تعریف نیروگاه خورشیدی متعلق به خود
نیروگاه خورشیدی متعلق به خود، تسهیلات تولید برق خورشیدی است که توسط شرکتها، مؤسسات یا افراد خود ساخته، مالکیت داشته و عملیات آن انجام میشود، عمدتاً برای تأمین تقاضای برق خود. متفاوت از تأمین برق از شبکه عمومی برق، این یک سیستم تأمین برق نسبتاً مستقل است و برق تولید شده در آن عمدتاً به سازندگان خود تحویل داده میشود، مانند تأمین برق برای کارخانهها، مدارس، مراکز داده یا مسکنهای بزرگ.
اجزاء اصلی نیروگاه خورشیدی متعلق به خود و عملکرد آنها
پانلهای خورشیدی (ماژولهای فتوولتائیک)
اینها جزو اجزای اصلی نیروگاه خورشیدی هستند که عملکرد آنها تبدیل انرژی خورشیدی به جریان مستقیم است. پانلهای خورشیدی از چند واحد سلول خورشیدی تشکیل شدهاند. هنگامی که نور خورشید بر روی پانلها میتابد، مواد نیمهرسانا (مانند سیلیکون) موجود در سلولهای خورشیدی فوتونها را جذب میکنند و زوجهای الکترون-حفره ایجاد میکنند. تحت تأثیر میدان الکتریکی داخلی سلولها، الکترونها و حفرهها به طرف دو قطب سلول حرکت میکنند و بنابراین جریان مستقیم را تشکیل میدهند. به عنوان مثال، کارایی تبدیل نوری-برقی پانلهای خورشیدی سیلیکون تکبلوری معمولی میتواند به حدود ۱۵٪ - ۲۰٪ برسد، در حالی که کارایی پانلهای چندبلوری سیلیکون کمی کمتر است و بین ۱۳٪ - ۱۸٪ متغیر است.
انورتر
از آنجا که جریان مستقیم توسط پانلهای خورشیدی تولید میشود و بیشتر تجهیزات برق نیاز به جریان متناوب دارند، عملکرد انورتر تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب است. این دستگاه از مدارهای الکترونیکی پیچیده و تکنیکهایی مانند مدولاسیون پهنای پالس (PWM) استفاده میکند تا جریان مستقیم را به جریان متناوبی که با استانداردهای شبکه برق یا تجهیزات بار سازگار است تبدیل کند. به عنوان مثال، در یک انورتر با کیفیت بالا، جریان مستقیم میتواند به جریان متناوب با فرکانس ۵۰Hz یا ۶۰Hz (به تبعیض استانداردهای شبکه برق در مناطق مختلف) و ولتاژ ثابت تبدیل شود تا نیازهای مختلف بارهای جریان متناوب مانند موتورها و تجهیزات روشنایی را برآورده کند.
کنترلکننده شارژ (در برخی سیستمها)
کنترلکننده شارژ عمدتاً برای کنترل فرایند شارژ باتری ذخیرهکننده (اگر وجود دارد) توسط پانلهای خورشیدی استفاده میشود. این دستگاه میتواند از بیششارژ و کمشارژ باتری ذخیرهکننده جلوگیری کند و عمر مفید باتری را محافظت کند. به عنوان مثال، وقتی باتری کاملاً شارژ شده است، کنترلکننده شارژ به طور خودکار مدار شارژ بین پانلهای خورشیدی و باتری را قطع میکند؛ و وقتی باتری سطح شارژ پایینی دارد، کنترلکننده شارژ میتواند اتصال بار را کنترل کند تا از بیششارژ بیش از حد باتری جلوگیری کند و اطمینان حاصل کند که باتری در محدوده شارژ ایمن کار میکند.
باتری ذخیرهکننده (اجزاء اختیاری)
باتری ذخیرهکننده برای ذخیره برق تولید شده توسط پانلهای خورشیدی استفاده میشود تا بتواند در مواقعی که نور خورشید کافی نیست (مانند شب یا روزهای ابری) برق تأمین کند. باتریهای معمولی شامل باتریهای سربی-اسید و لیتیوم-یون هستند. باتریهای سربی-اسید هزینه کمتری دارند اما چگالی انرژی پایینتر و عمر مفید کوتاهتری دارند؛ در حالی که باتریهای لیتیوم-یون چگالی انرژی بالا و عمر مفید طولانی دارند اما هزینه بیشتری دارند. به عنوان مثال، در برخی از نیروگاههای خورشیدی متعلق به خود بدون اتصال به شبکه، باتری ذخیرهکننده میتواند برق اضافی تولید شده توسط پانلهای خورشیدی در طول روز را ذخیره کند و در شب برق را برای تجهیزات بار مانند سیستمهای روشنایی و تجهیزات نظارتی تأمین کند.
جعبه توزیع و سیستم نظارت
جعبه توزیع برای توزیع برق استفاده میشود، جریان متناوب تولید شده توسط انورتر را به هر شاخه بار توزیع میکند. در عین حال، این جعبه میتواند مدار را نیز محافظت کند، مانند نصب دستگاههای قطع کننده مدار و بیمههای برق برای جلوگیری از بیشبارگی و کوتاهشدن مدار. سیستم نظارت برای نظارت بر وضعیت عملکرد نیروگاه خورشیدی استفاده میشود، از جمله توان تولید شده توسط پانلهای خورشیدی، ولتاژ و جریان خروجی انورتر، سطح شارژ باتری ذخیرهکننده (اگر وجود دارد) و پارامترهای دیگر. از طریق سیستم نظارت، میتوان مشکلات تجهیزات و وضعیتهای غیرعادی تولید برق را به موقع شناسایی کرد و به تعمیر و نگهداری کمک کرد.
فرآیند عملیاتی نیروگاه خورشیدی متعلق به خود
مرحله تولید برق
در ساعات روز که نور خورشید کافی است، پانلهای خورشیدی انرژی خورشیدی را جذب کرده و آن را به جریان مستقیم تبدیل میکنند. در این فرآیند، توان خروجی پانلهای خورشیدی توسط عواملی مانند شدت، زاویه و دمای نور خورشید تحت تأثیر قرار میگیرد. به عنوان مثال، وقتی نور خورشید مستقیم و شدید است، کارایی تولید برق پانلهای خورشیدی بالا است و توان خروجی زیاد است؛ در حالی که در روزهای ابری یا زمانی که زاویه خورشید کم است، کارایی تولید برق و توان خروجی کاهش مییابد.
مرحله تبدیل و ذخیره برق (اگر باتری ذخیرهکننده وجود دارد)
جریان مستقیم تولید شده توسط پانلهای خورشیدی ابتدا از طریق کنترلکننده شارژ (اگر وجود دارد) وارد باتری ذخیرهکننده میشود یا مستقیماً وارد انورتر میشود تا به جریان متناوب تبدیل شود. اگر باتری ذخیرهکننده وجود داشته باشد، وقتی باتری کاملاً شارژ نشده است، کنترلکننده شارژ بر اساس وضعیت شارژ باتری و توان خروجی پانلهای خورشیدی جریان شارژ را تنظیم میکند تا اطمینان حاصل کند که باتری به صورت ایمن و کارآمد شارژ میشود. وقتی باتری ذخیرهکننده وجود ندارد یا باتری کاملاً شارژ شده است، جریان مستقیم مستقیماً وارد انورتر برای تبدیل میشود.
مرحله تأمین برق
جریان متناوب تبدیل شده توسط انورتر وارد جعبه توزیع میشود و جعبه توزیع برق را بر اساس نیاز بار به هر شاخه توزیع میکند تا برق را به تجهیزات برقی مختلف تأمین کند. در این فرآیند، سیستم نظارت به صورت واقعی وضعیت تولید و تأمین برق را نظارت میکند تا اطمینان حاصل کند که تأمین برق پایدار و ایمن است. اگر این یک نیروگاه خورشیدی متعلق به خود متصل به شبکه باشد، پس از تأمین نیاز برق خود، برق اضافی میتواند به شبکه عمومی برق بازگردانده شود؛ اگر این یک نیروگاه خورشیدی متعلق به خود مستقل از شبکه باشد، زمانی که تولید برق خورشیدی کافی نیست (مانند شب)، لازم است تأمین برق از طریق منبع برق پشتیبان (مانند ژنراتور دیزل) انجام شود.
