری شبکه روشن و خاموش- را ترکیب می‌کنند.

یک سیستم هیبریدی چیست: یک سیستم هیبریدی درست مانند یک شبکه گرید{0}}به شبکه برق وصل می‌شود، اما دارای یک بانک باتری نیز در سیستم است. انرژی خورشیدی تولید شده ابتدا برای تغذیه بارهای الکتریکی خانه و سپس برای شارژ باتری ها استفاده می شود. تنها پس از شارژ کامل باتری ها، باقیمانده برق خورشیدی تولید شده به شبکه بازگردانده می شود. در هنگام قطع برق به دلیل قطعی شبکه، یک سیستم هیبریدی این توانایی را دارد که خود را از شبکه جدا کند و از طریق بانک باتری و از طریق پنل های خورشیدی به تامین برق خانه ادامه دهد.

جزء کلیدی یک سیستم هیبریدی: اینورتر هیبریدی یا یک اینورتر جفت شده با یک کنترل کننده باتری - این مؤلفه بسیاری از اجزای مختلف را در یک سیستم هیبریدی کنترل می کند.

مزایای داشتن یک سیستم هیبریدی: قابلیت اطمینان انرژی پشتیبان، توانایی صرفه جویی در انرژی تولید شده توسط خود برای استفاده در زمان اوج نرخ برق، و احتمالاً یک بانک باتری کوچکتر در مقایسه با یک برنامه خاموش{1}}فقط شبکه.

مضرات داشتن یک سیستم هیبریدی: هزینه های اضافی باتری، هزینه کلی را بیشتر از یک سیستم{0}}گرید استاندارد می کند.

جدا از نوع سیستم، تاسیسات خورشیدی نیز بر اساس اندازه آنها و ارتباط آنها با بار الکتریکی مورد استفاده طبقه بندی می شوند.

تولید پراکنده (DG): اینها سیستم های کوچکتری هستند که در نزدیکترین نقطه به نقطه مصرف قرار دارند. اکثر سیستم های روی پشت بام های مسکونی و سیستم های روی ساختمان های تجاری از این دسته هستند. آنها معمولاً در شبکه توزیع ولتاژ پایین ادغام می شوند و می توانند مصرف کنندگان را قادر به صرفه جویی در قبوض برق خود کنند.

تولید متمرکز (مقیاس سودمند): این نیروگاه‌های خورشیدی بزرگ هستند که معمولاً در صدها هکتار پراکنده شده‌اند و الکتریسیته تولید می‌کنند که سپس از طریق خطوط انتقال ولتاژ بالا به کاربران دوردست ارسال می‌شود. هم مزارع خورشیدی PV در مقیاس بزرگ و هم نیروگاه های CSP در این دسته هستند. به طور کلی، طبقه بندی سیستم های انرژی خورشیدی پیچیده است. خواه بر اساس فناوری درگیر (PV در مقابل CSP)، پیکربندی عملیاتی (روشن{8}}شبکه، خاموش-شبکه، یا ترکیبی)، یا درجه استقرار، هر طبقه‌بندی عملکرد مهمی در سیستم انرژی جهان دارد. دانستن این تفاوت ها پایه و اساس کسانی است که قصد استفاده از انرژی خورشیدی را دارند.