استفاده از پنل خورشیدی برای تامین انرژی الکتریکی

پنل خورشیدی

امروزه استفاده از انرژی پاک و تجدیدپذیر خورشیدی به دلیل مزایای فراوانی که دارد بسیار مورد توجه قرار گرفته است. به همین دلیل پنل خورشیدی که انرژی تابش خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند برای ایجاد سیستم برق خورشیدی کاربرد فروانی دارد. در این مقاله سیستم برق خورشیدی یک مکان مسکونی و اجزای آن را بررسی میکنیم.

سلول خورشیدی میتواند انرژی تابش خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل کند. به دلیل اندازه‌ی محدود سلول خورشیدی، این سلول‌ها تحت شرایط ولتاژی-جریانی ثابت توان محدودی را تحویل میدهند که در بیشتر موارد کاربردی نیست.

برای استفاده‌ از توان الکتریکی تولید شده توسط این سلول‌های خورشیدی در مواردی که با ولتاژ یا جریان خاصی کار میکنند، باید تعدادی از این سلول‌ها را به یکدگیر متصل کنیم تا پنل خورشیدی (واحد فوولتاییک) ایجاد کنیم. برای استفاده از انرژی خورشید در مقیاس‌های بزرگتر، تعدادی پنل‌ خورشیدی به یکدیگر متصل میشوند تا یک آرایه‌ی خورشیدی را به وجود آورند.

پنل خورشیدی

برای مناطق مسکونی، استفاده از یک سیستم هیبرید یا ترکیبی مناسب است. این سیستم در طول روز از طریق پنل‌ خورشیدی، انرژی الکتریکی تولید میکند. مقداری انرژی الکتریکی در باتری نیز ذخیره میشود تا در شرایط آب و هوایی بد و در طول شب که نور خورشید در دسترس نیست از آن استفاده شود. این سیستم همچنین میتواند از ژنراتورهای پرتابل یا شبکه برق هم به عنوان استفاده کند و در کنار تامین برق مصرف کننده، انرژی الکتریکی را در باتری هم ذخیره کند. توجه کنید که ژنراتور فقط در شرایط که نور خورشید در دسترس نیست و دریافت انرژی از شبکه برق هم ناممکن است، مورد نیاز است.

در فرآیند تولید برق از پنل‌ خورشیدی، مولفه‌های مختلفی باید متصل شوند. اینکه چه مولفه‌هایی باید به کار گرفته شوند بستگی به این دارد که سیستم به شبکه برق اتصال دارد یا قرار است یک سیستم مستقل طراحی کنیم.

مولفه‌هایی که معمولا در طراحی سیستم برق خورشیدی برای مکان مسکونی یا تجاری استفاده میشوند عبارت‌اند از:

۱. ساختار نصب

۲. پنل خورشیدی

۳. سیستم ذخیره انرژی

۴. کنترل کننده بار

۵. اینورتر

۶. ژنراتور ( استفاده از این مورد اختیاری است اما معمولا برای مکان‌هایی که به شبکه برق دسترسی ندارند لازم است.)

۷. کابل

ساختار نصب

برای ثابت کردن پنل خورشیدی و تنظیم جهت آن ها به سوی خورشید به کار میرود. بت قرار دادن این پنل‌ها در زاویه درست نسبت به خوشید، اطمینان میابیم که در یک مکان خاص بیشترین انرژی ممکنه را از خورشید دریافت میکنیم و از سیستم کارکرد مناسب را دریافت میکنیم. میتوان این پنل‌ها را به طور ثابت نصب کرد یا سیستمی طراحی کرد که با تغییر زاویه آن‌ها بیشترین انرژی را دریافت کنیم. در مناطق مسکونی،‌ معمولا این پنل‌ها را به طور ثابت روی زمین یا سقف نصب میکنند.

پنل‌ خورشیدی

مهم ترین مولفه در سیستم برق خورشیدی پنل خورشیدی است. این پنل‌ها واحدهایی هستند که انرژی خورشیدی را دریافت و به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند.

سیستم ذخیره انرژی

سیستم ذخیره انرژی بخش مهمی از سیستم‌ های مستقل (stand-alone) است زیرا با وجود این بخش اطمینان میابیم که سیستم برق ما در زمان‌هایی که به نور خورشید دسترسی نداریم هم برق مورد نیاز مصرف‌کننده را تامین میکند.

کنترل کننده بار

این مبدل‌ DC-DC در سیستم‌های مستقل به کار میروند تا ولتاژ متغیر خروجی پنل‌ها را به ولتاژ ثابت تبدیل کنند که باتری‌ها را شارژ کند یا به عنوان ورودی اینورتر در سیستم‌های متصل به شبکه برق قابل استفاده باشد. ولتاژ خروجی پنل خورشیدی در طول روز و فصل‌ها متغیر است پس میتوان نتیجه گرفت که جریان خروجی نیز متغیر است. همچنین این کنترل کننده‌ها کمک میکنند تا پنل‌ها خورشیدی پس از پر شدن باتری از آن قطع شوند که باعث افزایش طول عمر باتری میشود.

این کنترل کننده‌ها از ردیابی نقطه توان ماکزیمم استفاده میکنند. میدانیم خروجی پنل یا آرایه‌های خورشیدی متغیر و وابسته به دما و تابش خورشید است پس در نمودار ولتاژ-جریان،‌ نقطه‌ای وجود دارد که در آن توان ماکزیمم است. میدانیم این نقطه به شرایط محیطی وابسته است پس با هر تغییری، مکان این نقطه روی نمودار تغییر میکند. پس برای تطابق نقطه کار با نقطه توان ماکزیمم، با هر تغییری در شرایط محیطی باید نقطه‌ی توان ماکزییم روی نمودار ولتاژ-جریان ردیابی شود.

اینورتر

اینورترها مبدل‌های AC-DC هستند که ولتاژ DC خروجی پنل خورشیدی را به AC تبدیل میکنند. وجود اینورترها در سیستم برق خورشیدی مناطق مسکونی به این دلیل است که بیشتر وسایل با جریان AC کار میکنند.

ژنراتو

از ژنراتورهای پرتابل در زمان شرایط آب و هوایی بد و در طول شب در سیستم برق خورشیدی استفاده میشود تا در کنار تامین برق مصرف کننده، انرژی الکتریکی را در باتری هم ذخیره کند. توجه کنید که ژنراتور فقط در شرایط که نور خورشید در دسترس نیست و دریافت انرژی از شبکه برق هم ناممکن است، مورد نیاز است.

کابل

کارکرد کلی سیستم برق خورشیدی به شدت به انتخاب درست کابل‌ها وابسته است. کابل‌ها باید طوری انتخاب شوند که اتلاف توان کمترین میزان خود را داشته باشد.

منبع:

https://www.electricalengineeringtoolbox.com/2019/11/a-guide-to-understanding-solar-panels.html

اشتراک گذاری:

مایل به ثبت دیدگاه هستید؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

آخرین دیدگاه‌ها

    آخرین دیدگاه‌ها

      بایگانی‌ها