د ژوری کارخانې: نومونه، اجزا او کارولو پرنسیپونه
گیاهان تولید برق خورشیدی سیستم‌هایی هستند که از انرژی خورشیدی برای تولید برق استفاده می‌کنند. آنها می‌توانند به دو نوع اصلی تقسیم‌بندی شوند: گیاهان تولید برق فتوولتائیک (PV) و گیاهان تولید برق خورشیدی تمرکزی (CSP). گیاهان تولید برق فتوولتائیک با استفاده از سلول‌های خورشیدی نور را مستقیماً به برق تبدیل می‌کنند، در حالی که گیاهان تولید برق خورشیدی تمرکزی از آینه‌ها یا لنزها برای تمرکز نور خورشید و گرم کردن یک مایع استفاده می‌کنند که یک توربین یا موتور را به حرکت درمی‌آورد. در این مقاله، ما مولفه‌ها، طرح‌بندی و عملکرد هر دو نوع گیاه تولید برق خورشیدی را همراه با مزایا و معایب آنها توضیح می‌دهیم.
چیست گیاه تولید برق فتوولتائیک؟
گیاه تولید برق فتوولتائیک یک سیستم PV مقیاس بزرگ است که به شبکه متصل شده و برای تولید برق الکتریکی بزرگ از تابش خورشیدی طراحی شده است. گیاه تولید برق فتوولتائیک شامل چند مولفه است، مانند:
ماژول‌های خورشیدی: این مولفه‌های اساسی یک سیستم PV هستند. آنها از سلول‌های خورشیدی تشکیل شده‌اند که نور را به برق تبدیل می‌کنند. سلول‌های خورشیدی معمولاً از سیلیکون ساخته شده‌اند که یک ماده نیمه‌رسانا است که می‌تواند فوتون‌ها را جذب کرده و الکترون‌ها را آزاد کند. الکترون‌ها از مدار عبور می‌کنند و یک جریان الکتریکی ایجاد می‌کنند. ماژول‌های خورشیدی می‌توانند در پیکربندی‌های مختلفی مانند سری، موازی یا سری-موازی تنظیم شوند، بسته به نیازهای ولتاژ و جریان سیستم.
ساختارهای نصب: این قاب‌ها یا ریک‌هایی هستند که ماژول‌های خورشیدی را حمایت و جهت‌دهی می‌کنند. آنها می‌توانند ثابت یا قابل تنظیم باشند، بسته به موقعیت و آب و هوای محل. ساختارهای نصب ثابت ارزان‌تر و ساده‌تر هستند، اما حرکت خورشید را دنبال نمی‌کنند و ممکن است خروجی سیستم را کاهش دهند. ساختارهای نصب قابل تنظیم می‌توانند ماژول‌های خورشیدی را برای دنبال کردن موقعیت خورشید و بهینه‌سازی تولید انرژی متمایل یا چرخان کنند. آنها می‌توانند دستی یا خودکار باشند، بسته به درجه کنترل و دقت مورد نیاز.
انواع‌گر: این دستگاه‌هایی هستند که جریان مستقیم (DC) تولید شده توسط ماژول‌های خورشیدی را به جریان متناوب (AC) که می‌تواند به شبکه یا بارهای AC تغذیه شود تبدیل می‌کنند.
انواع‌گرهای می‌توانند به دو نوع تقسیم‌بندی شوند: انواع‌گرهای مرکزی و انواع‌گرهای میکرو. انواع‌گرهای مرکزی واحدهای بزرگی هستند که چندین ماژول یا آرایه خورشیدی را متصل می‌کنند و یک خروجی AC واحد ارائه می‌دهند. انواع‌گرهای میکرو واحدهای کوچکی هستند که به هر ماژول یا پانل خورشیدی متصل می‌شوند و خروجی‌های AC جداگانه ارائه می‌دهند. انواع‌گرهای مرکزی برای سیستم‌های مقیاس بزرگ از نظر هزینه و کارایی مؤثرتر هستند، در حالی که انواع‌گرهای میکرو برای سیستم‌های مقیاس کوچک انعطاف‌پذیرتر و قابل اعتمادتر هستند.
کنترل‌کننده‌های شارژ: این دستگاه‌هایی هستند که ولتاژ و جریان ماژول‌ها یا آرایه‌های خورشیدی را تنظیم می‌کنند تا از شارژ زیاد یا شارژ کم باتری‌ها جلوگیری کنند. کنترل‌کننده‌های شارژ می‌توانند به دو نوع تقسیم‌بندی شوند: کنترل‌کننده‌های مدولاسیون پهنای پالس (PWM) و کنترل‌کننده‌های ردیابی نقطه بیشینه توان (MPPT). کنترل‌کننده‌های PWM ساده‌تر و ارزان‌تر هستند، اما با قطع و روشن کردن جریان شارژ، انرژی را مصرف می‌کنند. کنترل‌کننده‌های MPPT پیچیده‌تر و گران‌تر هستند، اما با تنظیم ولتاژ و جریان به منظور تطبیق با نقطه بیشینه توان ماژول‌ها یا آرایه‌های خورشیدی، خروجی انرژی را بهینه می‌کنند.
باتری‌ها: این دستگاه‌هایی هستند که برق اضافه تولید شده توسط ماژول‌ها یا آرایه‌های خورشیدی را برای استفاده بعدی در مواقعی که نور خورشید وجود ندارد یا شبکه خاموش است ذخیره می‌کنند. باتری‌ها می‌توانند به دو نوع تقسیم‌بندی شوند: باتری‌های سرب-اسید و باتری‌های لیتیوم-ایون. باتری‌های سرب-اسید ارزان‌تر و رایج‌تر هستند، اما دارای چگالی انرژی کمتر، عمر کوتاه‌تر و نیاز به تعمیر و نگهداری بیشتر هستند. باتری‌های لیتیوم-ایون گران‌تر و کمتر رایج هستند، اما دارای چگالی انرژی بالاتر، عمر طولانی‌تر و نیاز به تعمیر و نگهداری کمتر هستند.
سوئیچ‌ها: این دستگاه‌هایی هستند که بخش‌های مختلف سیستم مانند ماژول‌های خورشیدی، انواع‌گرها، باتری‌ها، بارها یا شبکه را به هم متصل یا جدا می‌کنند. سوئیچ‌ها می‌توانند دستی یا خودکار باشند، بسته به سطح ایمنی و کنترل مورد نیاز. سوئیچ‌های دستی نیاز به مداخله انسانی برای عملکرد دارند، در حالی که سوئیچ‌های خودکار بر اساس شرایط یا سیگنال‌های پیش‌تعیین شده عمل می‌کنند.
مترها: این دستگاه‌هایی هستند که پارامترهای مختلف سیستم مانند ولتاژ، جریان، توان، انرژی، دما یا تابش را اندازه‌گیری و نمایش می‌دهند. مترها می‌توانند آنالوگ یا دیجیتال باشند، بسته به نوع نمایش و دقت مورد نیاز. مترهای آنالوگ از سوزن‌ها یا دایره‌ها برای نشان دادن مقادیر استفاده می‌کنند، در حالی که مترهای دیجیتال از اعداد یا نمودارها برای نشان دادن مقادیر استفاده می‌کنند.
کابل‌ها: این سیم‌هایی هستند که برق را بین مولفه‌های مختلف سیستم منتقل می‌کنند. کابل‌ها می‌توانند به دو نوع تقسیم‌بندی شوند: کابل‌های DC و کابل‌های AC. کابل‌های DC جریان مستقیم را از ماژول‌های خورشیدی به انواع‌گرها یا باتری‌ها منتقل می‌کنند، در حالی که کابل‌های AC جریان متناوب را از انواع‌گرها به شبکه یا بارها منتقل می‌کنند.
طرح‌بندی گیاه تولید برق فتوولتائیک به چند عامل بستگی دارد، مانند شرایط محل، اندازه سیستم، اهداف طراحی و نیازهای شبکه. با این حال، یک طرح‌بندی معمول شامل سه بخش اصلی است: بخش تولید، بخش انتقال و بخش توزیع.
بخش تولید شامل ماژول‌های خورشیدی، ساختارهای نصب و انواع‌گرها است که برق را از نور خورشید تولید می‌کنند.
بخش انتقال شامل کابل‌ها، سوئیچ‌ها و مترها است که برق را از بخش تولید به بخش توزیع منتقل می‌کنند.
بخش توزیع شامل باتری‌ها، کنترل‌کننده‌های شارژ و بارها است که برق را ذخیره یا مصرف می‌کنند.
نمودار زیر یک مثال از طرح‌بندی گیاه تولید برق فتوولتائیک را نشان می‌دهد:
عملکرد گیاه تولید برق فتوولتائیک به چند عامل بستگی دارد، مانند شرایط آب و هوا، تقاضای بار و وضعیت شبکه. با این حال، یک عملکرد معمول شامل سه حالت اصلی است: حالت شارژ، حالت دیشارژ و حالت شبکه‌ای.
حالت شارژ زمانی رخ می‌دهد که نور خورشید اضافه و تقاضای بار کم باشد. در این حالت، ماژول‌های خورشیدی برق بیشتری از آنچه توسط بارها مورد نیاز است تولید می‌کنند. برق اضافه برای شارژ باتری‌ها از طریق کنترل‌کننده‌های شارژ استفاده می‌شود.
حالت دیشارژ زمانی رخ می‌دهد که نور خورشید وجود نداشته یا تقاضای بار بالا باشد. در این حالت، ماژول‌های خورشیدی برق کمتری از آنچه توسط بارها مورد نیاز است تولید می‌کنند. برق کمبود از طریق انواع‌گرها توسط باتری‌ها تأمین می‌شود.
حالت شبکه‌ای زمانی رخ می‌دهد که شبکه موجود و نرخ تعرفه‌های مطلوب باشد. در این حالت، ماژول‌های خورشیدی برقی تولید می‌کنند که می‌تواند از طریق انواع‌گرها به شبکه تغذیه شود.
حالت شبکه‌ای می‌تواند همچنین زمانی رخ دهد که قطعی شبکه وجود داشته و نیاز به برق پشتیبان باشد. در این حالت، ماژول‌های خورشیدی برقی تولید می‌کنند که می‌تواند از طریق انواع‌گرها توسط بارها استفاده شود.
چیست گیاه تولید برق خورشیدی تمرکزی؟
گیاه تولید برق خورشیدی تمرکزی یک سیستم CSP مقیاس بزرگ است که از آینه‌ها یا لنزها برای تمرکز نور خورشید بر یک گیرنده استفاده می‌کند که یک مایع را گرم می‌کند و یک توربین یا موتور را به حرکت درمی‌آورد تا برق تولید کند. گیاه تولید برق خورشیدی تمرکزی شامل چند مولفه است، مانند:
