آشنایی با سیستم های فتوولتائیک و طراحی این سیستم ها

سیستم های فتوولتائیک (به انگلیسی: Photovoltaic system) یکی از پیشرفته ترین تجهیزات برای تبدیل انرژی خورشیدی به برق هستند. یک سیستم فتوولتائیک از تعدادی پنل خورشیدی تشکیل شده است که از ترکیب علوم برق و مکانیک برای طراحی عملکرد آن استفاده می شود. زمانی که قرار است با انرژی خورشیدی برق تولید کنیم از این سیستم استفاده می شود. این سیستم یکی از بهترین گزینه ها برای صرفه جویی در مصرف برق به خصوص برای مکان های گسترده به حساب می آید. اگر از سیستم های فتوولتائیک برای تامین برق استفاده شود، ایی برای نگرانی از هدررفت برق نخواهد ماند. سیستم فتوولتائیک سیستم PV نیز نامیده می شود که از حروف اول این سیستم گرفته شده است. در این مقاله شما را با این سیستم کاربردی و مهم آشنا می کنیم. با لیمو سولار همراه باشید.

فتوولتائيک چیست؟

فتوولتائیک سیستمی است که می تواند انرژی خورشیدی را مستقیماً به برق تبدیل کند. استفاده از سیستم های فتوولتائیک به ما این امکان را می دهد که محیطی پاک داشته باشیم. چرا که سیستم تولید الکتریسیته فتوولتائیک عوارض کمی برای طبیعت دارد.پدیده ای که در اثر تابش نور بدون استفاده از مکانیزم محرک الکتریسیته تولید می کند، پدیده فتوولتائیک و هر سیستمی که از این پدیده استفاده کند، سیستم فتوولتائیک نامیده می شود. «فتوولتائیک» ترکیبی از کلمه یونانی “Photos” به معنی نور با “Volt” به معنای تولید برق از نور می باشد. امروزه سیستم های فتوولتائیک یکی از پرکاربردترین کاربردهای انرژی نو هستند. تا به امروز سیستم های مختلفی با ظرفیت های مختلف (0.5 وات تا چند صد مگاوات) در سراسر جهان نصب و راه اندازی شده است.

 عملکرد سیستم های فتوولتاییک چگونه است؟

همانطور که می دانید نور خورشید از فوتون های بی شماری ساخته شده است. از سیستم های فتوولتائیک برای تولید برق در پنل های خورشیدی استفاده می شود. چنین سیستم هایی از عناصری برای تبدیل نور خورشید به جریان الکتریکی استفاده می کنند. برای تولید انرژی بیشتر بهتر است از پنل های خورشیدی بیشتر استفاده کنید. به همین دلیل است که نیروگاه های بزرگ تعداد زیادی سیستم فتوولتائیک و پنل های خورشیدی را در نظر می گیرند. علت بیان این موضوع میزان کم انرژی هر یک از پنل ها می باشد. در واقع اگر میزان انرژی هر یک از پنل ها را حساب کنید، به مقدار کمی دست خواهید یافت. یکی از مسائل بسیار مهم در این زمینه، نوع چیدمان پنل ها می باشد. برای یافتن بهترین راه برای چیدمان سیستم فتوولتائیک، کارشناسان باید از مهندسین طراح در این زمینه بهره ببرند.

انواع کاربرد این سیستم ها

• برق رسانی به ویلاها و منازل مسافرتی در کشورهای در حال توسعه
• تامین برق روستاهای دور از شبکه برق و بکار نبردن خطوط انتقال برق به مناطق صعب العبور و صرفه جوئی چشم گیر در هزینه ها
• کابین های کوهستانی
• سیستم های روشنائی خیابانی و پارک ها
• سیستم های پمپ خورشیدی برای مناطق فاقد برق
• سیستم های حفاظت کاتودیک خطوط لوله
• دورببن های مدار بسته
• ایستگاه های مخابراتی و سیستم های حساس نظامی

انواع سیستم های فتوولتائیک کدامند؟

سیستم‌های فتوولتائیک یکی از انواع نیروگاه‌های خورشیدی هستند که می‌توان آنها را به دو دسته سیستم‌های فتوولتائیک متصل به شبکه یا آنگرید و منفصل از شبکه یا آفگرید طبقه بندی کرد. در سیستم های فتوولتائیک مستقل از شبکه، سیستم انرژی خورشیدی باید با توجه به انرژی الکتریکی مورد نیاز تجهیزات مصرف کننده طراحی و اجرا شود. در سیستم های متصل به شبکه، شبکه برق نقش ذخیره سازی را ایفا می کند. در آلمان، بسیاری از نیروگاه های خورشیدی به شبکه متصل هستند، زیرا از مشوق هایی برای تولید برق از منابع انرژی تجدیدپذیر استفاده می کنند. و انتظار می رود که یک سوم برق مورد نیاز آلمان در 40 سال آینده توسط سیستم های فتوولتائیک تامین شود. از آنجایی که استخراج انرژی الکتریکی از انرژی خورشیدی تحت تاثیر شرایطی است که به دلیل وجود خورشید در آسمان می تواند رخ دهد و از آنجا که بسیاری از کاربردها حتی پس از غروب خورشید نیز به انرژی الکتریکی نیاز دارند، این سیستم ها نیاز به ذخیره سازی الکتریکی به نام باتری دارند.  در برخی کاربردها، برای پوشش کامل بار الکتریکی، علاوه بر سیستم فتوولتائیک، از یک یا چند منبع برق دیگر مانند سیستم‌های مولد باد و خورشیدی استفاده می‌شود که به آنها سیستم‌های ترکیبی یا هیبرید می‌گویند.

چه عواملی بر کارایی یک سیستم فتوولتائیک خورشیدی تأثیر گذار است؟

لازم به ذکر است که فرآیند تولید برق از انرژی خورشیدی هرگز 100 درصد نیست. عوامل محیطی مانند دما، گرد و غبار و سایه و همچنین از بین رفتن اجزای الکتریکی در این سیستم ها می تواند بر راندمان یک سیستم PV تأثیر بگذارد. شایع ترین دلایل اتلاف انرژی عبارتند از:

دما: به طور کلی، کارایی پنل های خورشیدی با دما متفاوت است. بنابراین دمای بالا می تواند بر کارایی آنها تأثیر منفی بگذارد.

گرد و خاک و کثیفی: گرد و غبار و زباله های جمع شده روی پانل های PV؛ آنها از رسیدن نور خورشید به سلول های خورشیدی جلوگیری می کنند و در نتیجه انرژی خروجی را کاهش می دهند. اتلاف انرژی در اثر گرد و غبار و کثیفی بستگی به نوع آلودگی و دفعات تمیز کردن سطح پانل ها دارد.

سایه: نور خورشید توسط درختان، ساختمان ها، خاک و سایر اشیاء موجود در محیط مسدود می شود. تأثیر سایه بر توان خروجی سیستم های خورشیدی بسیار متغیر است.

سیم کشی و اتصالات: وجود مقاومت در اتصالات الکتریکی تاسیسات خورشیدی اغلب باعث درصد کمی از تلفات الکتریکی این تاسیسات می شود.

سخن پایانی

هنگامی که نور خورشید به سلول فتوولتائیک می تابد، اختلاف پتانسیل منفی و مثبت بین دو الکترود ایجاد می شود و باعث می شود جریانی بین آنها جریان یابد. فتوولتائیک ها را می توان در دسته فناوری انرژی های تجدیدپذیر قرار داد. سلول های فتوولتائیک از نور خورشید و سلول های خورشیدی برای تولید الکتریسیته با ایجاد اختلاف فشار الکتریکی بین نیمه هادی ها استفاده می کنند. پنل های فتوولتائیک یا پنل های خورشیدی وسایلی هستند که نور خورشید را به برق (جریان مستقیم) تبدیل می کنند. پانل های فتوولتائیک در اندازه ها و ابعاد مختلف (از چند میلی متر مربع تا 2 متر مربع) ساخته می شوند.