چه چیزی باعث می شود یک نیروگاه خورشیدی مستقر باشد و چگونه عمل می کند

تعریف نیروگاه خورشیدی مالکیت خصوصی

نیروگاه خورشیدی مالکیت خصوصی، تأسیسات تولید برق خورشیدی است که توسط شرکت‌ها، مؤسسات یا افراد خود ساخته، مالکیت و اداره می‌شود، عمدتاً برای تامین نیازهای برق خود. این نوع تامین برق با تامین برق از شبکه عمومی متفاوت است و یک سیستم تامین برق نسبتاً مستقل است که برق تولید شده به طور اصلی به سازندگان آن تحویل داده می‌شود، مانند تامین برق برای کارخانه‌ها، مدارس، مراکز داده یا مسکن‌های بزرگ.

اجزاء اصلی نیروگاه خورشیدی مالکیت خصوصی و عملکرد آنها

پانل‌های خورشیدی (ماژول‌های فتوولتائیک)

این اجزا اصلی نیروگاه خورشیدی هستند که وظیفه آنها تبدیل انرژی خورشیدی به جریان مستقیم است. پانل‌های خورشیدی از چند واحد سلول خورشیدی تشکیل شده‌اند. وقتی نور خورشید بر روی پانل‌ها می‌تابد، مواد نیمه‌رسانا (مانند سیلیکون) موجود در سلول‌های خورشیدی فوتون‌ها را جذب می‌کنند و جفت‌های الکترون-حفره ایجاد می‌کنند. تحت تأثیر میدان الکتریکی داخلی سلول‌ها، الکترون‌ها و حفره‌ها به دو قطب سلول حرکت می‌کنند و بدین ترتیب جریان مستقیم ایجاد می‌شود. به عنوان مثال، کارایی تبدیل نوری-برقی پانل‌های خورشیدی سیلیکون تک‌بلوری معمولی می‌تواند حدود ۱۵٪ - ۲۰٪ باشد، در حالی که پانل‌های سیلیکون چندبلوری کمی کمتر است و در محدوده ۱۳٪ - ۱۸٪ قرار دارد.

معکوس‌کننده

چون جریان مستقیم توسط پانل‌های خورشیدی تولید می‌شود و بیشتر تجهیزات برقی نیاز به جریان متناوب دارند، وظیفه معکوس‌کننده تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب است. این دستگاه از مدارهای الکترونیکی پیچیده و تکنیک‌هایی مانند مدولاسیون عرض 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 معکوس‌کننده با کیفیت بالا، جریان مستقیم می‌تواند به جریان متناوب با فرکانس ۵۰Hz یا ۶۰Hz (به تبعیت از استانداردهای شبکه برق در مناطق مختلف) و ولتاژ ثابت تبدیل شود تا نیازهای مختلف بارهای متناوب مانند موتورها و تجهیزات روشنایی را تأمین کند.

کنترل‌کننده شارژ (در برخی سیستم‌ها)

کنترل‌کننده شارژ برای کنترل فرآیند شارژ باتری ذخیره‌کننده (در صورت وجود) توسط پانل‌های خورشیدی استفاده می‌شود. این دستگاه می‌تواند از بیش شارژ و کم شارژ شدن باتری 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 کمی دارد، کنترل‌کننده شارژ می‌تواند اتصال بار را کنترل کند تا از بیش شارژ شدن باتری جلوگیری کند و مطمئن شود 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 زمان کمبود نور خورشید (مانند شب یا روزهای ابری) برق تأمین کند. باتری‌های متداول شامل باتری‌های سربی-اسید و لیتیوم-یون هستند. باتری‌های سربی-اسید هزینه کمتری دارند اما چگالی انرژی کمتری و عمر کوتاه‌تری دارند؛ در حالی که باتری‌های لیتیوم-یون چگالی انرژی بالا و عمر طولانی‌تری دارند اما هزینه بیشتری دارند. به عنوان مثال، در برخی از نیروگاه‌های خورشیدی مالکیت خصوصی غیرمتصل به شبکه، باتری ذخیره‌کننده می‌تواند برق اضافه تولید شده توسط پانل‌های خورشیدی در روز را ذخیره کند و در شب برق تأمین کند برای تجهیزات بار مانند سیستم‌های روشنایی و تجهیزات نظارت.

جعبه توزیع و سیستم نظارت

جعبه توزیع برای توزیع برق استفاده می‌شود و جریان متناوب خروجی از معکوس‌کننده را به هر شاخه بار توزیع می‌کند. همزمان، می‌تواند مدار را نیز محافظت کند، مانند نصب دستگاه‌های قطع‌کننده و فیوز، برای جلوگیری از بار مازاد و کوتاه شدن مدار. سیستم نظارت برای نظارت بر وضعیت عملکرد نیروگاه خورشیدی استفاده می‌شود، از جمله قدرت تولید برق پانل‌های خورشیدی، ولتاژ و جریان خروجی معکوس‌کننده، سطح شارژ باتری ذخیره‌کننده (در صورت وجود) و پارامترهای دیگر. از طریق سیستم نظارت، می‌توان خرابی‌های تجهیزات و شرایط تولید برق نامتعارف را به موقع تشخیص داد و به نگهداری و مدیریت کمک کرد.

فرآیند عملیاتی نیروگاه خورشیدی مالکیت خصوصی

مرحله تولید برق

در طول روز وقتی نور خورشید کافی است، پانل‌های خورشیدی انرژی خورشیدی را جذب کرده و آن را به جریان مستقیم تبدیل می‌کنند. در این فرآیند، قدرت 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 قدرت خروجی بزرگ است؛ در حالی که در روزهای ابری یا زمانی که زاویه خورشید کم است، کارایی تولید برق و قدرت خروجی کاهش می‌یابد.

مرحله تبدیل و ذخیره برق (در صورت وجود باتری ذخیره‌کننده)

جریان مستقیم تولید شده توسط پانل‌های خورشیدی ابتدا از طریق کنترل‌کننده شارژ (در صورت وجود) وارد باتری ذخیره‌کننده می‌شود یا مستقیماً وارد معکوس‌کننده برای تبدیل به جریان متناوب می‌شود. اگر باتری ذخیره‌کننده وجود داشته باشد، وقتی باتری کاملاً شارژ نشده است، کنترل‌کننده شارژ جریان شارژ را بر اساس وضعیت شارژ باتری و قدرت خروجی پانل‌های خورشیدی تنظیم می‌کند تا مطمئن شود باتری به صورت ایمن و کارآمد شارژ می‌شود. وقتی باتری ذخیره‌کننده وجود ندارد یا باتری کاملاً شارژ شده است، جریان مستقیم مستقیماً وارد معکوس‌کننده برای تبدیل می‌شود.

مرحله تامین برق

جریان متناوب تبدیل شده توسط معکوس‌کننده وارد جعبه توزیع می‌شود و جعبه توزیع برق را بر اساس نیاز بار به هر شاخه توزیع می‌کند تا برق به تجهیزات برقی مختلف تأمین شود. در این فرآیند، سیستم نظارت به صورت زنده وضعیت تولید و تامین برق را نظارت می‌کند تا استقرار و ایمنی تامین برق را تضمین کند. اگر نیروگاه خورشیدی مالکیت خصوصی متصل به شبکه باشد، پس از تامین نیازهای برق خود، برق اضافه می‌تواند به شبکه برق عمومی بازخورد داده شود؛ اگر نیروگاه خورشیدی مالکیت خصوصی غیرمتصل به شبکه باشد، وقتی تولید برق خورشیدی کافی نیست (مانند شب)، باید از منبع برق پشتیبان (مانند ژنراتور دیزل) برای تأمین برق استفاده کرد.