مزایای استفاده از سیستم برق خورشیدی و بررسی چالش های مرتبط با آن
سیستم برق خورشیدی
برق خورشیدی به انرژی الکتریکی اشاره دارد که از طریق تبدیل تابش نور خورشید به الکتریسیته حاصل می شود. این فرآیند معمولاً توسط پنل های خورشیدی انجام می شود که شامل سلول های خورشیدی هستند. این سلول ها با استفاده از اثر فتوولتائیک، انرژی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. در این محتوا قصد داریم درباره انواع پنل سیستم برق خوردشیدی، مزایای استفاده از آن ها، چالش هایی که در این زمینه مطرح است و غیره توضیح دهیم.
انواع سیستم های برق خورشیدی
سیستم های برق خورشیدی به دو دسته متصل به شبکه یا انگرید و مستقل از شبکه یا آفگرید تقسیم می شوند:
سیستم متصل به شبکه یا انگرید
سیستم برق خورشیدی متصل به شبکه (Grid-Tied Solar System) یکی از رایج ترین انواع سیستم های خورشیدی است که به شبکه برق عمومی متصل می شود. این سیستم ها به کاربران این امکان را می دهند که از انرژی خورشید استفاده کنند و در عین حال در صورت نیاز از برق شبکه نیز مصرف نمایند. از مهمترین مزایای سیستم متصل به شبکه می توان به قابلیت اطمینان بیشتر به دلیل اتصال و پشتیبانی شبکه برق و امکان فروش برق تولیدی مازاد به اداره برق و هزینه نصب کمتر نسبت به سیستم های دارای باتری نام برد.
سیستم برق خورشیدی مستقل از شبکه
سیستم برق خورشیدی مستقل از شبکه (Off-Grid Solar System)، سیستمی است که به طور کامل جدا از شبکه برق عمومی عمل می کند و برای تامین انرژی در مکان هایی که دسترسی به شبکه برق ممکن نیست، مانند خانه ها، ویلاهای دورافتاده، تاسیسات کشاورزی و دیگر مکان های دورافتاده، انتخابی مناسب به شمار می آیند.
ساختار سلول های پنل های فتوولتائیک خورشیدی
سلول های پنلهای فتوولتائیک عمدتاً از موادی ساخته می شوند که توانایی تبدیل نور خورشید به الکتریسیته را دارند. سه ماده اصلی که در ساخت سلول های فتوولتائیک استفاده می شود عبارت اند از:
-
سیلیکون (Silicon)
سیلیکون به تنهایی قابلیت هدایت الکتریکی ندارد و نیمه رسانا است ولی با تزریق عنصرهای فسفر وبور به سیلیکون به رسانا تبدیل می شود. سیلیکون رایج ترین ماده مورد استفاده در ساخت پنل های خورشیدی است و پنل ها به دو شکل اصلی مونوکریستالین و پلی کریستالین تولید می شود.
ویژگی ها: دوام بالا، کارایی مناسب، و توانایی تحمل شرایط محیطی مختلف
-
کادمیوم تلورید (Cadmium Telluride – CdTe)
– استفاده از این ماده برای ساخت پنل های نازک لایه رایج است، ارزان تر است و فرآیند تولید آسان تری نسبت به سیلیکون دارد.
معایب: اثرات زیست محیطی احتمالی به دلیل سمی بودن کادمیوم.
-
سلنید مس ایندیوم گالیوم (Copper Indium Gallium Selenide – CIGS)
ویژگی ها: نیز برای پنل های نازک لایه استفاده می شود و قابلیت انعطاف پذیری بالایی دارد. این ماده قابلیت نصب روی بسترهای مختلفی را دارد.
مزایا: راندمان بالاتر نسبت به سایر مواد نازک لایه و بهره وری مناسب در فضای محدود
مانند آرسنید گالیوم علاوه بر این مواد، سایر مواد مانند آرسنید گالیوم نیز در برخی کاربردهای خاص با راندمان بالا مورد استفاده قرار می گیرند، اما به دلیل هزینه های بالا کمتر رایج هستند.
مشخصات انواع پنل خورشیدی صنعتی
کوچکترین واحد تولید کننده برق سلول ها هستند (ولتاژ تولیدی در حدود 0.5 ولت می باشد) که با سری کردن سلول ها پنل ها ساخته می شوند (ولتاژ پنل ها براساس تعداد سلول سری شده با هم می باشد و برای هر برند با هر توان متفاوت است، به طور مثال از سری کردن 72 سلول ولتاژی حدودا 50 ولت بدست می آید) پنل های خورشیدی به چند نوع اصلی تقسیم بندی می شوند که بر اساس مواد ساختاری و کاربردهایشان در مکان های مختلف و شرایط متفاوت استفاده می شوند.
در زیر این انواع و ویژگی های شاخص هر کدام توضیح داده شده است:
1. پنل های مونوکریستالین (Monocrystalline)
ویژگی ها: ساخته شده از سیلیکون خالص و ساختاری یکنواخت دارند، به همین دلیل دارای رنگ تیره غیرشفاف هستند.
مزایا: راندمان بالا و طول عمر زیاد. (راندمان این پنل ها بین 18 تا 22 درصد می باشد). این نوع پنل برای مکان های با فضای محدود مناسب است، زیرا مقدار بیشتری برق نسبت به نوع دیگر در همان فضا تولید می کند.
معایب: هزینه های بالاتر تولید و نصب.
2. پنل های پلی کریستالین (Polycrystalline)
ویژگی ها: از کریستال های سیلیکون ساخته شده و بافتی پراکندگی کمتر دارند. به رنگ آبی روشن قابل شناسایی هستند.
مزایا: هزینه کمتر نسبت به مونوکریستالین و فرآیند تولید ساده تر.
معایب: راندمان کمتر نسبت به پنل های مونوکریستالین (راندمان برای این پنل ها بین 14 تا 18 درصد می باشد).
3. پنل های نازک لایه (Thin-Film)
ویژگی ها: شامل لایه های بسیار نازکی از مواد فتوالکتریک مانند سیلیکون آمورف، کادمیوم تلورید یا سلنید مس ایندیوم گالیوم می باشند.
مزایا: انعطاف پذیر، سبک تر و گاهی اوقات ارزان تر. مناسب برای ادغام در ساختمان ها یا سطوح دیگر.
معایب: راندمان پایین تر و نیاز به فضای بیشتری برای بهره برداری کامل از ظرفیت تولید.
4. پنل های بی پی (BIPV – Building-integrated Photovoltaics)**
ویژگی ها: در ساختمان ها به عنوان بخشی از معماری مثل پنجره ها، دیوارها یا سقف ها نصب می شوند.
مزایا: ظاهر زیبا و ترکیب با معماری ساختمان.
معایب: هزینه های بالا و راندمان نسبتاً پایین تر.
هر نوع از این پنل ها بسته به شرایط آب و هوایی، نیاز به فضا و بودجه می تواند انتخاب مناسبی برای کاربردهای خانگی، تجاری یا صنعتی باشد.
مزایای استفاده از برق خورشیدی
- کاهش هزینه عملیاتی و انرژی رایگان: بی نیازی به منابع سوخت های فسیلی گران قیمت که باعث کاهش هزینه عملیاتی می شود.
- منبع تجدید پذیر در دسترس و همیشگی: منابع تجدیدپذیر از انرژی بی نهایت و در دسترس خورشیدی استفاده می کنند.
- دوست دار محیط زیست: با تولید الکتریسیته از منابع پایدار تجدید پذیر باعث کاهش گازهای گلخانه ای می شود.
- بدون آلودگی صوتی
- راحتی در نصب واجرا
- قابلیت نصب در مناطق دور افتاده: جایی که دسترسی به شبکه برق ممکن نیست.
- کسب درآمد برای مردم عادی
- هزینه های نگهداری پایین پس از نصب اولیه، هزینه های جاری معمولاً کم است و نیازی به سرویس های دوره ای مثل ژنراتور ندارد.
- دوام و عمرطولانی پنل ها درصورت استفاده و نگهداری صحیح.
چالش های مرتبط با برق خورشیدی
- هزینه بالای اولیه: نصب اولیه می تواند هزینه بر باشد.
- وابستگی به شرایط جوی: کارایی سیستم ممکن است در روزهای ابری کاهش یابد، مگر اینکه از باتری های ذخیره سازی استفاده شود.
- هزینه بالا برای تعویض باتری
- نیاز به فضای زیاد
- قابلیت جابجایی نسبت به موتور برق ندارد
- مساله بازیافت پنل ها
- حساسیت به دما: عملکرد آن ها در دماهای بسیار بالا می تواند کاهش یابد.
پمپ آب خورشیدی سیستمی است که برای پمپاژ آب با استفاده از انرژی خورشیدی به جای برق یا سوخت فسیلی طراحی شده است. این نوع پمپ ها به خصوص در مناطق دورافتاده و بدون دسترسی به شبکه برق کاربرد دارند و به دلیل استفاده از منبع انرژی تجدیدپذیر، گزینه ای سازگار با محیط زیست محسوب می شوند.
آشنایی با اجزای اصلی پمپ آب خورشیدی
پنل های خورشیدی: پنل های خورشیدی انرژی خورشید را به برق جریان مستقیم یا ولتاژ dc تبدیل می کنند. برای انتخاب تعداد پنل ها باید پارامترهای کیفیت و توان پنل ها، ولتاژ خروجی پنل ها در حالت بار کامل و توان الکتروپمپ را بررسی نمود و نوع هم بندی پنل ها بستگی به توان اینورتر صنعتی و ولتاژ تغذیه اینورتر و جریان ورودی اینورتر و میزان تابش نور خورشید منطقه دارد. امروزه بازده سلول های خورشیدی از 16 تا 26 درصد بسته به نوع و کیفیت پنل می باشد. جهت کسب اطلاعات بیشتر درباره انواع اینورترهای خورشیدی که امکان استفاده از آن ها برای پنل ها جهت تامین انرژی وجود دارد، می توانید مقاله زیر را مطالعه کنید.
پمپ آب: پمپ آب برای پمپاژ آب با استفاده از الکتروموتور استفاده می کند. معمولا انتخاب الکتروپمپ ها برمبنای میزان آب دهی یا دبی و یا براساس مقدار ارتفاع پمپاژ آب انتخاب می شوند.
پمپ آب بسته به کاربری و میزان برداشت آب می تواند از انواع سطحی، کفکش یا شناور باشد. چنانچه پمپاژ آب از داخل چاه آب باشد پمپ از نوع شناور یا کفکش را باید انتخاب کرد و چنانچه از استخر یا هر نوع مخرن دیگر باشد باید از الکتروپمپ های سطحی استفاده کرد.
اینورتر پمپ آب خورشیدی : اینورتر وظیفه تبدیل ولتاژ DC (که توسط پنل های خورشیدی در اثر تابش نور خورشید تولید شده اند) را به ولتاژ AC دارد. بطور کلی اینورترها وظیفه راه اندازی، کنترل سیستم خورشیدی، تغییر سرعت الکتروپمپ ها و حفاظت ازالکتروپمپ ها را در برابر اضافه جریان خروجی اینورتر،کاهش ولتاژ ورودی، گرمای الکتروپمپ، افزایش ولتاژ ورودی، بی آب شدن سیستم و غیره را برعهده دارد. اینورتر ورتکس پمپ آب خورشیدی با داشتن برنامه مخصوص پمپ آب خورشیدی mppt با تغییر سرعت الکتروپمپ بر اساس میزان نور خورشید وولتاژ خروجی پنل ها، بهترین بازدهی را برای پمپاژ بهتر آب فراهم می کند. از دیگر مزایای اینورتر می توان به قابلیت هایبرید کردن تغذیه و استفاده از برق شبکه یا ژنراتور برای مواقع تاریکی هوا یا هوای ابری و کاهش نور خورشید نام برد. اینورتر پمپ آب خورشیدی متفاوت از سانورتر ها می باشد (سانورترها برای همه تجهیزات برقی قابل استفاده هستند ولی اینورتر پمپ آب خورشیدی تنها برای الکتروپمپ ها ساخته شده است).
باتری ها (اختیاری): انرژی اضافی تولید شده توسط پنل ها را ذخیره می کند تا شب یا در شرایط ابری نیز بتوان از پمپ استفاده کرد، که معمولا برای پمپ های با توان پایین مقرون به صرفه است.
نحوه محاسبه تعداد پنل خورشیدی برای پمپ آب خورشیدی
برای محاسبه تعداد پنل ابتدا باید توان اینورتر را بررسی نمود، معمولا توان پنل ها 1.5 برابر توان اینورتر می باشد. بطور مثال توان اینورتر 11 کیلو وات باشد ضرب در 1.5 بکنیم عدد 16.5 کیلو وات را برای توان پنل ها بدست می آید.
حال به بررسی ولتاژ تغذیه اینورترحد پایین و حدبالا ولتاژ می پردازیم، به طورمثال ولتاژ توصیه برای درایوهای سه فاز ورتکس V530 و حد پایین V350 و حد بالا V800 می باشد. ولتاژ آرایه یا مجموع پنل ها باید نزدیک به ولتاژ تغذیه اینورتر یا بالاتر باشد.
با انتخاب نوع پنل، توان و ولتاژ تحت بار پنل مشخص می شود، به طورمثال ما پنل W550 را انتخاب می کنیم ولتاژ تحت باراین پنل V42 می باشد.
حال توان کل بدست آمده برای پنل ها را تقسیم برتوان پنل انتخابی می کنیم.
تعداد پنل مورد نیاز 30 عدد می باشد. توجه داشته باشید تعداد پنل ها همیشه باید زوج باشد.
حال به بررسی نوع آرایه می پردازیم.
در صورتی که بخواهیم 30 پنل را سری کنیم ولتاژ بدست آمده برابر با 1260V می باشد که از حد بالا ولتاژ ما بیشتراست و این آرایه برای ما قابل قبول نیست پس به سراغ حالت دیگری می رویم
30×42V=1260V
برای 2 آرایه 15 تایی موازی با هم حساب می کنیم، ولتاژ بدست آمده برابر با 630V می باشد که ولتاژ هم از ولتاژ توصیه شده بیشتر است و هم از حدبالا ولتاژ کمتر است پس این آرایه مناسب است.
15×42V=630V
در نهایت استفاده از سیستم برق خوردشیدی، راهکاری مناسب برای کاهش هزینههای انرژی
همانطور که در این مقاله به آن اشاره کردیم برق خورشیدی از تبدیل تابش نور خورشید به الکتریسیته حاصل می شود. سیستم های برق خورشیدی به دو دسته متصل به شبکه یا انگرید و مستقل از شبکه یا آفگرید تقسیم می شوند. سلول های پنلهای فتوولتائیک عمدتاً از سیلیکون ترکیب شده با فسفرو بور تولید می شوند.
از معروف ترین نوع پنل ها می توان به پنل های مونوکریستالین و پنل های پلیکریستالین نام برد. حداکثر راندمان برای پنل های مونوکریستالین 22 درصد وبرای پلیکریستالین 18 درصد می باشد.
اجزای اصلی پمپ آب خورشیدی شامل الکتروپمپ ،پنل خورشیدی و اینورترپمپ آب خورشیدی می باشد. راندمان پنل های خورشیدی بستگی به آب و هوا، میزان نورخورشید و دمای هوا دارد. از مهمترین مزایای برق خورشیدی می توان به انرژی رایگان برق خورشیدی و در دسترس بودن همیشگی خورشید نام برد.
