به پدیده ای كه در اثر آن انرژی تابشی به انرژی الكتریكی تبدیل شود را پدیده فتوولتائیك نامند. در واقع این پدیده از فرضیه ذره ای بودن انرژی تابشی بنا نهاده شده است . هر سیستمی نیز كه از این خاصیت استفاده نماید را سیستم فنوولتائیك گویند. این مطلب در شكل زیر نشان داده شده است . سیستم فتوولتائیك انرژی موجود در نور خورشید را توسط سلولهای خورشیدی مستقیماٌ به برق از نوع DC تبدیل می كند. با استفاده از برق حاصله و بهره جویی از تجهیزات الكتریكی و الكترونیكی موجود ، می توان انرژی كلیه بارهای DC و AC را تامین نمود .

 

به پدیده ای كه در اثر آن انرژی تابشی به انرژی الكتریكی تبدیل شود را پدیده فتوولتائیك نامند. در واقع این پدیده از فرضیه ذره ای بودن انرژی تابشی بنا نهاده شده است . هر سیستمی نیز كه از این خاصیت استفاده نماید را سیستم فنوولتائیك گویند. این مطلب در شكل زیر نشان داده شده است . سیستم فتوولتائیك انرژی موجود در نور خورشید را توسط سلولهای خورشیدی مستقیماٌ به برق از نوع DC تبدیل می كند. با استفاده از برق حاصله و بهره جویی از تجهیزات الكتریكی و الكترونیكی موجود ، می توان انرژی كلیه بارهای DC و AC را تامین نمود .

 

 

 

سیستم های مبتنی بر پنل های خورشیدی اصطلاحاً سیستم های فتوولتائیک نامیده می شوند. اجزای اصلی یک سیستم فتوولتائیک به طور کلی از موارد زیر تشکیل شده است.

 

سیستم های فتوولتائیک از لحاظ اتصال به شبکه دارای دو نوع متصل به شبکه ( on-grid ) و جدا از شبکه ( off- grid ) میباشند. سیستم های جدا از شبکه بیشتر در مناطق دور از خطوط نیرو و یا به عنوان برق اضطراری در مکان های حساس به کار رفته و دارای یک مجموعه باتری جهت ذخیره انرژی الکتریکی میباشند .

 

از طرف دیگر سیستم های متصل به شبکه به طور عمده در مناطق شهری و صنعتی کاربرد داشته و معمولا دارای حجم باتری بسیار جهت ذخیره برق یا بدون باتری میباشند و به همین دلیل هزینه نصب آنها کمتر از سیستم های جدا از شبکه است ضمن اینکه مشکل استهلاک و نگهداری از باتری در آنها به طور قابل ملاحظه ای کمتر است.

در سیستم های متصل به شبکه معمولا مصرف کننده طراحی سیستم به گونه ای است که پنل در طول روز آفتابی بیش از انرژی مورد نیاز خود سیستم انرژی تولید نموده و انرژی مازاد تولید شده را به شبکه تزریق مینماید. با توجه به اینکه تعرفه برق تولید شده توسط انرژی های تجدید بیشتر از تعرفه برق شهری است میزان صرفه جویی ریالی سیستم قابل ملاحظه و برای برخی موارد درآمدزا می باشد. سیستم های کوچک و بدون باتری در طول شب انرژی خود را از شبکه تامین می کنند.

استفاده از سیستم های فتوولتائیک به طور کلی دارای مزایای فراوانی است که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره نمود:

1-   عدم ایجاد آلودگی و آلودگی صوتی برای تولید برق بر خلاف سیستم های مبتنی بر سوخت فسیلی

2-   طول عمر مفید بالا ( بیش از 15 سال) و دوره سرویس طولانی ( هر سال یک یا دو بار شستشو و باربینی)

3-   سرعت نصب و بهره برداری بالا و عدم نیاز به تاسیسات زیاد جهت نصب

4-   هزینه جاری بسیار ناچیز و عدم نیاز به هیچ نوع مواد مصرفی

5-   قابل نصب در فضاهای بی استفاده مانند پشت بام ها و نمای ساختمان ها و زمین های بایر

 

3- معرفی اجزاء سیستم های فتوولتائیک:

سیستم فتوولتائیک دارای چند جزء اصلی است که هر یک در این بخش به طور جداگانه معرفی میگردند:

 

الف- پانل خورشیدی:

 

پانلهای خورشیدی آرایه های بزرگی از دیود های نیمه هادی هستند به صورت سری و موازی به هم متصل شده اند.این دیودها به شکلی ساخته شده اند که محل پیوند PN آنها در معرض تابش نور خورشید قرار بگیرد و ترکیبات نیمه هادی های آنها به صورتی بهینه شده که در ازاء برخورد فوتونهای نور خورشید به پیوند آنها بیشترین مقدار الکترون را آزاد نموده و به این صورت الکتریسیته تولید کنند.

 

در گذشته این پانل ها با بازده 2 درصد و قیمت بالا موجود بودند ولی امروزه پنل ها با بازده حدود 10 درصد و قیمتی بسیار کمتر از گذشته قابل خریداری برای همگان می باشند. تنوع برندها بسیار زیاد شده است و در سایزها و توان های مختلف تولید می شوند.

پانل ها یا همان سل های خورشیدی به طور کلی به دو دسته تقسیم می شوند:

1- Crystalline: که به دو نوع mono crystalline و poly crystalline تقسیم می شود. این سل ها از نیمه هادی سیلیکون در دمای 1800 تا 1900 درجه سانتیگراد ساخته می شوند.

    2- thin-layer : این سل ها از لایه های باریک نیمه هادی و یک عایق زیر لایه که عمدتا شیشه است ساخته میشود. دمای ساخت این سل ها پایین تر است، در حدود 200 تا 600 درجه سانتیگراد.

   

ب- باتریها:

 

باتریهای که در سیستم های خورشیدی استفاده می شوند به طور کلی به سه نوع تقسیم می شوند.

 

1- Flooded   Lead   Acid     

این نوع باتری، همان باتری تر است که در گذشته بیشتر استفاده می شد هم در بعضی سیستم های خورشیدی به کار می رود چون از دیگر انواع ارزانتر است و عمر مفید بیشتری هم دارد ولی نیاز به رسیدگی دارد و چند مدت یکبار باید به آنها آب اضافه شود و گاز قابل اشتعال خطرناکی هم تولید می کند.

2- ( AGM )  Absorbed   Glass  Mat   Sealed   Acid

مصرف این نوع باتری به علت ارزان شدن و عدم نیاز به نگهداری روز به روز بیشتر می شود و امروزه در اکثر سیستم های خورشیدی به کار می رود. این باتریها کاملا بسته اند، باز نمی شوند، دارای هیچ نوع دریچه قابل باز شدن نمیباشند و نیاز به اضافه کردن آب ندارند و گاز هم تولید نمی کنند. تلفات درونی آنها هنگام عدم مصرف زیر 2 درصد است.

3-  Gelled   Electrolyte   Sealed   Acid

این ئنوع باتری مانند AGM کیپ بسته و راحت قابل حمل است و بسیاری از خواص باتری تر را هم دارد ولی به شدت گاز تولید می کند و چون بسته است گاز دوباره داخل باتری ترکیب می شود و عمر باتری کم می شود در نتیجه این باتری در سیستم هایی که با جریان پایین شارژ و دشارژ می شوند قابل استفاده است.

  

ج- کنترل شارژ:

 

هنگامی که در سیستم باتری وجود داشته باشد نیاز به ابزاری به نام کنترل شارژ است. کنترل شارژ با اندازه گیری پارامترهای باتری مشخص می کند که باتری در چه مرحله ای از شارژ ( state  of  charge ) قرار دارد، از شارژ بیش از حد ( overcharge ) باتری و دشارژ کامل ( deep   discharge ) آن جلوگیری میکند.

عدم استفاده از آن باعث کوتاه شدن عمر باتری می شود. یک کنترل شارژر خوب دارای خواص زیر است:

 

1-   از دشارژ باتری از طریق پنل در شب جلوگیری می کند.

2-  قطع باتری از مدار هنگامی که ولتاژ باتری از حدی پایین تر که اصطلاحاً                                    low – voltage disconnect گفته می شود تا بدین وسیله 20 تا 30 درصد از شارژ باتری همیشه باقی بماند و کامل خالی شدن باتری بسیار از عمر باتری کم می کند.

3-  نمایشگر ( display ) جهت نشان دادن وضعیت شارژ و وضعیت کلی سیستم مانند توان تولیدی پنل و توان مصرفی بار و ...

4-   قطع مدار در صورت جریان بیش از حد

5-   شارژ باتری با در نظر گرفتن اثر دما

6-   شارژ باتری با پالس PWM با فرکانس بالا که مانع سولفاته شدن باتری شده و بهره شارژ را میافزاید.

 

د- اینورتر:

 

 

اینورتر مبدل جریان مستقیم به متناوب است و شامل  دو نوع متصل به شبكه و جدا از شبكه می باشد .در نوع  متصل به شبکه ( on – grid) جریانی هم فاز و هم فرکانس با شبکه که قابل تزریق به شبکه باشد تولید میکند و جدا از شبکه ( off – grid) که دارای ساختاری ساده تر است . برخی از اینورترهای جدا از شبکه کنترل شارژ هم میباشند و ورودی برق متناوب ( دیزل ژنراتور) د ارند. در کل شرکت های سازنده مختلفی انواع گوناگونی را به بازار عرضه کرده اند.

 

 

 

 

ة- لامپهای کم مصرف LED :

 

لامپهای پردوام ( از نوع LED) بدلیل پایین بودن مصرف برق و عمر بالا و همچنین ماهیت نورها آن ( کاملاً سفید بوده و بالا بودن پارامترهای نوری آنها) از کیفیت بالایی نسبت به لامپهای بخار سدیم برخوردارند و نیز بدلیل خیرگی پایین آنها، استفاده از آنها نه تنها کاهش مصرف برق را به دنبال داشته، بلکه کاهش تصادفات جاده و کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری را نیز بهمراه دارد.

در ادامه خلاصه ای از مزایا و خواص این گونه لامپها آمده است.

 

کارکرد و خواص:

(1)                        طراحی نورسنجی فوق العاده اولین سیستم نوری خاص جهان ( (لنزی با تمرکز نوری مستطیلی):

کنترل معقول توزیع نور، الگوی  نوری متمرکز بر یک مستطیل، اطمینان از یکنواختی ایده آل روشنایی روی سطح جاده، حذف خیرگی و نگاه داشتن کارایی نوری LED در یک سطح بالا، بدون هیچ آلودگی نوری .

(2)          طراحی یک پارچه منحصر به فرد لنز و حباب لامپ: آرایه لنزها نقش نوری محافظت کننده و متمرکز بازی می کند، از انتشار بیهوده نور جلوگیری کرده و اتلاف نور را کم می کند، به علاوه وزن محصول را کاهش داده و امکان استفاده از یک سازه ساده را فراهم می کند، تا محصول را در بهترین حالت نگه دارد.

(3)          طراحی خلاقانه یکپارچگی تشعشع کننده و نگه دارنده لامپ: کاملا از عمر LED و ملزومات اتلاف گرما حفاظت می کند.

(4)          طراحی حرارتی بدنه – مدولار ، منحصر به فرد ، دارای اجزای جدا شدنی با ترکیب ساده و راحت: مدولهای نوری با بدنه های کامپوزیت های و ترکیب اجزای دینامیک، به صورت ساده و مناسب نصب میگردد. با سادگی، در باز کردن و تعمیر و نگهداری ، هزینه را کاهش داده و کار را بسیار آسان کرده است.

(5)                        ظاهری برتر: با کاهش مقاومت در برابر باد و وزن مناسب، فشار تیر را می کاهد تا ایمنی افزایش یابد .

(6)          کنترل جریان هوشمند ، به جریان دقیقاً ثابت منجر می شود : هر مدول LED می تواند کنترل جریان هوشمند داشته باشد تا هر قدر شبکه جریان ، نوسان داشته باشد ، رسیدن به جریان دقیقا ثابت ممکن باشد و این اطمینان حاصل شود که LED تحت جریانی ایمن کار می کند.

(7)          بدون خیرگی مضر : حذف خیرگی ایجاد شده که در لامپ های معمولی موجود است ، تداخلات دید ناشی از خستگی چشم را حذف می کند ، ایمنی رانندگی را افزایش داده و افزایش حوادث رانندگی جلوگیری می کند . روحیه « تکنولوژی در خدمت مردم» در این محصول کاملا مجسم می شود .

(8)                        بدون آلودگی نوری : توزیع روشنایی کاملا کنترل شده است و نوری را به بیرون از محدوده درخواستی نمی دهد.

(9)          بدون ولتاژ بالا ، بدون جذب سطحی گرد و خاک : احتمال جذب گرد و خاک را به وسیله کاهش ولتاژ حذف کرده که این گرد و خاک معمولا باعث تیره شدن حباب لامپ  و کاهش روشنایی می شود .

(10)        کار در دمای پایین ، بدون زرد کردن حباب لامپ در مدت طولانی : با توجه به گرم نشدن محفظه بر خلاف لامپ های سنتی قاب زرد نشده ، عمر مورد انتظار کوتاه نمی شود و روشنایی کاهش نمی یابد .

(11)        رنج بالای ولتاژ کاری : محدوده ولتاژ کاری چراغ های سدیم سنتی حدود %7 است که عمر و روشنایی را کم می کند ، در حالی که محدوده ولتاژ کاری چراغ های خیابانی LED حتی در حدود % 20 است که عمر و روشنایی را ثابت نگاه می دارد .

(12)        روشن شدن بدون تاخیر : بدون تاخیر به روشنایی معمولی می رسد و پروسه طولانی شروع روشنایی سنتی تونل ها و جاده ها را حذف می کند .

(13)        بدون سوسو کردن : خستگی بینایی که توسط روشن و خاموش شدن های لامپ های سنتی تونل ها ایجاد می شود را حذف می کند .

(14)        مقاوم در برابر ضربه ، عایق شوک ، بدون تشعشع ماوراء بنفش ( UV) و مادون قرمز ( IR) : نداشتن هیچ رشته و فریم شیشه ای ، برخلاف لامپ های سنتی  قابل شکستن نبوده و ضرری برای بدن انسان ندارد .

(15)        شاخص رنگ بالا ، رنگ آمیزی خوب : رنگ های واقعی را نشان داده و قابلیت شناسایی روشن تر و بهتر را می زدهد ( به علت بالا بودن پارامتر CRI آنها نسبت به لامپهای سنتی ) .

(16)        انتخاب دماهای رنگی مختلف : دمای رنگی که در موقعیت های مختلف نیاز می باشد را برطرف کرده و دمای رنگ کم لامپهای سدیم که باعث حالت افسردگی می شود را حذف می کند و مشاهده کنندگان احساس راحتی بیشتری می کنند .

(17)        ذخیره انرژیز زیاد : استفاده از توان بسیار بالا ، منبع نوری LED با روشنایی بالا ، همراه با منبع تغذیه با بازده بالا ، که می تواند نسبت به لامپهای معمولی سدیم و جیوه ، 50 تا 80% انرژی را ذخیره کرد .

(18)        عمر طولانی ، تا 50000 ساعت : ( با 10 ساعت کار در روز ، می تواند بیش از 13 سال کار کند ) ، که معادل 5 تا 10 برابر عمر کاری لامپ های سنتی سدیم یا جیوه می باشد .

(19)                  دوست محیط زیست :بدون سرب ، بدون جیوه ، بدون هیچ آلودگی محیط زیست.

(20)        ولتاژ کاری جهانی : محدوده ولتاژ ورودی 85 تا 264 ولت ، با تکنولوژی PWM جریان – ثابت با دقت بالا ، بازده بالا ، گرمای کم.

(21)        بدون آلودگی برای شبکه : فاکتور کیفیت توانکاربرد EMI با شاخص جهانی ، اتلاف توان و خطوط انتقال را کاهش داده و از آلودگی شبکه توسط تداخل فرکانس های بالا جلوگیری می کند.

(22)        در ولتاژ کم و گرمای کم ، ایمن و قابل اطمینان کار می کند : دمای نقطه اتصال LED می تواند در یک دمای ایده آل کنترل شود.

(23)        ترکیب عالی با انرژی خورشیدی : با توجه به ولتاژ کاری پایین LED و کار در محیط خارجی ، الکتریسیته و انرژی خورشیدی نیز می توانند با به بهترین کارایی و قابلیت اعتماد بالا برای مشتریان ترکیب شوند .

(24)          کارایی نوری بالا : کارایی نوری LED در شرایط حاضر بیشتر از 80 لومن برهر وات است و با افزایش سریع تکنولوژی LED ، توان مصرفی روشنایی نیز بیشتر از این کاهش می یابد و بازده کاهش در مصرف انرژی به روشنی آشکار خواهد گشت .