پنل خورشیدی چیست؟ و چگونه کار میکند؟

پنل خورشیدی

 پنل خورشیدی از ترکیبات نیمه هادی تشکیل شده که انرژی نورانی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. هر صفحه خورشیدی از تعدادی سلول خورشیدی تهیه شده و یک ماژول خورشیدی را تشکیل می‌دهد.
میزان تولید برق توسط پنل خورشیدی به عوامل مختلفی بستگی دارد. با این حال می‌توان ابعاد صفحه‌ی خورشیدی، میزان تابش نور خورشید و کارایی پنل را از مهم‌ترین فاکتورهای تولید برق دانست. در حال حاضر پنل‌های متداول بین ۲۹۰ تا ۳۲۰ وات برق تولید می‌کنند. بنابراین برای تامین برق خانگی یا صنعتی ابتدا باید میزان برق مصرفی یکسال را تخمین زد و براساس آن تعداد پنل‌های خورشیدی را محاسبه کرد.

وظیفه پنل خورشیدی تبدیل انرژی تابشی به انرژی الکتریکی DC (جریان مستقیم).انرژی الکتریکی پنل خورشید به charge Controller منتقل میشود . همانطور که از اسم آن پیداست(کنترل‌کننده شارژ) وظیفه شارژکنترلر، کنترل شارژ باتری توسط پنل و دشارژ باتری در بار( در اینجا لامپ )است. علاوه بر این برخی حفاظت‌ها نیز در آن تعبیه شده است. می‌توان شارژکنترلر را از این سیستم حذف کرد اما باید توجه داشت چنین کاری عمر باتری را کاهش خواهد داد. تعداد دفعاتی که باتری قابل شارژ است با درصدی از انرژی آن که هر دفعه مصرف می‌شود رابطه عکس دارد(هر چه باتری در هر دشارژ بیشتر خالی شود عمر آن کوتاه‌تر خواهد بود).

خرید آنلاین پنل خورشیدی

پیش از خرید هر نوع پنل خورشیدی باید با یک متخصص در این زمینه مشورت کنید. هرنوع پنل خورشیدی برای یک نوع شرایط محیطی طراحی شده است. هم‌چنین پارامترهای متعددی در تعیین ابعاد و راندمان صفحه خورشیدی تاثیرگذار است که باید توسط متخصصین تعیین شود.

.

 

سیستم خورشیدی

سیستم خورشیدی مستقل از شبکه (Off–Grid)

سیستم­‌های مستقل از شبکه، انرژی خورشید را بدون اتصال به شبکه برق سراسری، به الکتریسیته تبدیل می­کنند. این سیستم­‌ها از باتری­ به عنوان ذخیره‌کننده انرژی استفاده می­کنند که امکان ذخیره‎ی الکتریسیته اضافی را برای مصارف آینده در صورت عدم دسترسی به شبکه برق و یا قطعی شبکه برق فراهم می‎کند.

دلایل زیادی برای استفاده از سیستم برق منفصل از شبکه وجود دارد. در محل‌های دور افتاده یا روستایی که اتصال به شبکه برق سراسری غیرممکن یا بسیار گران است یا در مناطقی که قطعی برق زیاد می‌شود و یا برق قدرت مناسبی ندارد ، آنگاه استفاده از سیستم‌های برق جدا از شبکه مانند سیستم خورشیدی منفصل از شبکه، توربین بادی کوچک ، سیستم هیدرولیکی و یا ترکیبی از این فناوری‌ها برای تأمین انرژی برق مورد نیاز استفاده می‌شود.

سیستم خورشیدی منفصل از شبکه می‌تواند مصرف کننده را از وابستگی به شبکه برق قدرت رهایی دهد زیرا این سیستم تمام برق مورد نیاز مصرف کننده را تولید می‌نماید. بنابراین سیستم خورشیدی منفصل از شبکه از نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه بزرگتر می‌باشد. برای اینکه سیستم خورشیدی جدا از شبکه بتواند مانند نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه پر قدرت باشد، باید مجموعه‌ای از پنل خورشیدی با ظرفیت ذخیره سازی بیشتر و بزرگتری نسبت به سیستم خورشیدی متصل به شبکه انتخاب و نصب بشود. به هر حال اگر طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی مناسب  و به درستی انتخاب شود ، سیستم خورشیدی منفصل از شبکه بسیار مقرون به صرفه می‌باشد.

اجزای اصلی سیستم مستقل از شبکه خورشیدی شامل پنل­ خورشیدی، شارژ کنترلر، باتری­ و اینورتر است. از این سیستم می­توان به عنوان یک منبع تغذیه پشتیبان یا همراه استفاده کرد.

مزایا و معایب

طراحی سیستم‌های منفصل از شبکه به گونه‌ای است که مستقل از شبکه برق سراسری عمل نموده و غالباً جهت تولید بار الکتریکی مستقیم (DC) و یا متناوب (AC) طراحی می‌شوند. بهترین موضوع در مورد سیستم‌های خورشیدی مستقل از شبکه این است که انرژی مورد نیاز برای بارهای بحرانی را در زمان قطعی یا خرابی شبکه برق نیز تأمین می‌کند.

سیستم­‌های خورشیدی مستقل از شبکه، برخلاف دیگر سیستم­های معمول، مانند دیزل ژنراتور که آلاینده محیط زیست هستند، سیستم­هایی پاک بوده و نقش بسزایی در حفظ محیط زیست دارند. انرژی خورشیدی یک منبع انرژی پاک می‌باشد. بنابراین استفاده از پنل خورشیدی، وابستگی به سوخت‌های فسیلی را به صورت عملی و موثر کاهش می‌دهد و به حفظ محیط زیست و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کند.

نیروگاه خورشیدی مستقل از شبکه می‌تواند هزینه‌های اتصال به شبکه را کاهش دهد و نیازی به خرید امتیاز برق یا قطعی برق اجباری نیست. بنابراین این سیستم نسبت به کاربرد خود پرطرفدار و مقرون به صرفه می‌باشد.

بزرگترین مشکل سیستم‌های مستقل از شبکه این است که نمی‌توان انتظار داشت که این سیستم انرژی موردنیاز برای تمام بارهای الکتریکی را فراهم کند زیرا هزینه و حجم باتری مانع این موضوع می‌شوند. سیستم‌های مستقل از شبکه به تجهیزات تخصصی‌تری برای عملکردشان نیاز دارند که هزینه بیشتر و نصب پیچیده‌تری را به همراه خواهند داشت.
نصب این سیستم بسیار پیچیده است. سیستم شامل اجزای خطرناکی است که اغلب با باتری‌های با آمپر بالا سر و کار دارند، بنابراین در هنگام نصب سیستم‌ها باید احتیاط شود. همچنین هزینه باتری‌ها بالاست و نیاز به تعمیر و نگهداری مداوم و جایگزینی دوره‌ای دارند.

یکی دیگر از مهم‌ترین مشکلاتی که در سیستم مستقل از شبکه وجود دارد این است که نمی‌توان به این سیستم انرژی، به طور کامل، به عنوان یک پشتیبان تکیه کرد.

سیستم خورشیدی متصل به شبکه برق (On-Grid)

با هدفمند شدن یارانه‌های انرژی، بهای مصرف برق به شکل چشمگیری افزایش یافته است. یکی از دغدغه‌های مدیران ساختمان‌های مسکونی و تجاری کاهش بهای برق مصرفی می‌باشد. برای رسیدن به این هدف نیاز به برنامه ریزی و سرمایه گذاری مطمئن و هدفمند می‌باشد.

یکی از روش‌های پیشنهادی جهت کاهش مصرف برق، استفاده از پنل‌های خورشیدی به صورت متصل به شبکه برق سراسری می‌باشد.

در این سیستم متناسب با مقدار توان مصرف روزانه و فضای در دسترس، بر روی پشت بام ساختمان‌ها، پنل‌های خورشیدی نصب می‌گردد. برق تولیدشده پنل‌ها توسط یک مبدل از DC به AC تبدیل شده و از طریق یک تابلو برق به سیستم برق روشنایی مشاع ساختمان متصل و تزریق می‌گردد.

این سیستم بی نیاز از باتری می‌باشد‫.‬

مزایا و معایب

سیستم‌های خورشیدی متصل به شبکه تنها در صورت در دسترس بودن شبکه برق، انرژی تولید می‌کنند. سیستم‌های متصل به شبکه، انرژی تولیدشده اضافه در هنگام تولید بیش از حد را به شبکه برق می‌فرستند. این‌ها مقرون به صرفه ترین وساده‌ترین سیستم‌ها از نظر نصب هستند. هزینه این نوع سیستم‌ها در مدت ۳ تا ۸ سال جبران می‌شود.

این سیستم‌ها می‌توانند همراه‌ با یا بدون مترینگ خالص (Net Metering) نصب شوند. درصورت همراه بودن این سیستم‌ها با مترینگ خالص، انرژی خورشیدی متصل به شبکه برق، در هنگام محاسبه صورت‌حساب ماهانه، با همان تعرفه‌ای که برق شبکه به مصرف‌کننده فروخته شده، محاسبه می‌شود. اما در صورت عدم وجود مترینگ خالص، نرخ تغذیه برق خورشیدی می‌تواند با تعرفه عادی شبکه برق متفاوت باشد.

بزرگ‌ترین مشکل سیستم متصل به شبکه این است که در هنگام قطعی شبکه، برق تولید نمی‌کند.

اجزای اصلی سیستم برق خورشیدی خانگی

 

۱) پنل خورشیدی(Photovoltaic Panel):

PV پنل یا همان پنل فتوولتائیک (Photovoltaic) عمومی ترین نوع پنل های خورشیدی هستند که عمدتاً از سه لایه تشکیل شده اند.

– لایه رویه (N) متشکل از سیلیکون فسفر

– لایه وسط(P/N) متشکل از سیلیکون

– لایه زیرین(P) متشکل از سیلیکون و بور

وقتی خورشید به لایه N می تابد ذرات الکترون به حرکت می افتند و از طریق لایه وسط که یک اتصال یکطرفه است  در لایه P تاثیر می گذارند و همین عمل باعث به وجود آمدن میدان الکتریکی می شود.

در مورد انواع صفحات خورشیدی به مقاله مربوط در همین سایت مراجعه فرمایید.

۲) مبدل (Inverter):

جریان الکتریسیته تولید شده توسط این پنل ها از نوع جریان مستقیم (DC) می باشد که شبیه الکتریسیته ذخیره شده در باطری هاست اما اکثر وسایل خانگی با جریان متناوب (AC) کار می کنند. برای تبدیل جریان مستقیم به متناوب به دستگاهی نیاز است که مبدل نامیده می شود.

طرز کار مبدل ها بسیار ساده است و متشکل از تعدادی کلید هستند که جریان را ۵۰ بار در ثانیه عقب و جلو می اندازند و بدین ترتیب جریان متناوب محصول خروجی آن ها خواهد بود.

۳) شارژ کنترلر(Charge Controller):

کنترل کننده های شارژ باتری دو  وضیفه اصلی بر عهده دارند:

– بهینه سازی شارژ باتری

– جلوگیری از بازگشت جریان الکتریسیته از باتری به پنل

بسیاری از شارژ کنترلر ها توانایی قطع و وصل اتوماتیک جریان مستقیم پنل ها، متناسب با نور خورشید و بعضی قابلیت اتصال به یک شبکه جهت نظارت جامع بر عملکرد کل مجموعه و ثبت اطلاعات را دارند.
شارژ کنترلرها انواع مختلفی بر اساس ولتاژ  ورودی یا جریان خروجی دارند اما به طور کلی می‌توان آنها را به دو دسته PWM و MPPT تقسیم نمود. در مدل MPPT شارژ کنترلر با اتخاذ الگویی همیشه با تغییر در ولتاژ و جریان تولید شده از پنل خورشیدی، با توان ماکزیموم کار خواهد کرد.

۴) باتری(Battery):

معمولاً اگر از پنل های خورشیدی برای تولید نور استفاده می کنیم قاعدتاً به آن نور در هنگام تاریکی شب نیاز خواهیم داشت. بنابراین برق تولید شده در روز در باتری ها ذخیره و در مواقع مورد نیاز با زدن یک کلید از آن استفاده می شود. در واقع وظیفه اصلی باتری ها در این سیستم ذخیره انرژی است. باتری های برق خورشیدی به دو نوع سرب اسیدی و لیتیومی تقسیم می شوند که معمولا از نوع سرب اسیدی جهت مصارف خانگی استفاده می شود.