سیستم‌های خورشیدی به عنوان یکی از پایدارترین منابع انرژی، محبوبیت زیادی در بین جوامع، صنایع و حتی واحدهای مسکونی کسب کرده‌اند؛ چراکه به کاهش هزینه‌های برق و انتشار کربن کمک زیادی می‌کنند.در کنار شرایط اقلیمی و نوع سیستم خورشیدی بهینگی عملکرد برق خورشیدی به اجزای هماهنگ آن بستگی دارد. در این مقاله از اکومهر، اجزای اصلی سیستم خورشیدی را با جزئیات بررسی می‌کنیم؛ از پنل‌ها تا اینورتر، باتری و قطعات پیشرفته‌تر مخصوص نیروگاه‌ها و مزارع خورشیدی مانند سیستم‌های رهگیری، پاک‌کننده‌ها و اپتیمایزرها صحبت خواهیم کرد.

پنل‌های خورشیدی: قلب سیستم تولید برق

پنل‌های خورشیدی اصلی‌ترین جزء هر سیستم خورشیدی هستند و نقش کلیدی در تولید برق اولیه از انرژی خورشید دارند. عملکرد خلاصه پنل‌ها به این شرح است که فوتون‌های نور خورشید را از طریق سلول‌های فتوولتائیک (PV) جذب کرده، الکترون‌ها را آزاد می‌کنند و جریان مستقیم (DC) تولید می‌نمایند.

این پنل‌ها معمولاً از سیلیکون ساخته می‌شوند و بازدهی آن‌ها بسته به نوع متفاوت است. برای مثال، پنل مونوکریستال (تک‌بلوری) با بازدهی ۱۹-۲۴% کارایی بالاتری در فضاهای محدود دارد، در حالی که پلی‌کریستال (چندبلوری) با بازدهی ۱۵-۱۹% گزینه اقتصادی‌تری برای پروژه‌های بزرگ است. پنل‌ها اغلب در آرایه‌هایی با ظرفیت ۳۰۰-۴۰۰ وات ترکیب می‌شوند و با پوشش شیشه‌ای ضدبازتاب، دوام بالایی در برابر شرایط جوی دارند. در نهایت، پنل‌ها منبع اصلی انرژی سیستم هستند و بدون آن‌ها، هیچ تولیدی ممکن نیست.

تنوع پنل‌ها بر اساس نوع ساخت و کاربرد متنوع می‌باشد. به همین دلیل پیشنهاد می‌برای اطلاعات بیشتر، مقاله انواع پنل خورشیدی را مطالعه کنید.

اینورتر: تبدیل‌کننده و مغز سیستم

اینورتر نقش حیاتی در تبدیل برق DC تولیدشده توسط پنل‌ها به برق متناوب یا AC قابل استفاده برای لوازم خانگی دارد و اغلب به عنوان مغز سیستم شناخته می‌شود. عملکرد اینورتر شامل تنظیم ولتاژ، فرکانس و جریان است تا برق سازگار با شبکه یا مصرف خانگی باشد؛ همچنین ویژگی‌هایی مانند MPPT (بهینه‌سازی نقطه حداکثر قدرت) برای افزایش تولید تا ۳۰% و نظارت هوشمند از طریق اپلیکیشن ارائه می‌دهد.

اینورترها ایمنی را با قطع خودکار در قطعی شبکه تضمین می‌کنند و در سیستم‌های هیبرید، مدیریت باتری را نیز بر عهده دارند. بدون اینورتر مناسب، برق تولیدشده عملاً غیرقابل استفاده خواهد بود. انواع اینورترها شامل موارد زیر است:

• استرینگ: ارزان برای سیستم‌های بزرگ
• میکرواینورتر: مستقل برای هر پنل، ایده‌آل در سایه
• اپتیمایزر: ترکیبی برای جلوگیری از افت عملکرد

باتری: ذخیره‌کننده و پشتیبان انرژی

باتری‌ها نقش ذخیره‌سازی انرژی مازاد را ایفا می‌کنند تا در ساعات کم‌نور یا شب، برق پایدار تأمین شود و به عنوان پشتیبان در سیستم‌های آفگرید یا هیبرید عمل نمایند. عملکرد خلاصه باتری‌ها در سیستم خورشیدی، ذخیره DC از پنل‌ها و تبدیل آن به AC هنگام نیاز است.

باتری‌ها با ظرفیت‌هایی مانند ۵-۲۰ کیلووات‌ساعت و انواع لیتیوم-یون کارآمدتر و سبک‌تر (با دوام ۱۰-۱۵ سال و عمق دشارژ ۹۰%) برای خانه‌ها موجود هستند، در حالی که لیتیوم فسفات آهن ایمن‌تر و مقاوم‌تر در دماهای بالا است. باتری‌ها وابستگی به شبکه را کاهش می‌دهند و در قطعی برق، استقلال ایجاد می‌کنند اما هزینه بالایی دارند.

استراکچر (مونتینگ یا رکینگ): پایه نگهدارنده و زاویه‌دهنده

استراکچر نقش حمایت فیزیکی از پنل‌ها را بر عهده دارد و با زاویه‌دهی مناسب (معمولاً ۳۰-۴۰ درجه) حداکثر جذب نور را تضمین می‌کند. عملکرد رکینگ شامل موارد زیر است:

• تحمل وزن پنل‌ها (تا ۵۰ کیلوگرم بر مترمربع)
• مقاومت در برابر باد (تا ۱۵۰ کیلومتر در ساعت) و تگرگ
• ایجاد فاصله برای خنک‌سازی

مواد آلومینیوم گالوانیزه یا فولاد ضدزنگ دوام بالایی ارائه می‌دهند و انواع سقفی (روف‌مونت) برای خانه‌ها یا زمینی (گراند‌مونت) برای مزارع مناسب‌اند. استراکچر پایه‌ای محکم برای کل سیستم فراهم می‌کند و بدون آن، نصب ایمن پنل‌های خورشیدی ممکن نیست.

کنترلر شارژ: محافظ و بهینه‌ساز باتری

کنترلر شارژ وظیفه تنظیم جریان ورودی از پنل‌ها به باتری را بر عهده دارد و از آسیب‌هایی مانند بیش‌شارژ یا دشارژ عمیق جلوگیری می‌کند. عملکرد کنترلر شارژ با فناوری MPPT، استخراج حداکثر قدرت از پنل‌ها (تا ۳۰% بیشتر از PWM) و نظارت بر ولتاژ باتری است.

انواع MPPT پیشرفته‌تر برای سیستم‌های بزرگ و PWM (مدولاسیون پهنای پالس) ساده‌تر برای سیستم‌های خورشیدی کوچک هستند. این قطعه اغلب در اینورترهای مدرن ادغام می‌شود و ایمنی باتری را افزایش می‌دهد. کنترلر شارژ، به ویژه در سیستم‌های دارای باتری، برای طول عمر و کارایی سیستم ضروری است.

کابل و سیم‌کشی: اتصال‌دهنده و انتقال‌دهنده برق

کابل‌ها نقش انتقال ایمن جریان DC و AC بین اجزا را دارند و از افت ولتاژ یا خطر آتش‌سوزی جلوگیری می‌کنند. مهم‌ترین خصوصیت کابل‌ها در انواع سیستم‌های خورشیدی شامل مقاومت در برابر UV، رطوبت و دماهای بالا (تا ۹۰ درجه) است که با انتقال جریان DC برای پنل‌ها (معمولاً ۴-۶ میلی‌متر مربع) و AC برای خانه‌ها عمل می‌کنند. سیم‌کشی سیستم خورشیدی اغلب به صورت موازی انجام می‌شود تا مشکل یک پنل، کل سیستم را مختل نکند. کابل‌های باکیفیت، کارایی سیستم را حفظ کرده و ایمنی را تضمین می‌کنند.

سایر اجزای سیستم خورشیدی در مقیاس بزرگ

قطعات کمکی و پیشرفته نقش ایمنی، نظارت و افزایش کارایی را ایفا می‌کنند تا سیستم پایدار و قابل اعتماد باشد؛ به ویژه در نیروگاه‌ها و مزارع خورشیدی. به عنوان مثال:

• کنتور، تولید و مصرف را اندازه‌گیری می‌کند (net metering)
• ایزولاتورها جریان را در تعمیرات قطع می‌کنند
• مدارشکن‌ها از اضافه‌بار حفاظت می‌کنند
• کابل‌های ارت از صاعقه جلوگیری می‌کنند
• مونیتور مصرف عملکرد را ردیابی می‌کنند
• سیستم‌های رهگیری (Trackers) با چرخش خودکار پنل‌ها (تک‌محوره یا دومحوره)، تولید را تا ۲۵-۴۰% افزایش می‌دهند.
• سیستم‌های پاک‌کننده با ربات‌ها یا اسپری آب، گردوغبار را حذف کرده و بازدهی پنل را ۱۰-۲۰% حفظ می‌کنند.
• PV Array Isolators آرایه‌ها را برای تعمیرات ایزوله می‌کنند
• Power Optimizerها (بهینه‌ساز نیرو) MPPT مستقل برای هر پنل فراهم کرده و افت سایه را کاهش می‌دهند
• مبدل‌ها (DC-DC) ولتاژ را تنظیم می‌کنند
• Connectorها (MC4) اتصالات ضدآب ایجاد می‌نمایند
• PV Fuseها از اضافه‌جریان حفاظت می‌کنند
• Battery Enclosure باتری‌ها را از محیط محافظت می‌کند
• Combiner Box خروجی رشته‌ها را ادغام و حفاظت می‌نماید
• Testers/Sensors/Detectors (مانند IV testers و سنسورهای تابش) برای عیب‌یابی و نظارت استفاده می‌شوند.

این اجزا با وجود کوچک بودن، سیستم خورشیدی (به‌ویژه در مقیاس بزرگ) را کامل، ایمن و کارآمد می‌سازند.

جمع‌بندی: اجزای سیستم خورشیدی، یک مجموعه هماهنگ

اجزای سیستم خورشیدی مانند قطعات یک پازل، با هم کار می‌کنند تا انرژی پاک تولید شود. پنل‌ها تولید می‌کنند، اینورتر تبدیل، باتری ذخیره و اجزای پیشرفته مانند رهگیرها و پاک‌کننده‌ها کارایی را در مقیاس بزرگ افزایش می‌دهند. بسته به نوع سیستم (آنگرید، آفگرید یا هیبرید) برخی اجزا مانند باتری اختیاری هستند. با انتخاب درست اجزای سیستم خورشیدی، می‌توانید هزینه‌ها را تا ۵۰-۷۰% کاهش دهید و به سبزی زمین کمک کنید.

در جدول زیر می‌توانید خلاصه‌ای از اجزای سیستم خورشیدی را مشاهده کنید.

منبع: frittssolar.com