اجزای سیستم پنل خورشیدی

بررسی اجمالی اجزای سیستم پنل خورشیدی

درک محصولات یا اجزایی که سیستم انرژی خورشیدی را قادر می سازد تا به درستی کار کند، مهم است. هر صاحب احتمالی سیستم انرژی خورشیدی باید وقت بگذارد تا بفهمد که چه چیزی درون یک آرایه فتوولتائیک وجود دارد و چگونه این اجزا برای فعال کردن تولید برق برای نیازهای انرژی کار می کنند.

مهم است که به یاد داشته باشید که هر سیستم در اندازه و ساختار خود منحصر به فرد است، بنابراین استفاده از یک آرایه فتوولتائیک با دیگری متفاوت خواهد بود.

سیستم انرژی خورشیدی

سیستم انرژی خورشیدی یک سیستم تولید انرژی تجدیدپذیر است که انرژی فتوولتائیک را از خورشید جمع آوری کرده و آن را به برق قابل استفاده تبدیل می کند.

این سیستم‌ها که اغلب به‌ عنوان PV نیز یاد می شود، روی پشت بام یافت می‌شوند، می‌توانند از نظر اندازه متفاوت باشند و می‌توانند مقیاس های مختلفی را تحت پوشش قرار دهد مانند مناطق مسکونی، تجاری، و در مقیاس شهری.

سیستم‌های فتوولتائیک را می‌توان در چندین کاربرد مورد استفاده قرار داد:

 به صورت استاندارد مانند نصب روی پشت بام یا زمین برای تولید انرژی برای یک خانه یا ساختمان، در حالی که سایر سیستم های غیر سنتی را می توان برای تامین انرژی سایر اشیاء یا عملکرد استفاده کرد مانند ماهواره های فضایی، ماشین حساب های دستی یا وسایل نقلیه.

سیستم‌های برق خورشیدی استاندارد مسکونی یا تجاری از مجموعه هسته‌ای از اجزای سیستم پنل خورشیدی هستند که معمولاً به شبکه گره خورده اند مانند :

پانل‌های خورشیدی

 اینورترها

قفسه‌بندی و نصب

قطع‌ کننده‌های DC/AC

سیم‌کشی

مترها

برخی از سیستم ها برای عملکرد به اجزای اضافی نیاز دارند که به مجموعه هسته اضافه شود مانند:

کنترل‌های شارژ

 باتری‌ها

 موارد اضافی موجودی سیستم و موارد دیگر، اینها معمولاً خارج از شبکه هستند که در صورت نیاز استفاده می شوند.

پنل های خورشیدی

پانل های خورشیدی یا ماژول های PV رایج ترین جزء شناخته شده در یک آرایه فتوولتائیک هستند. بیشتر از سلول های خورشیدی، قاب و شیشه تشکیل شده است. پنل‌های خورشیدی با جمع‌آوری و مهار انرژی فتوولتائیک از خورشید کار می‌کنند، و این انرژی را به عنوان جریان مستقیم (DC) به یک اینورتر یا جزء مبدل می‌رسانند (ممکن است در برخی موارد یک کنترل‌کننده شارژ باشد).

برق DC تولید شده توسط یک ماژول خورشیدی یک جریان الکتریکی است که در یک جهت ثابت جریان دارد. این نوع برق معمولاً به راحتی برای نیازهای الکتریکی استاندارد قابل استفاده نیست و قبل از اینکه بتوان برای دستگاه های الکتریکی استاندارد در داخل خانه یا ساختمان استفاده کرد، باید به برق «جریان متناوب» (AC) تبدیل شود که توسط مبدل ها انجام می‌شود.

پنل های خورشیدی از دو نوع شناخته شده سلول خورشیدی، پلی کریستالی و مونوکریستالی تشکیل شده اند. تفاوت این است که چگونه کریستال‌های سیلیکون موجود در آرایه ها برداشت می‌شوند، توسعه می‌یابند و شکل می‌گیرند و هر کدام ظاهر و رنگ متفاوتی را برای ظاهر خود ایجاد می‌کنند. هر دو نوع سلول PV در توانایی عمومی خود برای تولید برق خورشیدی موثر شناخته شده اند.

اینورترها

اینورترها (یا مبدل‌ها) انرژی DC تولید شده توسط یک پنل خورشیدی را دریافت می‌کنند و با تبدیل آن به برق AC آن انرژی را پردازش می‌کنند، سپس برق حاصل می‌تواند به یک قطع کننده یا تعادل جزء سیستم ارسال شود و برای استفاده استاندارد در دسترس است. اینورترها ممکن است بعد از کنترل کننده شارژ و بانک باتری در برخی از سیستم های انرژی خارج از شبکه قرار گیرند.

اینورترها در اندازه های مختلف هستند و از فناوری های مختلفی برای فعال کردن کارایی در عملکرد برای تولید برق AC استفاده می کنند. رایج ترین اینورترها عبارتند از: اینورتر آی مستر، اینورترهای رشته ای، اینورترهای مرکزی، میکرواینورترها و اینورترهای مبتنی بر باتری. هر کدام دارای مشخصات مکانیکی و فنی متفاوتی خواهند بود.

اینورترهای رشته ای را می توان برای یک ردیف پنل خورشیدی سیم کشی کرد تا به یکی از چندین رشته داخل اینورتر متصل شود تا مجموعه ای از ماژول ها را در خود جای دهد، در حالی که میکرواینورترها معمولاً در پشت هر پانل یا (هر پانل دیگر) نصب می شوند تا انرژی را در هر پانل تبدیل کنند. ماژول به برق AC هر نوع اینورتر لزوماً بهتر از دیگری نیست زیرا هر کدام مزایا و معایب خود را دارند و فناوری‌های آنها به طور خاص برای اهداف کاربردی در شرایط خاص استفاده می‌شوند.

علاوه بر فناوری Microinverter، بهینه‌سازهای PV به طور مشابه در پشت هر ماژول خورشیدی اعمال می‌شوند و مستقیماً به یک اینورتر همزمان متصل می‌شوند  که به به حداکثر رساندن بازده برای پانل‌های خورشیدی کمک می‌کند.

سیستم نظارت جامع

اجزای تجهیزات مانیتورینگ معمولاً به یک سازنده اینورتر همزمان متصل می‌شوند و تجزیه و تحلیل اطلاعات انرژی سیستم را از طریق نرم‌افزار اختصاصی خود به کنسول محصول یا دستگاه متصل به وب مشاهده و رله می‌کنند. اجزای تجهیزات مانیتورینگ ممکن است در یک اینورتر ادغام شوند، یا در برخی موارد – به جزء دیگری از آرایه فتوولتائیک متصل شوند.

فناوری مانیتورینگ قادر است اطلاعات و داده های انرژی تولید شده توسط پنل‌های خورشیدی را بلادرنگ شناسایی و عیب ‌یابی فوری داده‌های بازده انرژی را در مدت زمان معینی نمایش دهد. یک سیستم نظارت جامع می تواند به اپراتور سیستم کمک کند تا نحوه عملکرد سیستم انرژی خورشیدی را بهتر درک کند و اقداماتی که می تواند برای افزایش بهتر بازده، بهره وری، نگهداری و سایر متغیرها انجام شود در زمان واقعی یا در طول سیستم ها را انجام دهد که منجر به طول عمر بالای سیستم شود.

قفسه بندی و نصب

اجزای قفسه بندی و نصب برای اطمینان از اتصال آرایه PV به زمین یا سقف کار می کنند و از چندین محصول کلیدی تشکیل شده است که کل سیستم قفسه بندی را در بر می گیرد.اکثر سیستم‌های قفسه‌بندی از ترکیبی از موارد زیر استفاده می‌کنند: ریل‌ها، فلاشینگ‌ها، گیره‌ها، براکت‌های نصب، گیره‌های سیم، کیت‌های اتصال، بریس‌ها، کلاهک‌های انتهایی، پیوست‌ها، پایه‌های شیب – و سایر اجزا برای تکمیل یک سیستم کامل قفسه‌بندی و نصب. سیستم‌های نصب روی زمین به لوله‌های بتنی و فولادی علاوه بر کیت کامل قفسه‌بندی روی زمین نیاز دارند.

قفسه بندی و نصب بخشی ضروری از هر سیستم انرژی خورشیدی است. هم آرایه های نصب روی پشت بام و هم روی زمین باید در بالای یک ساختار سالم و قابل اعتماد قرار گیرند تا اطمینان حاصل شود که سیستم می تواند یکپارچگی را حفظ کند و برای مدت زمان طولانی کار کند.

تعادل سیستم ها یا قطع‌ کننده‌های DC/AC

تعادل اجزای سیستم برای ترکیب سایر محصولات الکتریکی در سیستم کار می کند، سپس مجموعه ای از گزینه های کنترل و توزیع توان را برای هر آرایه PV ترکیب و ارائه می کند.

معمولاً اکثر مواردی که محصولات تعادل سیستم را تشکیل می‌دهند عبارتند از: قطع‌کننده‌های DC/AC، جعبه‌های اتصال، جعبه‌های ترکیبی، قطع کننده‌های مدار، فیوزها، مراکز بار، خاموش شدن سریع، دستگاه‌های افزایش جریان و … که در میان سایر اجزا ممکن است از سیستمی به سیستم دیگر متفاوت باشد. این اجزا برای هر سیستم انرژی خورشیدی متفاوت خواهند بود، زیرا برخی از سیستم‌ها بسته به کاربردشان به کنترل و توزیع انرژی بیشتر یا کمتری نیاز دارند.

هر آرایه فتوولتائیک به مجموعه ای از حفاظت ها و گزینه های کنترل برق نیاز دارد تا در هر زمان در دسترس باشد، چه برای ایمنی یا یکپارچگی سیستم، یا برای فعال کردن تعمیر و نگهداری اضطراری در صورت آتش سوزی یا سایر مشکلات احتمالی که ممکن است ایجاد شود. کنترل قدرت در هر سیستم تولید برق ضروری است.

سیم کشی

سیم کشی برای اطمینان از اتصال سایر اجزای انرژی خورشیدی به یکدیگر عمل می کند و می تواند انرژی را از یک دستگاه به دستگاه دیگر منتقل کند. سیم PV معمولاً برای انتقال انرژی از ماژول‌های خورشیدی به اینورتر(ها) و سپس تبدیل شدن برای ارسال برای محصول دیگری در زنجیره تامین آرایه فتوولتائیک استفاده می‌شود.

سیم‌ها معمولاً از آلومینیوم یا مس ساخته می‌شوند، جامد یا استاندارد هستند، عایق هستند و بسته به محل قرارگیری و اتصال آنها از جریان DC یا جریان AC عبور می‌کنند. سیم‌ها همچنین برای اهداف ایمنی و شناسایی توسط یک اپراتور یا بازرس سیستم که باید بفهمد کدام سیم جریان خاصی را کنترل می‌کند (مثبت، منفی، زمین‌دار و غیره) کد رنگی می‌شود.

سیستم‌های استاندارد از سیم‌هایی استفاده می‌کنند که بسته به تنظیم آرایه PV می‌توانند ولتاژها و گیج‌های سیم خاصی را نگه دارند و از آن عبور کنند. این مقادیر معمولاً وابسته به ولتاژ سیستم و اجزای همزمان آن هستند که در جریان به هم پیوسته اقلام استفاده می‌شوند.

کنترل کننده های شارژ

کنترل‌کننده‌های شارژ برای تنظیم بار الکتریکی کار می‌کنند و سرعت اضافه یا خروج جریان الکتریکی به باتری‌ها را محدود می‌کنند. آنها برای کنترل ولتاژ و وات پانل های خورشیدی کار می کنند. بنابراین، عبور از انرژی پایدارتر، جلوگیری از شارژ بیش از حد و محافظت در برابر ولتاژ بیش از حد – که می تواند مانع و کاهش عملکرد یا طول عمر باتری شود.

کنترل‌کننده‌های شارژ با انواع مختلفی از اندازه‌ها و فناوری‌ها عرضه می‌شوند که به طور کلی یک سیستم خارج از شبکه (بانک باتری) را قادر می‌سازد تا به درستی کار کند. این دو نوع فناوری MPPT (ردیابی حداکثر توان نقطه ای) و PWM (مدولاسیون عرض پالس) هستند. کنترل‌کننده‌های شارژ اغلب در یک سیستم خارج از شبکه یا هیبریدی با سیستم انرژی خورشیدی پشتیبان باتری استفاده می‌شوند.

یک سری از کنترل کننده های شارژ برای حفظ یکپارچگی باتری با سیستمی که از آنها استفاده می کند، مهم هستند. با توجه به ماهیت حساس اجزای ذخیره‌سازی نیرو، تنظیم فعالیت مداوم آنها برای بدست آوردن حداکثر طول عمر ممکن و کمک به کاهش هزینه‌های نگهداری در آینده ضروری است.

باتری ها

باتری‌ها توانایی ذخیره انرژی خورشیدی را برای استفاده در آینده فراهم می‌کنند. آنها در آرایه های الکتریکی خورشیدی خارج از شبکه یا هیبریدی استفاده می شوند، که در صورت کمبود نور خورشید در دسترس (شب)، توزیع برق ناپایدار از یک شرکت برق، یا عدم دسترسی به تامین کننده برق نیاز به استفاده از برق دارند.

سیستم‌های خارج از شبکه و هیبریدی اغلب از یک باتری (یا سری باتری‌ها) برای ذخیره انرژی جمع‌آوری‌شده توسط یک کنترل‌کننده شارژ، اینورتر یا هر دو استفاده می‌کنند – سپس انرژی حاصل را برای برداشت در صورت نیاز در صورت نیاز اپراتور سیستم آماده می‌کنند.

باتری ها از انواع مختلفی از فناوری ها و مواد برای فعال کردن قابلیت ذخیره انرژی استفاده می کنند. معمولاً چهار نوع باتری وجود دارد. AGM، GEL، Flooded و Lithium Ion – هر نوع از سیالات و اسیدهای مختلفی استفاده می کند که می توانند انرژی را برای مدت طولانی با کاهش توان آهسته حفظ کنند.

هر نوع باتری در هر فناوری به تعمیر و نگهداری متفاوتی نیاز دارد و طول عمر مورد انتظار برای هر فناوری تحت تأثیر نحوه شارژ، ذخیره و مصرف انرژی توسط اپراتور سیستم از باتری ها خواهد بود.