مقدمه ای بر طبقه بندی سیستم های فتوولتائیک خورشیدی

به طور کلی، سیستم های فتوولتائیک را به سیستم های مستقل، سیستم های متصل به شبکه و سیستم های هیبریدی تقسیم می کنیم.اگر با توجه به فرم درخواست سیستم فتوولتائیک خورشیدی، مقیاس کاربرد و نوع بار، می توان سیستم منبع تغذیه فتوولتائیک را با جزئیات بیشتری تقسیم کرد.سیستم های فتوولتائیک را می توان به شش نوع زیر نیز تقسیم کرد: سیستم انرژی خورشیدی کوچک (SmallDC).سیستم DC ساده (SimpleDC)؛سیستم انرژی خورشیدی بزرگ (LargeDC)؛سیستم منبع تغذیه AC و DC (AC/DC)؛سیستم متصل به شبکه (UtilityGridConnect)؛سیستم منبع تغذیه هیبریدی (Hybrid);سیستم هیبریدی متصل به شبکهاصل کار و ویژگی های هر سیستم در زیر توضیح داده شده است.

1. سیستم انرژی خورشیدی کوچک (SmallDC)

ویژگی این سیستم این است که فقط بار DC در سیستم وجود دارد و توان بار نسبتاً کم است.کل سیستم دارای ساختار ساده و عملکرد آسان است.کاربردهای اصلی آن سیستم های عمومی خانگی، محصولات مختلف DC غیرنظامی و تجهیزات سرگرمی مرتبط است.به عنوان مثال، این نوع سیستم فتوولتائیک به طور گسترده در منطقه غرب کشور من استفاده می شود و بار یک لامپ DC برای حل مشکل روشنایی خانه در مناطق بدون برق است.

2. سیستم DC ساده (SimpleDC)

ویژگی سیستم این است که بار در سیستم یک بار DC است و نیاز خاصی برای زمان استفاده از بار وجود ندارد.بار عمدتاً در طول روز استفاده می شود، بنابراین هیچ باتری یا کنترل کننده ای در سیستم وجود ندارد.این سیستم ساختار ساده ای دارد و می توان از آن به طور مستقیم استفاده کرد.اجزای فتوولتائیک نیروی مورد نیاز بار را تامین می کنند و نیاز به ذخیره و رهاسازی انرژی در باتری و همچنین اتلاف انرژی در کنترلر را از بین می برند و کارایی مصرف انرژی را بهبود می بخشند.

3 سیستم انرژی خورشیدی در مقیاس بزرگ (LargeDC)

در مقایسه با دو سیستم فتوولتائیک فوق، این سیستم فتوولتائیک هنوز برای سیستم های منبع تغذیه DC مناسب است، اما این نوع سیستم فتوولتائیک خورشیدی معمولاً دارای قدرت بار زیادی است.به منظور اطمینان از اینکه بار می تواند به طور قابل اعتماد با یک منبع تغذیه پایدار ارائه شود، سیستم مربوطه آن نیز بزرگ است و به یک آرایه ماژول فتوولتائیک بزرگتر و یک بسته باتری خورشیدی بزرگتر نیاز دارد.فرم های کاربردی رایج آن عبارتند از ارتباط، تله متری، منبع تغذیه تجهیزات مانیتورینگ، منبع تغذیه متمرکز در مناطق روستایی، چراغ های دریایی، چراغ های خیابان و غیره.

متفاوت از سه سیستم فتوولتائیک خورشیدی فوق، این سیستم فتوولتائیک می تواند برای بارهای DC و AC به طور همزمان برق تامین کند.از نظر ساختار سیستم نسبت به سه سیستم فوق اینورترهای بیشتری برای تبدیل برق DC به برق AC دارد.تقاضا برای بار ACبه طور کلی، مصرف برق بار این نوع سیستم نسبتاً زیاد است، بنابراین مقیاس سیستم نیز نسبتاً بزرگ است.در برخی از ایستگاه های پایه ارتباطی با بارهای AC و DC و سایر نیروگاه های فتوولتائیک با بارهای AC و DC استفاده می شود.

5 سیستم متصل به شبکه (UtilityGridConnect)

بزرگترین ویژگی این نوع سیستم فتوولتائیک خورشیدی این است که برق DC تولید شده توسط آرایه فتوولتائیک به برق AC تبدیل می شود که نیازهای شبکه برق اصلی را توسط اینورتر متصل به شبکه برآورده می کند و سپس مستقیماً به شبکه اصلی متصل می شود.در سیستم متصل به شبکه، توان تولید شده توسط آرایه PV نه تنها به AC در خارج از بار تامین می شود، بلکه توان اضافی به شبکه بازگردانده می شود.در روزهای بارانی یا در شب، زمانی که آرایه فتوولتائیک برق تولید نمی کند یا برق تولید شده نمی تواند نیاز بار را برآورده کند، از شبکه تغذیه می شود.

6 سیستم منبع تغذیه هیبریدی (هیبرید)

این نوع سیستم فتوولتائیک خورشیدی علاوه بر استفاده از آرایه های ماژول فتوولتائیک خورشیدی، از دیزل ژنراتورها به عنوان منبع تغذیه پشتیبان نیز استفاده می کند.هدف از استفاده از سیستم منبع تغذیه هیبریدی، استفاده همه جانبه از مزایای فناوری های مختلف تولید برق و اجتناب از کاستی های مربوط به آنها است.به عنوان مثال، مزایای سیستم های فتوولتائیک مستقل فوق الذکر تعمیر و نگهداری کمتر است، اما نقطه ضعف آن این است که انرژی خروجی به آب و هوا بستگی دارد و ناپایدار است.در مقایسه با یک سیستم مستقل از انرژی، یک سیستم منبع تغذیه هیبریدی که از ژنراتورهای دیزلی و آرایه‌های فتوولتائیک استفاده می‌کند، می‌تواند انرژی غیروابسته به آب و هوا را فراهم کند.مزایای آن عبارتند از:

1. استفاده از سیستم منبع تغذیه هیبریدی نیز می تواند به استفاده بهتر از انرژی های تجدید پذیر دست یابد.

2. قابلیت عملی بودن سیستم بالایی دارد.

3. در مقایسه با سیستم دیزل ژنراتور یکبار مصرف، تعمیر و نگهداری کمتری دارد و سوخت کمتری مصرف می کند.

4. راندمان سوخت بالاتر.

5. انعطاف پذیری بهتر برای تطبیق بار.

سیستم هیبریدی کاستی های خاص خود را دارد:

1. کنترل پیچیده تر است.

2. پروژه اولیه نسبتا بزرگ است.

3. نیاز به نگهداری بیشتری نسبت به یک سیستم مستقل دارد.

4. آلودگی و صدا.

7. سیستم منبع تغذیه هیبریدی متصل به شبکه (Hybrid)

با توسعه صنعت اپتوالکترونیک خورشیدی، یک سیستم منبع تغذیه هیبریدی متصل به شبکه وجود دارد که می تواند به طور جامع از آرایه های ماژول فتوولتائیک خورشیدی، شبکه اصلی و ماشین آلات روغن ذخیره استفاده کند.این نوع سیستم معمولاً با کنترلر و اینورتر یکپارچه می شود، با استفاده از یک تراشه کامپیوتری برای کنترل کامل عملکرد کل سیستم، به طور جامع از منابع انرژی مختلف برای رسیدن به بهترین حالت کار استفاده می کند و همچنین می تواند از باتری برای بهبود بیشتر استفاده کند. نرخ تضمین منبع تغذیه بار سیستم، مانند سیستم اینورتر SMD AES.این سیستم می تواند برق واجد شرایط را برای بارهای محلی فراهم کند و می تواند به عنوان یک UPS آنلاین (منبع تغذیه بدون وقفه) کار کند.همچنین می تواند برق شبکه را تامین کند یا از شبکه برق دریافت کند.

حالت کار سیستم معمولاً به صورت موازی با برق و برق خورشیدی کار می کند.برای بارهای محلی، اگر انرژی الکتریکی تولید شده توسط ماژول فتوولتائیک برای بار کافی باشد، مستقیماً از انرژی الکتریکی تولید شده توسط ماژول فتوولتائیک برای تامین تقاضای بار استفاده می کند.اگر توان تولید شده توسط ماژول فتوولتائیک بیش از تقاضای بار فوری باشد، توان اضافی را می توان به شبکه بازگرداند.اگر توان تولید شده توسط ماژول فتوولتائیک کافی نباشد، برق شهری به طور خودکار فعال می شود و برق شهری برای تامین تقاضای بار محلی استفاده می شود.هنگامی که مصرف برق بار کمتر از 60٪ ظرفیت شبکه نامی اینورتر SMD باشد، شبکه به طور خودکار باتری را شارژ می کند تا اطمینان حاصل شود که باتری برای مدت طولانی در حالت شناور است.اگر برق شهری قطع شود، برق اصلی از کار بیفتد یا برق اصلی اگر کیفیت ناموفق باشد، سیستم به طور خودکار برق اصلی را قطع می کند و به حالت کار مستقل تغییر می کند.باتری و اینورتر برق متناوب مورد نیاز بار را تامین می کنند.

هنگامی که برق اصلی به حالت عادی باز می گردد، یعنی ولتاژ و فرکانس به حالت عادی فوق الذکر باز می گردد، سیستم باتری را قطع می کند و به حالت متصل به شبکه تغییر می کند که از برق تغذیه می شود.در برخی از سیستم های منبع تغذیه هیبریدی متصل به شبکه، عملکردهای نظارت، کنترل و جمع آوری داده ها نیز می توانند در تراشه کنترل یکپارچه شوند.اجزای اصلی این سیستم کنترل کننده و اینورتر هستند.