سیستم فتوولتائیک و کاربردهای آن
روش های تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی
با استفاده از فناوری های خاص، انرژی حاصل از نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیلمیکنند و این فناوری ها را به دو دسته می توان تقسیم کرد:
• سیستم فتوولتائیک (PV) که عموماً تجهیزاتی جامد وبیحرکت هستند (جز در موردانواع مجهزبه سیستم ردیابی خورشیدی)
• سیستم های حرارتی خورشیدی که از نور متمرکز شده خورشید برای گرم کردنمایعی که بخار آن یک توربین را به حرکت در میآورد، استفاده میکند .
در این میان استفاده از سیستمهای فتوولتائیک برای استفاده از نور خورشید به عنوانمنبع انرژی بسیار رایجتر است. استفاده از پن لهای فتوولتائیک در کشورهای پیشرفته بهسرعت روبه گسترش است .
سیستم فتوولتائیک
یکی از اصلی ترین راههای استفاده از انرژی خورشید، استفاده از سیستمهایفتوولتائیک(Photovoltaic) یا به طور مختصر PV است. به پدیدهای که در اثر تابشنور بدون استفاده از مکانیزمهای محرک، الکتریسیته تولید میکند پدیده فتوولتائیک وبه هر سیستمی که از این پدیدهها استفاده کند سیستم فتوولتائیک گویند.
استفاده ازسیستمهای فتوولتائیک به ما این قابلیت را میدهد که محیط زیست پاکیزهای داشتهباشیم، چرا که سیستم تولید الکتریسیته فتوولتائیک اثرات جانبی بسیار ناچیزی برطبیعت دارد و برخلاف سوختهای فسیلی که تجدید ناپذیر هستند و روزی به پایان می رسند، انرژی خورشیدی منبعی تجدید پذیر به شمار می آید که تا روزی که حیات درکره خاکی وجود دارد قابل استفاده و بهره برداری است .
فتوولتائیک یکی از منابعی است که نقش قابل توجهی در سبد سرمایه گذاری انرژی داردو بزرگترین سهم را در تولید انرژی الکتریکی در بین تمام نامزدهای انرژی تجدید پذیربازی میکند. زیرا این انرژی یکی از منابع تولید انرژی تجدیدپذیر، بدون آلایندگی وقابلیت اطمینان بالا میباشد. سیستم منبع اتصال به شبکه PV، اخیراً به یکی ازبخشهای در حال رشد در کاربردهای مسکونی در اروپا، ژاپن و آمریکا تبدیل شده است .
سیستم PV
سیستم PV میتواند در هر آب و هوایی کار کند. درست است که در آب و هوای ابریویا بارانی میزان تولید انرژی الکتریسیته کاهش پیدا میکند، ولی به هر حال این میزانهیچوقت در هنگام روز از 25% میزان حداکثر ظرفیت تولید انرژی سیستم ، کمتر نخواهدبود. این در حالی است که در شرایط معمولی تا 80% میزان تولید حداکثر سیستم،انرژی الکتریسیته تولید خواهد شد .
یک سلول PV منحصر به فرد کوچک، نیرویی در حدود 1 تا 2 وات تولید می کند. برایبالا بردن انرژی سلول های PV، بایستی آنها را به هم وصل کرد تا واحد بزرگی کهماژول نامیده می شود شکل بگیرد. متأسفانه ولتاژ خروجی ماژول های PV نسبتاً پاییناست. با اتصال ماژول ها به هم، واحد بزرگتری به نام آرایه تشکیل میشود کهمیتواند انرژی بیشتری تولید کند. برای دستیابی به ولتاژ بالا، پیکره بندی اتصال سریماژولها، راه حل متعارفی است. در سیستم شبکه خانگی، به منظور تأمین ولتاژ 220ولت معمولاً آرایه های PV را در پشت بام نصب می کنند.
بنابراین نیروی تولید شده از
آرایه های PV با ساختار سری، هنگامی که توسط سایه هایی همچون ابرها، درختان،خانه های همسایه و… پوشانده می شوند، کاهش می یابد. در این وضعیت ساختار موازیآرایه های PV، به دلیل عملکرد آنها، راندمان بالاتری نسبت به ساختار سری دارد. جریانخروجی می تواند به مقدار بالاتری با ساختار موازی آرایه های PV برسد، از طرف دیگرولتاژ تولید شده با ساختار موازی پایین است، بنابراین از این ساختار نیز به تنهایینمی توان استفاده کرد.
سری و موازی کردن سلولهای خورشیدی
از سری و موازی کردن سلولهای خورشیدی میتوان به جریان وولتاژ قابل قبولی دست یافت . ولتاژ خروجی آرایه های PV با ساختار اتصال سری – موازینسبتاً کم است، که باعث می شود ایمنی تجهیزات الکتریکی، به آسانی در کاربردهایخانگی فراهم شود . به یک مجموعه از سلولهای سری و موازی شده خورشیدی، پنلفتوولتائیک میگویند. از مصارف و کاربردهای فتوولتائیک میتوان به روشناییخورشیدی، نیروگاههای فتوولتائیک ، مصارف فضانوردی ، سیستم تغذیه کننده یک واحدمسکونی ، ماشین حساب، ساعت و … اشاره کرد.
شکل1 -1 سیستم PV واتصال به شبکه تک فاز را نشان میدهد، ولتاژ خروجی آرایه هایPV با ساختار اتصال سری – موازی نسبتاً کم است. بنابراین به مبدل های DC-DCافزاینده با بهره و راندمان بالا نیاز است تا ولتاژ پایین آرایه های PV را به ولتاژ بالاییتبدیل کند .
باتری و مبدل DC-DC دو طرفه نقش منبع Back up را هنگامی که ولتاژ تولیدی ازآرایه PV ضعیف میشود، بازی میکند. در طول مرحله دشارژ باتری، مبدل دو طرفه بایدکارایی و راندمان بالایی، به علت استفاده از باتریهای 48 ولت استاندارد، داشته باشد .
مصارف و کاربردهای سیستم فتوولتائیک
• مصارف فضانوردی و تأمین انرژی مورد نیاز ماهوارهها جهت ارسال پیام
• روشنایی خورشیدی
• سیستم تغذیه کننده یک واحد مسکونی
• سیستم پمپاژ خورشیدی
• سیستم تغذیه کننده ایستگاههای مخابراتی و زلزله نگاری
• ماشین حساب، ساعت، رادیو، ضبط صوت و وسایل بازی کودکانه
• نیروگاههای فتوولتائیک
• یخچالهای خورشیدی
• سیستم تغذیه کننده پرتابل یا قابل حمل
مزایای نیروگاههای خورشیدی
نیروگاههای خورشیدی که انرژی خورشید را به برق تبدیل میکنند امید است در آینده بامزایای قاطعی که در برابر نیروگاههای فسیلی و اتمی دارند به خصوص اینکه سازگار بامحیط زیست میباشند، مشکل برق بخصوص در دوران اتمام ذخائر نفت و گاز را حلنمایند. اکنون شایستهاست که به ذکر چند مورد از مزایای این نیروگاهها بپردازیم.
• تولید برق بدون مصرف سوخت
• عدم احتیاج به آب زیاد
• عدم آلودگی محیط زیست
• امکان تأمین شبکه های کوچک و ناحیه ای
• استهلاک کم و عمر زیاد
• عدم احتیاج به متخصص
