عناصر سيستم هاي خورشيدي چيست؟ انرژی خورشیدی به طور فزایندهای به روشی محبوب برای صنعتگران، صاحبان خانه و مشاغل با هدف کنترل هزینههای انرژی خود تبدیل شده است. سالانه انرژی خورشیدی میلیاردها ریال در هزینههای قبوض برق برای مصرفکنندگان صرفهجویی میکند و در عین حال انرژی پاک و قابل اعتمادی را فراهم نماید.
در اصل، یک سیستم انرژی خورشیدی نور خورشید را جذب میکند و آن را به برق رایگان تبدیل میکند. با این حال، یک سیستم خورشیدی قطعات بسیار بیشتری از پنلها دارد.
در عمل، این قطعات شامل تجهیزات الکتریکی، کنترلی و حفاظتی هستند که بخش قابلتوجهی از آنها در ناحیه جریان مستقیم (DC) سیستم خورشیدی قرار میگیرند. طراحی ایمن این بخش نیازمند استفاده از کلید DC، فیوز DC، SPD و تابلو خورشیدی استاندارد مطابق الزامات IEC است.
اجزای اصلی سیستم خورشیدی
قبل از شروع، در اینجا لیستی از اجزای موجود در یک سیستم خورشیدی آورده شده است:
- پنلهای خورشیدی (ماژولها): نور خورشید را جذب کرده و برق تولید میکنند.
- اینورترها: برق تولید شده را به برق AC قابل استفاده تبدیل میکنند.
- سیستمهای قفسهبندی و نصب: پنلها را در جای خود محکم میکنند.
- باتریها: انرژی را برای سیستمهای خارج از شبکه یا هیبریدی ذخیره میکنند.
- کنترلکنندههای شارژ: جریان برق را در تنظیمات خاص تنظیم میکنند.
- کلید قطع: در صورت نیاز، امکان خاموش شدن ایمن سیستم را فراهم میکند.
- کنتور برق دو جهته: جریان انرژی بین سیستم شما و شبکه را ردیابی میکند.
- چنج اور ها: امکان تغییر منبع تغذیه برق از شبکه شهری به سیستم خورشیدی و برعکس را میسر میکند.
بخش قابل توجهی از این اجزا، بهویژه پنلها، باتریها و مسیر ارتباطی آنها با اینورتر، در حوزه DC قرار دارند. به همین دلیل، پیشبینی حفاظت DC مناسب نقش مهمی در کاهش ریسک اتصال کوتاه، قوس الکتریکی و آتشسوزی در سیستم خورشیدی دارد.
1.پنلهای خورشیدی (Solar Panels) (یا ماژولهای خورشیدی)
پنلهای خورشیدی، که ماژولهای خورشیدی نیز نامیده میشوند، حاوی سلولهای فتوولتائیک (PV) هستند که هنگام قرار گرفتن در معرض نور خورشید، برق تولید میکنند. نور خورشید به سلولها انرژی میدهد و باعث حرکت الکترونها و تولید جریان الکتریکی میشود.
هر سلول PV از یک نیمهرسانا سیلیکون ساخته شده است. سیلیکون در بیش از ۹۵٪ سلولهای PV استفاده میشود زیرا فراوان و نسبتاً ارزان است. فرآیند تولید شامل ذوب و پالایش پلیسیلیکون برای ایجاد شمشهای سیلیکون خالص است. سپس این شمشها به ویفرهای نازک برش داده میشوند و روی لایههای شیشهای در یک الگوی شبکهای مونتاژ میشوند.
یک پنل متوسط شامل ۶۰ تا ۷۲ سلول است، اما تعداد دقیق آنها به اندازه پنل و اینکه آیا برای تأسیسات مسکونی یا تجاری در نظر گرفته شده است، بستگی دارد. وقتی نور خورشید به این سلولها میخورد، آن را جذب و به انرژی الکتریکی تبدیل میکند.
ساختار پنل خورشیدی و سلولهای فتوولتائیک
پنلهای خورشیدی به سلولهای سیلیکونی متکی هستند تا دو نوع مختلف الکتریسیته تولید کنند: نوع N (با بار منفی) و نوع P (با بار مثبت). این سلولها در هر سلول خورشیدی لایه قرار گرفتهاند و توسط یک مانع نیمه رسانا از هم جدا شدهاند.
سلولهای نوع N حاوی موادی هستند که الکترونهای اضافی تولید میکنند، در حالی که سلولهای نوع P دارای موادی با الکترونهای کمتر هستند. این منجر به یک لایه با الکترون اضافه و یک لایه آماده جذب الکترون میشود.
هنگامی که نور خورشید به اتمهای سیلیکون در این لایهها برخورد میکند، انرژی کافی برای آزاد کردن برخی از الکترونها از پیوندهای اتمی آنها را فراهم میکند.
وقتی لایههای نوع N و نوع P به هم فشرده میشوند و در معرض نور خورشید قرار میگیرند، یک میدان الکتریکی در محل اتصال بین آنها تشکیل میشود. این میدان یک مسیر یک طرفه برای الکترونها ایجاد میکند. اکنون، وقتی فوتونها (ذرات نور) از خورشید به سلول سیلیکونی برخورد میکنند، الکترونها را از پیوندهایشان جدا میکنند.
این الکترونهای آزاد شده از طریق اتصال PN، جایی که لایههای نوع N و نوع P به هم میرسند، حرکت میکنند. با جریان یافتن الکترونها، جریان الکتریکی درون سلول ایجاد میشود. این فرآیند، برق جریان مستقیم (DC) را تولید میکند که یک پنل خورشیدی به بقیه سیستم ارسال میکند.
تولید برق جریان مستقیم (DC) در پنل خورشیدی
هر سلول فتوولتائیک (PV) شامل کنتاکتهای فلزی یکی در بالا و یکی در پایین است که برای جمعآوری و هدایت الکترونها به مدار الکتریکی طراحی شدهاند. هنگامی که این الکترونها انرژی خود را تحویل دادند، به سمت عقب سلول برمیگردند.
در سطح جلویی، خطوط شبکه بسیار نازک به جمعآوری الکترونها و هدایت آنها به سمت باسبارها، که نوارهای فلزی هستند که توان الکتریکی را منتقل میکنند، کمک میکنند. این فرآیند به طور مداوم انجام میشود
خود الکترونها هرگز مصرف نمیشوند. آنها در گردش مداوم باقی میمانند، بارها و بارها انرژی را از نور خورشید میگیرند و هنگام عبور از یک بار آن را آزاد میکنند. این جریان مداوم الکترونها است که برق جریان مستقیم (DC) را ایجاد میکند.
این برق DC قبل از اینکه بتواند توسط خانهها و مشاغل استفاده شود یا به شبکه برق ارسال شود، باید به برق AC تبدیل شود.اینجاست که اینورترها وارد عمل میشوند.
خروجی پنلهای خورشیدی بهصورت جریان مستقیم (DC) تولید میشود که به دلیل ماهیت پیوسته خود، در صورت قطع غیراصولی میتواند منجر به ایجاد قوس الکتریکی خطرناک شود. این موضوع اهمیت استفاده از تجهیزات قطع و حفاظت مخصوص DC را دوچندان میکند.
2.اینورتر در سیستم خورشیدی
اینورترها انرژی خورشیدی را قابل استفاده میکنند. اگرچه پنلهای خورشیدی نور خورشید را به برق جریان مستقیم (DC) تبدیل میکنند، اما برق DC چیزی نیست که اکثر خانهها، مشاغل یا شبکه برق گستردهتر را اداره کند. این سیستمها به جای آن به جریان متناوب (AC) نیاز دارند. اینورتر این شکاف را پر ميکند.
اینورتر رشتهای (String Inverter)
یک اینورتر رشتهای، برق را از پنلهای خورشیدی جمعآوری کرده و آن را به یک واحد مرکزی هدایت میکند.
اینورترهای رشتهای زمانی بهترین عملکرد را دارند که پنلها نور خورشید یکنواختی دریافت کنند، به این معنی که در طول روز سایه محدود یا بدون سایه باشد. اگر حتی یک پنل در رشته با سایه یا غبار مواجه شود، کاهش خروجی آن میتواند بر کل زنجیره تأثیر بگذارد.
قبل از ورود جریان DC به اینورتر، لازم است حفاظت الکتریکی مناسب پیشبینی شود. استفاده از کلید DC و SPD در این نقطه، علاوه بر حفاظت تجهیزات، ریسک آسیب به اینورتر در اثر اضافهولتاژهای گذرا را کاهش میدهد.
میکرواینورترها (Micro Inverter)
میکرواینورترها یک راه حل پیشرفتهتر ارائه میدهند. آنها در پشت هر پنل قرار میگیرند یا گاهی اوقات به عنوان یک اینورتر برای هر دو پنل تنظیم میشوند. مزیت اصلی آنها توانایی آنها در مقابله با سایه جزئی یا پنلهایی با جهتهای متفاوت است.
از آنجایی که هر پنل به طور مستقل عمل میکند، سایه ناشی از ابر، درخت یا دودکش باعث افت خروجی در بقیه سیستم نمیشود.
این امر منجر به تولید انرژی کلی بالقوه بالاتر در مکان هایی میشود که سقف آنها گاهی اوقات سایه میاندازد. مزیت دیگر این است که میکرواینورترها امکان نظارت بر سطح پنل را فراهم میکنند. صاحبان این مکان ها میتوانند دقیقاً نحوه عملکرد هر ماژول را ببینند و تشخیص و عیبیابی هرگونه پنل با عملکرد ضعیف را آسانتر میکنند.
3.سیستمهای قفسهبندی و نصب پنل خورشیدی
قفسهبندی، پنلها را به طور ایمن در جای خود نگه میدارد و آنها را در معرض نور خورشید بهینه قرار میدهد. این سیستمها باید شرایط آب و هوایی سخت را برای دههها تحمل کنند تا المان هاي خورشیدی برای سالها پایدار و پربازده باقی بماند.
4.باتری در سیستم خورشیدی
اگر میخواهید یک سایت OFF-GRID داشته باشيد یا به طور کامل از شبکه جدا شوید، به یک بانک باتری نیاز خواهید داشت. باتریها انرژی اضافی سیستم خورشیدی را برای استفاده بعدی ذخیره میکنند که برای سیستمهای خارج از شبکه یا پشتیبانگیری در هنگام قطع شبکه بسیار مهم است.
صنعت به طور فزایندهای به سمت لیتیوم به عنوان پرکاربردترین نوع باتری برای تاسیسات خورشیدی مدرن تغییر جهت داده است. باتریهای مبتنی بر لیتیوم، شارژ سریع، ظرفیت دشارژ عمیق و حداقل نیاز به نگهداری را ارائه میدهند که میتواند هزینه اولیه بالاتر آنها را برای کسانی که به دنبال یک راهحل بلندمدت هستند، توجیه کند.
از آنجا که لیتیوم از اسید سرب نیز سبکتر است، فشار روی کف یا سایر سطوح نصب را کاهش میدهد و آن را برای تأسیسات مسکونی کوچک تا پروژههای تجاری بزرگتر و در مقیاس بزرگ به طور یکسان مناسب میکند.
لیتیوم همچنین در انتقال انرژی کارآمدتر است و به شما امکان میدهد انرژی خورشیدی را با تلفات کمتر ذخیره و بازیابی کنید. چه در حال اضافه کردن یک بانک باتری به یک سیستم متصل به شبکه موجود باشید و چه در حال ساخت یک خانه کاملاً خارج از شبکه، دوام و مزایای عملکرد لیتیوم اغلب از سرمایهگذاری اولیه بیشتر است.
وجود باتری در سیستمهای خورشیدی باعث افزایش جریانهای DC و پیچیدگی حفاظتی میشود. در این شرایط، طراحی اصولی تابلو DC و استفاده از فیوز استرینگ مناسب، نقش تعیینکنندهای در جلوگیری از اضافهجریان و افزایش ایمنی سیستم دارد.
5.کلیدهای قطع و وصل در سیستم خورشیدی
یک سیستم خورشیدی با طراحی خوب، برای اطمینان از ایمنی و رعایت کدهای الکتریکی، به چندین جزء دیگر، از جمله پنلهای خورشیدی، اینورترها و باتریها، متکی است.
در میان این موارد، کلیدهای قطع و وصل، مهمترین تجهیزاتی هستند که به شما امکان میدهند هر زمان که نیاز به تعمیر و نگهداری باشد یا در شرایط اضطراری، المان هاي خورشیدی خود را خاموش کنید.
معمولاً، اکثر حوزهها به یک قطع كننده DC (برای قطع برق از پنلها به اینورتر) و یک قطع كننده AC (برای قطع برق بین اینورتر و شبکه برق یا پنل سرویس اصلی) نیاز دارند. برای این منظور معمولا از کلید های اتوماتیک کمپكت استفاده ميشود.
داشتن هر دو تضمین میکند که بتوانید بخشهای مختلف سیستم خود را با خیال راحت از مدار جدا کنید و از كساني که روی تجهیزات یا سازه اطراف کار میکند، محافظت نماييد.
6.جعبه کمباین (Combiner Box)
جعبه کمباین، خروجیهای چندین رشته پنل خورشیدی را در یک منبع تغذیه واحد سازماندهی و تجمیع میکند. اگر چندین اتصال موازی یا سری دارید، جعبه کمباین با گروهبندی آنها در یک محفظه، سیمکشی را ساده میکند.
درون جعبه کمباین، اغلب فیوزها یا بریکرهای جداگانهای وجود دارند که از هر رشته محافظت میکنند و مانع از آن میشوند که نقص در یک رشته، کل سیستم را به خطر بیندازد. این امر همچنین عیبیابی رشتههای ناکارآمد را آسانتر میکند زیرا هر کدام دستگاه محافظ مخصوص به خود را دارند.
7.فیوزها و بریکرها در سیستم خورشیدی
فیوزها و بریکرها برای جلوگیری از آسیبهای ناشی از نقصهای الکتریکی یا اتصال کوتاه ضروری هستند. اگر جریان از سطح ایمن فراتر رود، آنها به طور خودکار مدار را قطع میکنند. فیوزها یک بار میسوزند و نیاز به تعویض دارند، در حالی که بریکرها را میتوان پس از قطع شدن، مجدداً تنظیم کرد.
در کاربردهای خورشیدی، فیوزهای رشتهای یا بریکرها بر اساس ولتاژ و جریان نامی پنل انتخاب میشوند و نقش محوری در مدارهای AC و DC ایفا میکنند.
