خورشید یک راکتور هسته ای طبیعی بسیار عظیم است که در آن مواد بر اثر هم جوشی هسته ای به انرژی هسته ای تبدیل می شوند و در هر ثانیه ۴/۲ میلیون تن از جرمش به انرژی تبدیل می شود. برق خورشیدی از تابش نور خورشید به سلول های خورشیدی تعبیه شده در پنل های خورشیدی تولید می گردد.
یک پنل خورشیدی برای تولید برق، از پدیده ای که اثر فتوولتائیک نامیده می شود، استفاده می کند. این پدیده نشان می دهد مواد خاصی وجود دارند که وقتی در معرض تابش نور قرار می گیرند، باعث جاری شدن یک جریان الکتریکی در مدار خود می گردند. در این مقاله به بررسی ساختار انواع سیستم های برق خورشیدی در چهار حالت می پردازیم.
سیستم های خورشیدی خود اتکا، مجزا یا مستقل از شبکه
این سیستم محبوب ترین روش و طریقه طراحی و نصب سیستم های برق خورشیدی است. اصولاً سلول های فتوولتائیک را برای این مقصود طراحی و عرضه کرده اند؛ تولید برق در جایی که هیچ منبع مولد جایگزین دیگری در دسترس نباشد. فارغ از این که توان تولیدی این گونه سیستم های برق خورشیدی به چه صورتی به مصرف برسد (تأمین روشنایی یک کانکس یا انباری، راه اندازی یک ماشین حساب جیبی و یا تأمین برق مورد نیاز یک خانه ی کامل)، نحوۀ عملکرد کلی همه شان یکی است، یعنی: پنل با پنل های خورشیدی، توان الکتریکی را تولید کرده و در راستای ذخیره سازی انرژی الکتریکی، آن را روانۀ یک یا چند باتری قابل شارژ می نمایند تا در هنگام ضرورت، از انرژی مزبور به نحو دلخواه بهره گرفته شود.
تقریباً هر کاربری می تواند به نحوی از مزایای این سیستم منتفع شده و لااقل، از انرژی تولید شده، در یک کاربرد معمولی و پیش افتاده مثل تأمین روشنایی، استفاده نماید. در صورتی که پیاده کردن طرح بزرگتر و مفصل تری را مدنظر دارید، باز هم بهترین گام برای شروع، سرهم کردن و نصب یک سیستم برق خورشیدی کوچک و جمع و جور مستقل از شبکه است تا با کسب تجربیات لازم، به تدریج قادر به طراحی و نصب سیستم های بزرگتر گردید.
سیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه برق سراسری
این طریقه بهره گیری از سیستم های برق خورشیدی، در اروپا و ایالات متحده آمریکا از محبوبیت زیادی برخوردار است. شاید دلیلش امکانات تشویقی و معافیت هایی باشد که برخی نهادهای دولتی برای نصب کنندگان این نوع سیستم ها در نظر می گیرند و به تبع آن، هزینه نصب اولیه کاهش یافته و با وجود امکاناتی که فروش برق مازاد تولیدی به شبکه ی برق محلی را مقدور می سازد، قسمت قابل توجه ای از هزینه های اولیه، به مالک سیستم باز گردانده می شود.
در یک چنین سیستمی، در خلال روز و در هنگام تداوم تابش نور خورشید، پنل ها، برقی تولید می کنند که مالک سیستم، علاوه بر استفاده داخلی، مجاز به فروش مازاد مصرف خود به شرکت های برق محلی هم است.
در این صورت و با فرا رسیدن غروب و در ادامۀ آن، در ساعات اولیۀ شب که مصارف مختلف و به ویژه روشنایی بالا می رود، کاربر، برق موردنیاز خود را مجدداً از شبکۀ برق شهر خریداری می کند.
یکی از اشکالات بسیاری از سیستم های متصل به شبکه آن است که در صورت قطع برق شبکه در اوقات تاریکی هوا و فقدان نور خورشید، برق شما نیز قطع می گردد.
در مقابل، مزیت این روش آن است که وابستگی شما به برق شبکه را کم کرده و می توان مدعی شد که بخش عمده ای از برق مصرفی تان در شرایطی که هیچ گونه آلودگی زیست محیطی را در پی نداشته، تولید گردیده است.
عملکرد این گونه سیستم ها در مناطق گرمسیری و شرایط آب و هوایی آفتابی، بسیار عالی است چون به دلیل گرم بودن هوا، بیشترین تقاضای مصرف در ساعات میانی روز و اوقاتی که اکثر سیستم های تهویه مطبوع فعال هستند، رخ می دهد که خوشبختانه با ساعات اوج تولید برق پنل ها هم مطابقت دارد. این سیستم ها، در مواردی که مالک، قسمت اعظم برق تولیدی را به مصرف داخلی می رساند نیز بسیار مناسب هستند.
مزایای سیستم فتوولتائیک متصل به شبکه
از سیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه به منظور تقویت شبکه سراسری برق و جلوگیری از فشار الکتریکی وارد بر نیروگاه ها در روز، بهره گرفته می شود. این نوع سیستم ها حتی در واحدهای کوچک در حدود ۱ تا ۵ کیلو وات بر بام ساختمان های مسکونی و یا واحدهای بزرگ تر به حالت نیروگاه های فتوولتائیک اجرا و بهره برداری می گردند.
نصب و راه اندازی آسان
بازده بالا و عدم نیاز به تجهیزات جانبی پیچیده
عدم نیاز به باتری برای ذخیره انرژی الکتریکی
عملکرد سیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه برق سراسری
تولید توان در سیستم های سولار متصل به شبکه به صورت هم زمان و موازی با شبکه برق سراسری صورت می گیرد. از اجزاء اصلی این سیستم اینورتر یا مبدل الکترونیک قدرت است که برق DC تولیدی توسط پنل های فتوولتائیک را متناسب با ولتاژ و فرکانس به برق AC تبدیل می کند. هم چنین در حالت عدم نیاز، انتقال نیرو را به صورت اتوماتیک قطع می کند.
در واقع در این حالت بین سیستم های فتوولتائیک و شبکه برق سراسری شهر ارتباط دو طرفه وجود دارد. یعنی اگر برق DC تولید شده توسط سیستم سولار بیش از نیاز بار مصرفی در محل باشد، اضافه این بار تولیدی به شبکه برق سراسری تزریق می شود و در شب و یا هنگامی که امکان استفاده از نور خورشید وجود ندارد، بار الکتریکی مورد نیاز محل از برق شبکه سراسری تأمین و تغذیه می شود.
یکی از مزیت های این سیستم این است که اگر نیاز باشد سیستم سولار به دلیل تعمیرات از مدار خارج شود، برق مورد نیاز مصرف محلی از طریق شبکه برق سراسری تأمین می شود.
سیستم های اضطراری جایگزین شبکه برق
با اندکی تغییر، سیستم قبلی یعنی نمونه متصل و متکی به شبکه را می توان به صورت یک ذخیره یا برق اضطراری جایگزین شبکه در موارد قطع شبکه برق شهر در نظر گرفت. در این صورت و به مجرد قطع شبکه سراسری برق شهر، برق تولیدی این سیستم وارد مدارات داخلی منزل شده و مانع از ایجاد وقفه در مصرف می گردد. در واقع سیستم مورد بحث، منبع تغذیه ذخیره ای است که به مجرد قطع برق شبکه وارد مدار شده و با بهره گیری از انرژی خورشیدی، فقدان برق شهر را جبران می کند.
مزیت این سیستم آن است که با قطع برق شهر، در مصارف عادی وقفه ای ایجاد نمی شود و متقابلاً ایرادش این است که در حالت عادی و در وضعیت برقرار بودن برق شهر، از توان تولیدی و روزمرۀ انرژی خورشیدی بهره ای گرفته نمی شود.