آشنایی با انواع سیستم های خورشیدی (فتوولتائیک)

می‌خواهید برای خانه یا محل کار خود سیستم خورشیدی نصب کنید اما در تصمیم‌گیری برای انتخاب درست بین انواع سیستم‌های خورشیدی مستقل از شبکه و متصل به شبکه دچار سردرگمی شده‌اید؟

برای انتخاب درست، باید ابتدا تفاوت‌های مهم و کلیدی بین انواع سیستم‌های خورشیدی مستقل از شبکه و متصل به شبکه را بدانیم.

 انواع سیستم های خورشیدی (فتوولتائیک)

سیستم های فتوولتائیک یا انواع سیستم های خورشیدی به دو گروه اصلی سیستم های متصل به شبکه (On-grid) و سیستم های مستقل از شبکه (Off-grid) تقسیم میشوند. در سیستم های فتوولتائیک مستقل از شبکه، سیستم انرژی خورشیدی باید متناسب با انرژی الکتریکی مورد نیاز تجهیزات مصرفی، طراحی و اجرا شود.

در سیستم های متصل به شبکه، شبکه برق نقش ذخیره ساز را بازی می کند. در آلمان اکثر سیستم های فتوولتائیک، متصل به شبکه هستند چرا که از تعرفه تشویقی تولید برق از انرژی های نو استفاده می کنند و پیش بینی می شود تا 40 سال آینده یک سوم از برق مورد نیاز آلمان را سیستم های فتوولتائیک تامین کنند.

از آنجایی که استحصال انرژی الکتریکی از انرژی خورشید، با توجه به حضور خورشید در آسمان، تابع شرایط احتمالی می باشد و اینکه در اکثر کاربردها، پس از غروب خورشید نیز به انرژی الکتریکی نیاز است، وجود یک ذخیره ساز بنام باتری خورشیدی برای این سیستم ها یک الزام می باشد.

• سیستم خورشیدی مستقل از شبکه (Off–Grid)

سیستم­‌های مستقل از شبکه، از انواع سیستم های خورشیدی 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.

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

اجزای سازنده سیستم خورشیدی Off Grid

در سیستم های فتوولتائیک مستقل از شبکه آنجائی که الزاما در همان زمان تولید برق، انرژی الکتریکی مصرف نمی شود، بایستی از باتری ها جهت ذخیره انرژی تولیدی و مصرف در زمان مورد نیاز، استفاده کرد. از طرفی برای بهینه کردن شارژ و دشارژ و همچنین حفاظت از کل سیستم به دستگاهی بنام شارژ کنترلر نیاز است.

از آنجائی که انرژی برق تولیدی توسط پنل های خورشیدی DC می باشد، اگر بار مصرفی AC باشد جهت تبدیل برق DC به AC به یک اینورتر نیز نیاز به می باشد. بنابراین برای چنین سیستمی ادوات ذیل الزامی می باشند :

1. ماژول فتوولتائیک که معمولا بصورت سری و موازی متصل می شوند.
2. شارژ کنترلر
3. باتری یا بانک باتری
4. بار الکتریکی
5. اینورتر برای در سیستم هائی که به برق AC نیاز باشد

کاربردهای سیستم های فتوولتائیک مستقل از شبکه یا آفگرید

اولین کاربرد با توجیه اقتصادی برای سیستم های فتوولتائیک، سیستم مستقل بود. پتانسیل بسیار بالائی در کشورهای در حال توسعه وجود دارد تا از این سیستم استفاده کنند چرا که مناطق بسیاری در این کشورها وجود دارند که دارای سکنه بوده و یا به تجهیزات مرتبط نیاز بوده ولی فاقد شبکه برق می باشند.

انواع کاربرد این سیستم ها عبارت اند از :

• 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

همچنین بخوانید: یو پی اس ups خورشیدی چیست و چه کاربردی دارد؟

شکل های زیر انواع کاربرد های سیستم های فتوولتائیک مستقل از شبکه را به نمایش می گذارد.

مزایای فتوولتاییک آف گراید

طراحی سيستم‌های منفصل از شبكه به گونه‌ای است كه مستقل از شبكه برق سراسری عمل نموده و غالباً جهت توليد 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.

مزایای استفاده از سیستم های مستقل از شبکه :

• استقلال از سایر منابع تامین انرژی
• اطمینان بالا از عملکرد بهینه سیستم و امکان استفاده از سیستم های پشتیبان مانند دیزل ژنراتور
• امکان ترکیب چندین منبع تولید انرژی مختلف مانند فتوولتاییک، انرژی باد و برق آبی با یکدیگر
• امکان ارتقاء سیستم در هر زمان
• امکان پایش (monitoring) و کنترل سیستم از راه دور

معایب سیستم خورشیدی جدا از شبکه

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.

طول عمر سیستم خورشیدی آف گراید

در سیستم های مستقل از شبکه طول عمر سیستم خورشیدی ارتباط مستقیمی با مواد و تجهیزات مورد استفاده دارد. البته بخش هزینه بر این سیستم ها عمدتا بخش ذحیره انرژی ( باتری خورشیدی ) می باشد که با استفاده از باتری مناسب طول عمر تخمینی ۸ الی ۱۰ سال برای این سیستم ها است و پس از این مدت سیستم فقط نیازمند تعویض باتری می باشد و بقیه سیستم طول عمر بالاتری خواهند داشت.
در صورت استفاده از تجهیزات بی کیفیت، قطعا شاهد کاهش طول عمر سیستم خورشیدی به یک یا دو سال و در بعضی موارد عدم پاسخگویی سیستم به نیاز مشتری و به طبع آن نارضایتی مصرف کننده را در پی خواهد داشت.

• 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. این نوع سیستم ها درسال های اخیر در ایران بعلت قانون خرید برق تضمینی گسترش یافته است و به یک حوزه بیزینس و درآمدزای قوی تبدیل شده است که موجب اشتغال چندین هزار نفر در کشورمان شده است.

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.

اجزای تشکیل دهنده سیستم خورشیدی متصل به شبکه

یک سیستم فتوولتائیک متصل به شبکه الزاما از اجزای زیر تشکیل می شود :

1. ماژول های فتوولتائیک
2. جعبه تقسیم با تجهیزات حفاظتی
3. کابل کشی DC
4. کلید اصلی DC
5. اینورتر
6. کابل کشی AC
7. مجموعه اندازه گیری به همراه سیستم توزیع قدرت و اتصالات الکتریکی به شبکه

این سیستم بی نیاز از باتری می‌باشد‫. ‬

مزایا و معایب سیستم خورشیدی متصل

انواع سیستم‌ های 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.

• سیستم های خورشیدی متصل به شبکه با پشتیبانی باتری (باتری دار)

این سیستم شبیه نمونه ی قبلی است با این تفاوت که در مدار و چیدمان قطعات مختلف آن، یک یا چند باتری هم منظور شده است.

در این روش هم عيناً مشابه سیستم های متصل به شبکه، اصول کار بر این مبنا گذاشته شده که در هنگام تابش خورشید، از توان تولید شده در آرایه ی خود استفاده کرده و مازاد آن را هم به شرکت های برق محلی می فروشید با این تفاوت که در صورت وقوع حوادث مختلف و از جمله قطع برق شبکه، برق شما قطع نشده و ارائه توان مورد نیاز از طریق باتری های موجود، استمرار می یابد.

سیستم خورشیدی آفگرید بهتر است یا آنگرید؟

 سیستم های مستقل از شبکه و نمونه های متصل و متکی به شبکه معمولاً با ولتاژهای ۱۲ تا ۴۸ ولت عمل می کنند. علت آن است که ولتاژ باتری ها پایین بوده و به همین خاطر ایجاد یک سیستم مستقل از شبکه در ولتاژهای پایین، آسان، تغییرپذیر و ایمن است.

اصولاً نصب و تشکیلات سیستم های متصل به شبکه مفصل تر بوده و معمولاً انرژی تولیدی در حد چندین کیلووات ساعت است. چون در این روش با ولتاژهای بالاتری سر و کار داریم. برای دستیابی به چنان ولتاژهایی ناچاریم پنل های متعددی را به صورت سری به یکدیگر متصل سازیم. در ادامه، برق تولیدی مزبور با عبور از یک اینورتر مناسب، به برق AC ای مورد نیاز مبدل می گردد.

در سیستم های متصل به شبکه، چندین پنل را به هم وصل می کنند تا به ولتاژ بالای موردنظر دست یافته و سپس آن را به ورودی اینورتر ارتباط می دهند. گاهی اوقات ممکن است این ولتاژ به چیزی در حدود چند صد ولت هم برسد. مهمترین مزیت این ولتاژ بالا، بازده آن است. با بالا رفتن ولتاژ، توان با افت کمتری مواجه می شود زیرا جریان جاری در مدار پنل ها تا اینورتر از میزان بسیار کمتری برخوردار می گردد.

ضمناً اینورترهای مناسب این روش، با ولتاژهای ورودی بالاتر، بهتر عمل می کنند. نتیجۀ کلی این که، با این ترتیب، كل سیستم، کارآیی مناسب تری داشته و بازده بهتری را ارائه می دهد. البته بالا رفتن ولتاژ با دو اشکال تؤام می گردد؛

اول این که با این افزایش ولتاژ، خطر برق گرفتگی کاربر هم زیاد می شود و دوم آنکه، در صورتی که در آینده تصمیم به ارتقاء و گسترش سیستم داشته باشید، نحوۀ انجام کار با دردسر و پیچیدگی های بیشتری همراه می گردد مگر آنکه از همان ابتدا، پیش بینی های لازم را معمول کرده باشید.

نتیجه گیری

اکنون، برای انتخاب گزینه صحیح از انواع سیستم های خورشیدی در بین سیستم‌های مستقل از شبکه و متصل به شبکه نگاهی دقیق به مزایا و معایب ذکر شده در بالا بیندازید و تصمیم درستی بگیرید. وارد کردن انرژی تجدیدپذیر در شبکه برق نه تنها به نفع شما خواهد بود، بلکه برای محیط زیست و جامعه نیز فایده خواهد داشت.