فتوولتاییک یا سامانه تولید برق از انرژی خورشید
فتوولتاییک یا Photovoltaics سیستمی است که قادر به تبدیل مستقیم انرژی خورشیدی به انرژی الکتریسیته می‌باشد و یکی از انواع سامانه‌های تولید برق از انرژی خورشیدی می‌باشد.
سیستم فتوولتاییک چگونه کار می‌کند
سلولهای خورشیدی از نوع نیمه رسانا می‌باشند که از سیلیسیوم ساخته می‌شوند. سلول فتوولتائیک از چندین لایه نازک سیلیکون ساخته شده و زمان برخورد نور خورشید الکترون درون سلول جدا می‌شود. با جذب کردن نور، الکترون اتم سیلیکون منحرف شود و حفره مثبت را بر جا گذارد.در واقع وقتی نور خورشید به یک سلول فتوولتاییک می‌تابد، بین دو الکترود منفی و مثبت اختلاف پتانسیل بروز کرده و این امر موجب جاری شدن جریان بین آنها می‌گردد.سلولهای فتوولتائیک یا به اختصار (PV) برای کاربردهای خارج از منزل خود به عنوان سلولهای خورشیدی شناخته شده اند. با این حال ، سلولهای خورشیدی نیز می توانند با برداشتن نور داخل خانه ، انرژی تولید کنند. آنها می توانند با استفاده از لوازم الکترونیکی مصرفی برای تأمین انرژی دستگاههای الکترونیکی کم مصرف ادغام شوند.
انرژی فتوولتائیک برای مصارف مختلفی از جمله کشاورزی، به صورت نیروگاه‌های مستقل از شبکه سراسری یا سیستم‌های متصل به شبکه سراسریبه کار می رود و ساختار و مکانیزم نصب آن می تواند به صورت ثابت و یا متحرک باشد و این امکان را می دهد که در واحدهای کوچک با توان پائین نیز کار کنید. یکی از این موارد می توان به تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز ماشین حساب‌های کوچک تا سیستم‌های بزرگ نیروگاهی اشاره کرد .
امروزه سیستم‌های فتوولتاییک یکی از بیشترین موارد کاربردی انرژی‌های نو می‌باشند و تاکنون سیستم‌های گوناگونی با ظرفیت‌های مختلف (۰.۵ وات تا چند صد مگاوات) در سرتاسر کره زمین نصب و راه اندازی شده است. قابلیت اطمینان و عملکرد این سیستم‌ها باعث شده است که هر روزه بر تعداد متقاضیان آنها افزوده شود و مورد استقبال بیشتری قرار گیرد.
انواع سیستم های فتوولتاییک
دو نوع اصلی از سامانه‌های فتوولتائیک (PV)برای استفاده در ساختمان‌ها وجود دارد:
متصل به شبکه سراسری برق
مستقل از شبکه سراسری برق
هنگامی که امکان اتصال به شبکه برق سراسری وجود نداشته باشد نیاز به یک سیستم منفرد یا مستقل از برق سراسری می‌باشد. در چنین مواردی برای تأمین برق به هنگام شب یا در روزهای ابری و نیز هنگام نیاز به حداکثر مقدار برق نیاز به چند انباره می‌باشد.
اندازه آرایه های فتوولتاییک طوری تنظیم می‌شود که هم بارهای معمول روز هنگام و هم شارژ انباره‌ها را مهار کنند. در یک سامانه متصل به شبکه برق سراسری، برای تغییر جریان مستقیم از آرایه PV به جریان متناوب (AC)با ولتاژ مناسب شبکه نیاز به یک مبدل می‌باشد. باید توجه داشت که در این حالت نیازی به انباره وجود ندارد و بدین ترتیب صرفه جویی قابل توجهی هم در هزینه و هم در نگهداری سامانه، ایجاد خواهد شد.
در سامانه‌های مستقل، الکتریسیته مازادی که در طول روز تولیده شده است برای استفاده در شب یا روزهای تاریک و ابری در انباره‌ها ذخیره می‌گردد.
از آنجا که قیمت مبدل‌ها و سلول‌ها و انباره گران می‌باشد، یک سامانه ترکیبی (هیبریدی) که از نیروی باد استفاده می‌کند اغلب مکمل بسیار عالی برای سامانه فتوولتاییک می‌باشد چرا که نه تنها در طول شب باد می‌وزد بلکه در هوای بد نیز معمولاً باد قابل توجهی وجود دارد. علاوه بر آن در زمستان، زمانی که انرژی خورشیدی کمی برای برداشت وجود دارد هوا معمولاً باد خیزتر از تابستان می‌باشد. با این حال تمام مناطق برای استفاده از نیروی باد مناسب نیستند.
در روش متصل به شبکه برق، انرژی الکتریکی حاصل از سیستم فتوولتائیک (با استفاده از تجهیزات الکتریکی مبدل جریان مستقیم به جریان متناوب، همچون اینورترهای متصل به شبکه) ضمن تغییر شکل و تطبیق سطح ولتاژ و فرکانس انرژی الکتریکی حاصل از سیستم فتوولتاییک، با مشخصات سطح ولتاژ، اختلاف فاز و فرکانس شبکه سراسری به شبکه سراسری برق تزریق می گردد.. با استفاده از نیروگاه های فتوولتاییک متصل به شبکه سراسری بصورت متمرکز و یا غیرمتمرکز از فشار بر روی نیروگاه های سوخت فسیلی در طی روز جلوگیری نمود.
مزیت و ویژگی های انرژی فتوولتاییک
تأمین انرژی موردنیاز با استفاده از منابع تجدید پذیر
نبود نیاز به استفاده از تجهیزات مولد, به طوری که برای تولید انرژی فقط نیاز به نور خورشید دارید که آن هم همیشه در همه جا در دسترس است .
سیستم های فتوولتاییک کارآمد و مقرون به صرفه هستند مقدار انرژی خروجی این سیستم ها با اندازه آن ها رابطه مستقیم دارند یعنی مقدار اندازه آن بر اساس مقدار نیروی مورد نیاز شما انتخاب می شود .
نصب سیستم فتوولتاییک شاید هزینه نصب بالایی داشته باشند ولی پس از نصب هزینه پشتیبانی آن ها کم است .
از آن جهت که این سیستم ها از انرژی های شیمیایی استفاده نمی کنند می توانند کاملا دوست دار محیط زیست هستند و در نتیجه باعث کاهش آلودگی می شود.
اجزای سیستم فتوولتاییک
- پنل های خورشیدی یا سلول های فتوولتاییک (پنل‌های معمول برای یک سیستم خورشیدی خانگی در انواع 90، 200، 250 و 300 واتی می‌باشد.)
- باتری که باتری مناسب سیستم خورشیدی به دو نوع لیتیمی و سرب اسیدی تقسیم می‌شوند.
- مبدل (اینورتر )وسیله ایست که جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) برای مصرف، تبدیل می کند.
- دستگاه کنترل شارژ باتری یا شارژ کنترلر وظیفه شارژ باتری ها را از منبع پنل خورشیدی بر عهده دارد.
- سازه های فلزی یا ساختمانی
کاربرد سیستم های فتوولتاییک چیست ؟
از موارد استفاده از سیستم فتوولتاییک می‌توان به تأمین انرژی الکتریکی ایستگاه های مخابراتی، خانه های مسکونی، چادرهای عشایری، کلبه های روستایی و بصورت کلی رفع نیاز انرژی الکتریکی مناطقی که فاقد شبکه سراسری برق می باشند نام برد. از جمله دیگر موارد کاربرد سلولهای فتوولتاییک عبارتند از: تأمین انرژی مورد نیاز حصارهای الکتریکی، تأمین روشنایی مناطق دور افتاده، سیستم‌های مخابراتی از راه دور، پمپاژ کردن آب، سیستم‌های تصفیه آب، تأمین انرژی مصرفی وسایلی مانند ماشین حساب، ساعت و اسباب‌بازی‌ها، سیستم‌های اضطراری، یخچال‌های نگهداری واکسن و خون برای مناطق دورافتاده، سیستم‌های تهویه استخرها، ماهواره‌ها ، تجهیزات فضایی و یا راه اندازی بهینه سازی دیتاسنترهای سبز.
بزرگترین نیروگاه‌های خورشیدی جهان
یکی از بزرگترین مزارع خورشیدی جهان پارک خورشیدی پاواگادا هند است. این پارک با مساحتی بیش از ۱۳هزار هکتار (53 کیلومتر) یکی از بزرگترین منابع تولید برق خورشیدی در جهان است.
علت انتخاب این ناحیه، کم بارش بودن، تابش زیاد نور خورشید و منطقه وسیعی است که در اختیار قرار می‌دهد. ظرفیت تولید انرژی کل این پارک برابر با دو هزار مگاوات انرژی است که البته در حال حاضر هنوز به کل این میزان دست نیافته است.
همچنین پارک خورشیدی تنگر در استان “نینگ‌شیا” در ژونگوی چین با 43 کیلومتر مربع مساحت توانایی تولید یک‌هزار و ۵۴۷ مگاوات انرژی را دارد و در حال حاضر بزرگترین کارخانه فتوولتائیک جهان از نظر اندازه و تولید نیرو به حساب می‌آید.این میزان به نظر چندان بزرگ نمی‌رسد، اما در واقع بیش از 10 برابر بزرگ‌تر از پارک مرکزی نیویورک است و قادر به تولید 1.5 گیگاوات انرژی است که آن را قابل رقابت با قوی‌ترین نیروگاه‌های هسته‌ای می‌کند.
بزرگترین تأسیسات خورشیدی در حال ساخت جهان هم متعلق است به پارک خورشیدی محمد بن راشد المکتوم در امارات متحده عربی .مساحت این سایت 77 کیلومتر مربع است و پیش بینی شده است خروجی آن تا 5،000 گیگاوات تا سال 2030 برسد.
این پارک خورشیدی پیشرفت‌هایی را پیش‌بینی کرده است که انتظار می‌رود تا سال 2021، 1000 مگاوات و تا سال 2030 میلادی به میزان 5000 مگاوات افزایش یابد.
