پنل خورشیدی

حتماً تاکنون بر روی سقف برخی ساختمان ها و یا در تصاویر ماهواره ها، پنل های خورشیدی را ملاحظه کرده اید. این پنل خورشیدی ، از ماژول های خورشیدی و آنها نیز از سلول های خورشیدی تشکیل شده اند. یک سلول خورشیدی، قطعه ی فتوولتاییک ای است که با دریافت انرژی نورانی از خورشید ( و نه حرارت و گرمای آن)، از خود اختلاف پتانسیل الکتریکی اندک بروز داده و مبتنی بر همین اختلاف پتانسیل، جریان الکتریکی اندکی را مادام بر تامین نور، گسیل می کند.

از به هم پیوستن و اتصالات سری – موازی این سلول های خورشیدی، ماژول های خورشیدی حاصل می شود که از لحاظ ولتاژ و جریان، قابل تامل بوده و هر یک به تنهایی می توانند عمل کنند. اما توان الکتریکی تامین شده توسط یک ماژول خورشیدی کافی نبوده و عموما نیاز به آرایه ای منظم و متصل از ماژول های خورشیدی در قالب یک سیستم پنل خورشیدی وجود دارد.

یک سیستم پنل خورشیدی ، به جز آرایه هایی از ماژول های خورشیدی، به میتر یا کنتور های الکتریکی، باتری ها، اینورترها، کنترل کننده ی شارژ، جعبه فیوز، ایزولاتور های AC و DC و هوزینگ (کیسینگ) مجهز است. همچنین می تواند دارای ردیاب خورشید یا sun tracker باشند تا بیشینه ی انرژی نورانی دریافتی تحقق یافته و در تمام ساعات روز و تمام ماه های سال، مستقل از زاویه نسبی استاتیک بین ساختمان و خورشید، زاویه ی دینامیکی تطبیقی به دست آید.

در ادامه نقش هر یک از این اجزاء به اختصار تشریح می گردند. هر کاربر برای اطلاع از میزان برق تولیدی خورشیدی، میزان برق مصرفی یا میزان برق اشتراک گذاشته شده با شبکه برق سراسری، نیاز به ابزار اندازه گیری دارد.

این ابزار اندازه گیری کنتور یا میتر نام دارد. برق خروجی سلول فتو ولتاییک یا پنل خورشیدی، DC است. این مقادیر DC در آرایش آرایه ای به هم متصل، مقدار قابل قبولی در ولتاژ و جریان را حاصل می کنند و  می توانند در اختیار یک مدار کنترل کننده ی شارژ باتری قرار بگیرند. کنترل کننده ی شارژ مادامی که باتری نیاز به شارژ الکتریکی داشته باشد، توان لازم را به آن تزریق نموده و در پایان، اتصال باتری به منبع انرژی شارژ کننده را قطع می کند تا با عبور دائمی جریان نشتی، عمر مفید باتری و ترکیبات شیمیایی موجود، کاهش نیابد

. پس تاکنون با در اختیار داشتن پنل خورشیدی ، باتری و کنترل کننده ی شارژ، باتری شارژ شده ای با ولتاژ DC عموما 12 یا 24 یا 96 ولت، داریم. اما این باتری هم DC است و قابلیت روشن کردن تجهیزات برقی که عمدتا AC هستند را ندارد؛ و هم ولتاژ پایینی دارد.

لذا استفاده از یک اینورتر یا معکوس کننده برای تبدیل ولتاژ DC به AC مورد نیاز خواهد بود. اکنون مستقل از ساعت شبانه روز و بودن یا نبودن خورشید، به دلیل شارژ بودن باتری، خروجی AC با ولتاژ تنظیم و رگوله شده در اختیار است که به غیر از سرمایه گذاری اولیه، هیچ هزینه ی دیگری ندارد.

از سوی دیگر هیچ آلودگی برای طبیعت به همراه ندارد. شایان ذکر است برای شارژ باتری نیازی به وجود صریح خورشید نیست و بودن خورشید در پس ابر نیز کفایت می کند. تبعاً به جعبه فیوز و هوزینگ برای سیستم نیاز هست. ایزولاتورها نیز سبب می شوند مقادیر ولتاژ های DC و AC کاملا از یکدیگر جدا شده و بایاس DC برای تجهیزات برقی باقی نماند.

در شکل زیر، به رغم همجواری با شبکه برق، از پنل خورشیدی استفاده شده است و سبب گردیده صرفه جویی به سزایی در قبض برق حاصل شود.

پنل خورشیدی و نصب بهینه

با پیشرفت تکنولوژی پنل خورشیدی ، تمام توجهات معطوف به تولید فیلم نازک یا سلول فتو ولتاییک سیلیکونی نیست، بلکه بخشی از فناوری معطوف به نکات یصری و زیبایی سنجی و مکانیسم های نصب است. به گونه ای که با حداقل تداخل رنگ یا شکل یا ابعاد، پنل های خورشیدی به سادگی و استحکام بر روی مانتینگ های متناسب قابل نصب باشند.

در شکل زیر، به ادبیات دیگری توپولوژی و بلوک دیاگرام پنل خورشیدی ترسیم شده است. انرژی نورانی خورشید بر روی بام به پنل خورشیدی می رسد. سپس با استفاده از کلید فیوز، جریان برق DC به ابزار اندازه گیری یا کنتور یا میتر می رسد و سپس باتری ها را شارژ می کند.

با استفاده از کنترل کننده ی شارژ و کنتور مصرف، اینورتر تغذیه شده و خروجی آن، به صورت AC رگوله شده مهیا خواهد بود. چنانچه برق تولید شده مورد نیاز مصرف خانگی نباشد، قابلیت اتصال به شبکه برق سراسری و فروش به شبکه وجود دارد.

در شکل زیر به صورت جزء به کل، تجهیزات و اجزای یک سیستم پنل خورشیدی نمایش داده شده است. همه چیز از یک سلول خورشیدی متکی بر خود و واحد شروع می شود. این سلول ها در کنار هم ماژول و ماژول ها در کنار هم یک پنل خورشیدی را می سازد. با آرایه شدن پنل های خورشیدی – که هر یک به تنهایی کار می کنند – توان مورد نیاز و آمپراژ مورد دیماند در باتری ها تامین می شود. خروجی پنل ها به صورت DC به کنترل کننده ی شارژ می رود تا باتری ها را شارژ کنند.

توان ذخیره شده در باتری به اینورتر می رود تا پس از عبور از کنتور و جعبه فیوز، لود الکتریکی را با برق ac تغذیه نماید. در صورت عدم نیاز به انرژی الکتریکی در لود خانگی، برق خورشیدی به شبکه سراسری برق فروخته می شود.

پنل خورشیدی و ردیاب های هوشمند

در برخی کاربردها، به خصوص کاربردهای صنعتی، پنل های خورشیدی به صورت آرایه های به هم متصل وسیع، روی پلتفرم عای دو درجه آزادی نصب شده و این مکانیسم های ردیاب یا ردگیر، در دو جهت pitch و yaw قابلیت ردگیری خواهند داشت. این ردیابی یا به صورت حلقه باز و توسط کاربر بوده به گونه ای که به صورت برون خط، بهترین زاویه نشانه روی توسط پنل اتخاد می گردد؛ یا به صورت برخط و حلقه بسته و با استفاده از رویکردهایی مانند step tracking در لحظه و بلادرنگ بهترین زاویه را ایجاد می نمایند.

یادآور می گردد در ساعات مختلف روز و ایام مختلف سال، زاویه نسبی Line of Sight پنل خورشیدی و پرتو های دریافتی از خورشید ثابت نیست. لذا ردیابی در پنل های خورشیدی بازده و راندمان را افزایش می دهد. هر چند در کاربردهای خانگی و کسب و کارهای کوچک، حتی بدون هم محوری و زاویه بهینه و حتی در شرایط خورشید پشت ابر، فرایند شارژ باتری صورت می پذیرد و الزامی بر ردیابی وجود ندارد.

ردیابی پنل های خورشیدی گرمایی، که الزاما بایستی بیشترین حرارت دریافتی از خورشید را در فاصله ی کانونی خود تجمیع کنند تا مسبب افزایش حرارت روغن واسط و سپس در اکسچنجر مسبب تبخیر آب گردند، ضروری است. اما در سلول فتو ولتاییک، صرفا در حد افزایش بازده و راندمان موثر است.

پنل خورشیدی و ماهواره ها

گمان نرود تنها کاربرد سلول های فتو ولتاییک و پنل های خورشیدی، استفاده در ویلاهای دور از دسترس شبکه ی برق یا به منظور صرفه جویی و حسن استفاده از انرژی های تجدید پذیر به عنوان یک Option یا انتخاب می باشد. یک کاربرد منحصر به فرد وجود دارد که تقریبا گزینه ای جز سلول های فتو ولتاییک و پنل خورشیدی وجود ندارد.

این کاربرد همانا ماهواره هایی است کهه در روی مدار مستقر شده و برای تامین انرژی خود، به منبع لایزال خورشیدی نیاز دارند. موتور راکت پیشران، ماهواره را به مدار خود می رساند و از آن پس، بعد از جدایش پیشرانش سوخت جامد یا مایع، تنها انرژی قابل استفاده، برق تولیدی از انرژی خورشیدی است.

لذا عموما سطح بیرونی ماهواره ها با این پنل های خورشیدی پوشانده می شود و چون بازده مهم می شود، بخشی از برق تولیدی صرف ردیابی و جهت گیری بهینه ی پنل ها خواهد شد. لازم به ذکر است علاقه مندان می توانند موضوع Xips را به عنوان یک پیشرانش درون مداری برای جابجایی های اندک ماهواره روی مدار جستجو نمایند تا واضح شود پنل های خورشیدی چه سهم بزرگی در تامین انرژی مورد نیاز ماهواره دارند.