ترکیب و اصل سیستم تامین برق خورشیدی
1) پنل های فتوولتائیک: نیروی اصلی تبدیل انرژی نور
پنل های فتوولتائیک در سیستم تامین برق خورشیدی معمولاً از سیلیکون تک کریستالی، سیلیکون پلی کریستالی، سیلیکون آمورف، آرسنید گالیم، سلنید گالیم ایندیم مس و غیره ساخته می شوند. به عنوان مثال، سیلیکون تک کریستالی یک کریستال منفرد از سیلیکون با ساختار شبکه ای اساساً کامل است. این یک ماده نیمه هادی خوب با راندمان تبدیل فوتوالکتریک نسبتاً بالا است که می تواند به حدود 24٪ برسد. فرآیند تولید سیلیکون پلی کریستالی مشابه سیلیکون تک کریستالی است، اما راندمان تبدیل فوتوالکتریک کمی کمتر است. سیلیکون آمورف متعلق به سیلیکون آمورف است که میکروکریستال های قهوه ای-سیاه یا خاکستری-سیاه با خلوص کم است، اما عملکرد نور ضعیف خوبی دارد. آرسنید گالیم نیز در پنل های فتوولتائیک به عنوان یک ماده نیمه هادی مهم استفاده می شود. سلنید گالیم ایندیم مس بیشتر در سلول های خورشیدی فیلم نازک مرکب مانند سلول های خورشیدی نسل دوم استفاده می شود.
در عین حال، اغلب یک پوشش ویژه روی سطح پنل های فتوولتائیک وجود دارد که برای کاهش انعکاس نور خورشید، جذب حداکثر انرژی نور و بهبود راندمان استفاده از انرژی نور استفاده می شود. هنگامی که در معرض نور خورشید قرار می گیرند، مواد نیمه هادی در پنل های فتوولتائیک نقش کلیدی ایفا می کنند. به عنوان مثال، پنل های فتوولتائیک ساخته شده از مواد سیلیکونی، هنگامی که انرژی فوتون در نور خورشید بر روی نیمه هادی می تابد، الکترون ها را در نیمه هادی تحریک می کند و باعث می شود از باند ظرفیت به باند هدایت بپرند و در نتیجه جفت های الکترون-حفره ایجاد می شود. تحت تأثیر میدان الکتریکی داخلی نیمه هادی، الکترون ها و حفره ها به ترتیب به دو انتها حرکت می کنند و در نتیجه یک نیروی محرکه الکتریکی ناشی از نور ایجاد می شود. تا زمانی که مدار خارجی به دو انتهای پنل فتوولتائیک متصل شود، می تواند جریان تولید کند، نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل کند و منبع تغذیه ای برای کل سیستم تامین برق خورشیدی فراهم کند.
2) باتری: "انبار ذخیره" انرژی الکتریکی
باتری ها نقش بسیار مهمی در سیستم تامین برق خورشیدی ایفا می کنند و می توانند "انبار ذخیره" انرژی الکتریکی نامیده شوند. هنگامی که نور خورشید کافی وجود دارد، برق تولید شده توسط پنل های فتوولتائیک نه تنها برای بار فعلی استفاده می شود، بلکه برق اضافی نیز دارد. در این زمان، باتری شروع به ایفای عملکرد ذخیره سازی خود می کند و این برق اضافی را ذخیره می کند. هنگامی که نور خورشید کافی وجود ندارد، مانند روزهای ابری یا شب ها، زمانی که پنل های فتوولتائیک نمی توانند برق کافی تولید کنند یا حتی نمی توانند برق تولید کنند، باتری برق ذخیره شده قبلی را آزاد می کند تا اطمینان حاصل شود که سیستم می تواند به طور مداوم و پایدار برق را به بار تامین کند، به طوری که کل سیستم تامین برق خورشیدی به دلیل تغییر در شرایط روشنایی، وضعیت ناپایداری مانند قطع برق را تجربه نخواهد کرد و عملکرد پایدار سیستم را حفظ می کند.
3) کنترلر: "خدمتکار هوشمند" عملکرد سیستم
کنترلر "خدمتکار هوشمند" سیستم تامین برق خورشیدی است. این ولتاژ و جریان خروجی پنل خورشیدی را در همه زمان ها نظارت می کند. از یک طرف، می تواند توزیع و ذخیره انرژی الکتریکی را به طور هوشمندانه تنظیم کند. به عنوان مثال، با توجه به وضعیت برق باتری، می تواند به طور منطقی فرآیند شارژ پنل خورشیدی به باتری را کنترل کند. هنگامی که باتری تقریباً پر است، کنترلر جریان شارژ و سایر پارامترها را تنظیم می کند تا از شارژ بیش از حد جلوگیری شود. هنگامی که باتری نیاز به تخلیه برای تامین برق بار دارد، همچنین خروجی برق را با توجه به تقاضای واقعی برق بار به دقت کنترل می کند.
از طرف دیگر، کنترلر دارای انواع عملکردهای حفاظتی برای اطمینان از ایمنی و پایداری سیستم است. عملکردهایی مانند حفاظت الکتریکی می توانند از آسیب دیدن سیستم به دلیل جریان و ولتاژ غیرعادی در مدار جلوگیری کنند. عملکرد حفاظت از اتصال معکوس، چه پنل فتوولتائیک باشد و چه باتری، اگر خطایی در سیم کشی قطبیت معکوس وجود داشته باشد، کنترلر می تواند اطمینان حاصل کند که آسیب نمی بیند و پس از اصلاح سیم کشی می تواند به طور معمول به کار خود ادامه دهد. عملکرد حفاظت از اتصال کوتاه، هنگامی که اتصال کوتاه در مدار رخ می دهد، کنترلر مدار را به موقع قطع می کند تا از یک سری خطرات ایمنی ناشی از اتصال کوتاه جلوگیری شود. همچنین حفاظت از جریان بیش از حد، حفاظت از شارژ بیش از حد، حفاظت از تخلیه بیش از حد و غیره وجود دارد. شارژ بیش از حد ممکن است الکترولیت موجود در باتری را تبخیر کرده و باعث از کار افتادن آن شود، تخلیه بیش از حد باتری باعث خرابی زودرس باتری می شود و شارژ و تخلیه بیش از حد ممکن است به بار آسیب برساند. از طریق این عملکردهای حفاظتی، کنترلر از عملکرد عادی سیستم تامین برق خورشیدی در همه جهات محافظت می کند، به طوری که می تواند برای مدت طولانی به طور پایدار کار کند.
IV) اینورتر و بار: تبدیل توان و ترمینال مصرف
عملکرد اصلی اینورتر تبدیل توان DC به توان AC برای استفاده توسط بار است. به طور خاص، پنل های خورشیدی توان DC تولید می کنند، اما بیشتر برق مورد استفاده در زندگی روزمره ما و بسیاری از سناریوهای صنعتی و تجاری، توان AC است. اینورتر دارای یک مدار اینورتر پیچیده و ساختارهای دیگر است. با در نظر گرفتن اینورتر کاملاً کنترل شده به عنوان مثال، عنصر AC آن از لوله IGBT استفاده می کند و هدایت یا قطع لوله IGBT توسط مدولاسیون عرض پالس PWM کنترل می شود. هنگامی که منبع تغذیه DC متصل می شود، امواج مربعی متناوب مثبت و منفی بر روی سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور از طریق ترکیبات مختلف هدایت و قطع لوله IGBT تشکیل می شوند. با کمک فیلتر AC LC، انتهای خروجی در نهایت یک ولتاژ AC سینوسی تشکیل می دهد و در نتیجه تبدیل از DC به AC را کامل می کند.
بار، کاربر انرژی الکتریکی و ترمینال مصرف انرژی الکتریکی کل سیستم تامین برق خورشیدی است. می تواند انواع تجهیزات الکتریکی باشد، مانند چراغ های برقی، تلویزیون ها، یخچال ها و سایر لوازم برقی در خانه، موتورها و تجهیزات تولید در صنعت، تجهیزات روشنایی و نمایشگر در مکان های تجاری و غیره. این بارها برای تحقق عملکردهای مربوطه خود به جریان متناوب تبدیل شده توسط اینورتر متکی هستند، مانند چراغ های برقی برای تحقق عملکردهای روشنایی، موتورها برای به حرکت درآوردن ماشین ها و غیره. بارهای مختلف انرژی الکتریکی را با توجه به نیازهای واقعی مصرف می کنند و با هم پیوند مصرف انرژی الکتریکی سیستم تامین برق خورشیدی را تشکیل می دهند.
ترکیب و اصل سیستم تامین برق خورشیدی
1) پنل های فتوولتائیک: نیروی اصلی تبدیل انرژی نور
پنل های فتوولتائیک در سیستم تامین برق خورشیدی معمولاً از سیلیکون تک کریستالی، سیلیکون پلی کریستالی، سیلیکون آمورف، آرسنید گالیم، سلنید گالیم ایندیم مس و غیره ساخته می شوند. به عنوان مثال، سیلیکون تک کریستالی یک کریستال منفرد از سیلیکون با ساختار شبکه ای اساساً کامل است. این یک ماده نیمه هادی خوب با راندمان تبدیل فوتوالکتریک نسبتاً بالا است که می تواند به حدود 24٪ برسد. فرآیند تولید سیلیکون پلی کریستالی مشابه سیلیکون تک کریستالی است، اما راندمان تبدیل فوتوالکتریک کمی کمتر است. سیلیکون آمورف متعلق به سیلیکون آمورف است که میکروکریستال های قهوه ای-سیاه یا خاکستری-سیاه با خلوص کم است، اما عملکرد نور ضعیف خوبی دارد. آرسنید گالیم نیز در پنل های فتوولتائیک به عنوان یک ماده نیمه هادی مهم استفاده می شود. سلنید گالیم ایندیم مس بیشتر در سلول های خورشیدی فیلم نازک مرکب مانند سلول های خورشیدی نسل دوم استفاده می شود.
در عین حال، اغلب یک پوشش ویژه روی سطح پنل های فتوولتائیک وجود دارد که برای کاهش انعکاس نور خورشید، جذب حداکثر انرژی نور و بهبود راندمان استفاده از انرژی نور استفاده می شود. هنگامی که در معرض نور خورشید قرار می گیرند، مواد نیمه هادی در پنل های فتوولتائیک نقش کلیدی ایفا می کنند. به عنوان مثال، پنل های فتوولتائیک ساخته شده از مواد سیلیکونی، هنگامی که انرژی فوتون در نور خورشید بر روی نیمه هادی می تابد، الکترون ها را در نیمه هادی تحریک می کند و باعث می شود از باند ظرفیت به باند هدایت بپرند و در نتیجه جفت های الکترون-حفره ایجاد می شود. تحت تأثیر میدان الکتریکی داخلی نیمه هادی، الکترون ها و حفره ها به ترتیب به دو انتها حرکت می کنند و در نتیجه یک نیروی محرکه الکتریکی ناشی از نور ایجاد می شود. تا زمانی که مدار خارجی به دو انتهای پنل فتوولتائیک متصل شود، می تواند جریان تولید کند، نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل کند و منبع تغذیه ای برای کل سیستم تامین برق خورشیدی فراهم کند.
2) باتری: "انبار ذخیره" انرژی الکتریکی
باتری ها نقش بسیار مهمی در سیستم تامین برق خورشیدی ایفا می کنند و می توانند "انبار ذخیره" انرژی الکتریکی نامیده شوند. هنگامی که نور خورشید کافی وجود دارد، برق تولید شده توسط پنل های فتوولتائیک نه تنها برای بار فعلی استفاده می شود، بلکه برق اضافی نیز دارد. در این زمان، باتری شروع به ایفای عملکرد ذخیره سازی خود می کند و این برق اضافی را ذخیره می کند. هنگامی که نور خورشید کافی وجود ندارد، مانند روزهای ابری یا شب ها، زمانی که پنل های فتوولتائیک نمی توانند برق کافی تولید کنند یا حتی نمی توانند برق تولید کنند، باتری برق ذخیره شده قبلی را آزاد می کند تا اطمینان حاصل شود که سیستم می تواند به طور مداوم و پایدار برق را به بار تامین کند، به طوری که کل سیستم تامین برق خورشیدی به دلیل تغییر در شرایط روشنایی، وضعیت ناپایداری مانند قطع برق را تجربه نخواهد کرد و عملکرد پایدار سیستم را حفظ می کند.
3) کنترلر: "خدمتکار هوشمند" عملکرد سیستم
کنترلر "خدمتکار هوشمند" سیستم تامین برق خورشیدی است. این ولتاژ و جریان خروجی پنل خورشیدی را در همه زمان ها نظارت می کند. از یک طرف، می تواند توزیع و ذخیره انرژی الکتریکی را به طور هوشمندانه تنظیم کند. به عنوان مثال، با توجه به وضعیت برق باتری، می تواند به طور منطقی فرآیند شارژ پنل خورشیدی به باتری را کنترل کند. هنگامی که باتری تقریباً پر است، کنترلر جریان شارژ و سایر پارامترها را تنظیم می کند تا از شارژ بیش از حد جلوگیری شود. هنگامی که باتری نیاز به تخلیه برای تامین برق بار دارد، همچنین خروجی برق را با توجه به تقاضای واقعی برق بار به دقت کنترل می کند.
از طرف دیگر، کنترلر دارای انواع عملکردهای حفاظتی برای اطمینان از ایمنی و پایداری سیستم است. عملکردهایی مانند حفاظت الکتریکی می توانند از آسیب دیدن سیستم به دلیل جریان و ولتاژ غیرعادی در مدار جلوگیری کنند. عملکرد حفاظت از اتصال معکوس، چه پنل فتوولتائیک باشد و چه باتری، اگر خطایی در سیم کشی قطبیت معکوس وجود داشته باشد، کنترلر می تواند اطمینان حاصل کند که آسیب نمی بیند و پس از اصلاح سیم کشی می تواند به طور معمول به کار خود ادامه دهد. عملکرد حفاظت از اتصال کوتاه، هنگامی که اتصال کوتاه در مدار رخ می دهد، کنترلر مدار را به موقع قطع می کند تا از یک سری خطرات ایمنی ناشی از اتصال کوتاه جلوگیری شود. همچنین حفاظت از جریان بیش از حد، حفاظت از شارژ بیش از حد، حفاظت از تخلیه بیش از حد و غیره وجود دارد. شارژ بیش از حد ممکن است الکترولیت موجود در باتری را تبخیر کرده و باعث از کار افتادن آن شود، تخلیه بیش از حد باتری باعث خرابی زودرس باتری می شود و شارژ و تخلیه بیش از حد ممکن است به بار آسیب برساند. از طریق این عملکردهای حفاظتی، کنترلر از عملکرد عادی سیستم تامین برق خورشیدی در همه جهات محافظت می کند، به طوری که می تواند برای مدت طولانی به طور پایدار کار کند.
IV) اینورتر و بار: تبدیل توان و ترمینال مصرف
عملکرد اصلی اینورتر تبدیل توان DC به توان AC برای استفاده توسط بار است. به طور خاص، پنل های خورشیدی توان DC تولید می کنند، اما بیشتر برق مورد استفاده در زندگی روزمره ما و بسیاری از سناریوهای صنعتی و تجاری، توان AC است. اینورتر دارای یک مدار اینورتر پیچیده و ساختارهای دیگر است. با در نظر گرفتن اینورتر کاملاً کنترل شده به عنوان مثال، عنصر AC آن از لوله IGBT استفاده می کند و هدایت یا قطع لوله IGBT توسط مدولاسیون عرض پالس PWM کنترل می شود. هنگامی که منبع تغذیه DC متصل می شود، امواج مربعی متناوب مثبت و منفی بر روی سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور از طریق ترکیبات مختلف هدایت و قطع لوله IGBT تشکیل می شوند. با کمک فیلتر AC LC، انتهای خروجی در نهایت یک ولتاژ AC سینوسی تشکیل می دهد و در نتیجه تبدیل از DC به AC را کامل می کند.
بار، کاربر انرژی الکتریکی و ترمینال مصرف انرژی الکتریکی کل سیستم تامین برق خورشیدی است. می تواند انواع تجهیزات الکتریکی باشد، مانند چراغ های برقی، تلویزیون ها، یخچال ها و سایر لوازم برقی در خانه، موتورها و تجهیزات تولید در صنعت، تجهیزات روشنایی و نمایشگر در مکان های تجاری و غیره. این بارها برای تحقق عملکردهای مربوطه خود به جریان متناوب تبدیل شده توسط اینورتر متکی هستند، مانند چراغ های برقی برای تحقق عملکردهای روشنایی، موتورها برای به حرکت درآوردن ماشین ها و غیره. بارهای مختلف انرژی الکتریکی را با توجه به نیازهای واقعی مصرف می کنند و با هم پیوند مصرف انرژی الکتریکی سیستم تامین برق خورشیدی را تشکیل می دهند.