سیستم برق خورشیدی- طراحی، عملیات و نصب

بخش اول: اجزای سیستم

 

 رسالت مجموعه هوپیران کمک به ایجاد اقتصاد پویا و تعامل در رشد سطوح علمی در کلیه سیستم های مرتبط به فعالیت این گروه میباشد. این مقاله بر اساس رسالت مجموعه در جهت رضایت بهره برداران پروژه ها تدوین و منتشر شده است و هر گونه کپی برداری از آن بدون ذکر منابع غیر مجاز میباشد.

با افزایش تقاضای برای سیستم‌های برق خورشیدی، تولید‌کنندگان پیشرو در حال افزودن فتولتائیک خورشیدی «PV» به‌عنوان گزینه‌ای انتخابی برای مشتریان خود هستند. این بررسی اجمالی سیستم‌های فتوولتائیک خورشیدی، درکی کلی از موارد زیر برای سازنده فراهم خواهد کرد:

 

• ارزیابی یک محل ساختمانی برای پتانسیل خورشیدی آن.

• پیکربندی‌ها و اجزاء رایج سیستم PV متصل به شبکه.

• ملاحظات مربوطه در انتخاب اجزاء.

• ملاحظات مربوطه در طراحی و نصب یک سیستم PV.

• هزینه‌ها و نیروی کار مورد نیاز برای نصب یک سیستم PV.

• الزامات دستورالعمل ساختمان و برق.

• منابعی برای یافتن اطلاعات بیشتر.

تمرکز، بیشتر بر اطلاعاتی خواهد بود که در گنجاندن یک سیستم PV متصل به شبکه «grid-connected» برای ساختمان‌های تجاری کوچک یا مسکونی مفید خواهند بود. همچنین جزئیاتی درباره این فناوری و نصب آن ارائه خواهد شد که ممکن است در خصوص انتخاب پیمانکاران فرعی برای اجرای این کار، نحوه کار کردن با طراحان و هدایت جریان کار مفید باشد. خلاصه‌ای از انواع سیستم‌ها و اجزاء آن به سازنده داده می‌شود تا بداند که از طراحی مورد تأیید یک پیمانکار یا طراح PV چه انتظاری باید داشته باشد.

 

در سال 2008، هزینه نصب یک سیستم PV مسکونی در ایالات‌متحده معمولاً بین 8 تا 10 دلار بر وات بود. برای جزئیات بیشتر در خصوص هزینه‌ها، به بخش «ملاحظات هزینه‌ای» رجوع شود. در خصوص اطلاعات در زمینه کنار هم قرار دادن تیم نصب، به بخش «گروه نصب» رجوع شود.

 

ارزیابی یک محل برای پتانسیل PV خورشیدی

 

آیا ناحیه شمال غربی اقیانوس آرام، پتانسیل خورشیدی خوبی دارد؟

این پرسش، سؤال بسیار رایجی است که پاسخ آن، این است که آری، ناحیه شمال غربی اقیانوس آرام، انرژی خورشیدی کافی برای عملکرد خوب سیستم‌های فتوولتائیک متصل به شبکه دریافت می‌کند. بیشترین پتانسیل خورشیدی شمال غرب در شرق آبشارها است. ولی حتی در شرق آبشارها، به اندازه میانگین سالیانه ایالات‌متحده دریافت می‌کند؛ به‌اندازه بیشتر از دوره یک ساله جنوب فرانسه و بیشتر از آلمان که پیشتاز فعلی در نصب تجهیزات الکتریکی خورشیدی است. درست است در شرایط ابری، فتوولتائیک تنها 5 تا 30 درصد خروجی ماکزیمم خود را تولید می‌کند، با این حال، از آنجا که فتوولتائیک خورشیدی زمانی که داغ شود دچار افت راندمان می‌گردد، اقلیم سردتر و روزهای تابستانی طولانی‌تر به جبران شرایط روزهای ابری کمک می‌کند.

 

ارزیابی مکان ساختمان – اگرچه منطقه شمال غربی اقیانوس آرام ممکن است از پتانسیل خورشیدی خوب تا عالی برخوردار باشد، لیکن همه محل‌های ساختمانی برای نصب تجهیزات خورشیدی مناسب نخواهند بود. اولین مرحله در طراحی یک سیستم فتوولتائیک، تعیین این است که آیا محل مورد بررسی نیز از پتانسیل خورشیدی خوبی برخوردار است یا خیر. برخی از سؤالاتی که می‌بایست پرسیده شوند، عبارتند از:

 

• آیا محل نصب فاقد سایه ناشی از درختان و ساختمان‌های مجاور یا دیگر موانع است؟

• آیا سیستم PV را می‌توان به‌منظور عملکرد خوب، جهت‌دهی کرد؟

• آیا سقف یا ملک مربوطه مساحت کافی برای فراهم کردن امکان نصب آرایه‌های خورشیدی دارد؟

• اگر قرار باشد آرایه مربوطه بر سقف نصب شود، سقف باید از چه نوعی باشد و شرایط آن چگونه است؟

 

موقعیت نصب- ماژول‌های خورشیدی معمولاً بر روی سقف‌ها نصب می‌شوند. چنانچه سطح سقف قابل دسترس نباشد، ماژول‌های PV را می‌توان بر روی ستون‌ها، زمین، دیوار یا به‌عنوان بخشی از سازه سایبان نصب کرد (رجوع شود به بخش «رک‌های نصب اجزاء/ آرایه‌های سیستم».

 

سایه- سایه تأثیر معکوس بر آرایه‌های فتوولتائیک دارد. یک سیستم PV که به‌خوبی طراحی شده باشد نیازمند دسترسی بدون مانع به پرتوهای خورشیدی از حدود ساعت 9 صبح تا 3 بعد از ظهر در طول سال است. حتی سایه‌های اندک نظیر سایه یک شاخه بدون برگ درخت می‌تواند توان خروجی یک ماژول خورشیدی را به‌شدت کاهش دهد. سایه ناشی از ساختمان، به دلیل دریچه‌های تهویه، فن‌های اتاق زیرشیروانی، سقف‌های شیشه‌ای، سه گوشه‌های کنار شیروانی یا طاق نماها، می‌بایست برطرف شوند. به خاطر داشته باشید که یک محدوده ممکن است در بخشی از روز بدون سایه بوده ولی در بخش دیگر روز سایه‌دار شود. همچنین مکانی که در طی تابستان بدون سایه است ممکن است در طی زمستان به دلیل بلندتر بودن سایه‌ها، سایه‌دار شود.

 

جهت‌گیری- بنابر دانش متعارف، در عرض‌های جغرافیایی شمالی، ماژول‌های PV به‌طور ایده‌آل می‌بایست رو به‌سوی جنوب باشد. ولی نیازی نیست که شیب یا جهت‌گیری سقف بدون ‌نقص باشد زیرا ماژول‌های خورشیدی، زمانی که در زاویه 20 درجه‌ای از جهت خورشید قرار دارند، از 95% حداکثر توان خود بهره‌مند هستند. سقف‌هایی که رو به‌سوی شرق یا غرب هستند نیز ممکن است قابل‌قبول باشند. به‌عنوان مثال، یک سیستم PV خورشیدی سقفی رو به غرب که دارای زاویه شیب 20 درجه است، حدوداً 88% توان خروجی سیستمی که در همان موقعیت رو به جنوب است را تولید خواهد کرد. سقف‌های صاف عملکرد بهتری دارند زیرا ماژول‌های PV را می‌توان بر قاب‌هایی نصب کرد و آن‌ها را رو به سمت جنوب منحرف کرد. جهت‌گیری بهینه می‌تواند تحت تأثیر آب و هوای محلی معمول قرار گیرد. به‌عنوان مثال، غرب ایالت‌های Washington و Orgeon عمدتاً از لایه‌ای مه صبحگاهی برخوردار است که اواخر صبح از بین می‌روند و بنابراین بعد از ظهرها، منبع خورشیدی بهتری دارد تا قبل از ظهر. به همین رو، غرب آبشارها، بیشترین توان از جهت‌گیری جنوب شرقی حاصل می‌شود.

 

شیب- معمولاً شیب بهینه برای یک آرایه PV در منطقه شمال غربی اقیانوس آرام برابر با عرض جغرافیایی منهای حدوداً 15 درجه به‌منظور دستیابی به توان خروجی ماکزیمم در سال است. افزایش شیب منجر به افزایش توان خروجی در زمستان و کاهش شیب منجر به افزایش توان خروجی در تابستان می‌شود. در غرب ایالت‌های‌ Washington و Orgeon با وجود زمستان‌های ابری‌تر، زاویه بهینه کمتر از مقدار بهینه برای شرق آبشارها است. با این وجود، توصیه می‌شود که ماژول‌ها در زاویه شیب یکسانی مطابق با شیب سقف، هرچه که باشد، نصب شوند که علت اصلی آن به دلیل زیبایی و همچنین به دلیل آن که شیب قابل چشم‌پوشی است. به عنوان مثال، در شهر salem، ایاالت Orgeon، شیب‌های بین 20 تا 45 درجه منجر به تولید توان خروجی تقریباً یکسانی در طول سال خواهند شد. این امر به دلیل آن است که شیب‌هایی که کمتر از عرض جغرافیایی محل هستند، تولید تابستانی را که منبع خورشیدی بیشتر است افزایش می‌دهند و منجر به کاهش تولید زمستانی می‌شوند که به‌هرحال به دلیل شرایط ابری معمولاً کمتر است.

 

مساحت مورد نیاز- سیستم‌های مسکونی و تجاری کوچک، نیازمند 50 فوت مربع برای سیستم‌های کوچک تا نهایتاً 1000 فوت مربع هستند. به‌عنوان قاعده‌ای کلی در مورد منطقه شمال غربی اقیانوس آرام، هر 1000 وات از ماژول‌های PV نیازمند 100 فوت مربع مساحت جمع‌آوری کننده «collector» برای ماژول‌ها با استفاده از سیلیکون کریستال (که اخیراً رایج‌ترین نوع سلول PV است) است. هر 1000 وات از ماژول‌های PV می‌توان حدوداً 1000 کیلووات ساعت «kWh» در سال در منطقه غرب آبشارها و حدود kWh 1250 در منطقه شرق آبشارها، برق تولید کند. در هنگام استفاده از ماژول‌هایی با راندمان کمتر نظیر سیلیکون آمورفی «amorphous silicon- A-Si» یا انواع لایه- نازک «thin-firm»، مساحت مورد نیاز، تقریباً دو برابر خواهد شد. در صورتی ‌که موقعیت شما، اندازه فیزیکی سیستم را با محدودیت مواجه می‌سازد، احتمالاً بهتر است سیستمی نصب کنید که از ماژول‌های PV با راندمان بیشتر بهره می‌برد. در نظر داشته باشید که فضای دسترسی در اطراف هر ماژول می‌تواند تا 20% به مساحت مورد نیاز آن بیفزاید.

 

انواع سقف- در مورد سیستم‌های نصب شده بر سقف، معمولاً ترکیب بام‌پوش‌ چوبی یا سیمانی ساده‌ترین مورد و سقف‌های سنگی یا کاشی دشوارترین نوع برای کار هستند. با این وجود، امکان نصب ماژول‌های PV بر روی همه انواع سقف‌ها میسر است. چنانچه سقف در طی دوره‌ای بین 5 تا 10 ساله نیاز به تعمیر داشته باشد، می‌بایست جایگزینی در زمان نصب سیستم PV انجام شود تا از هزینه و نصب مجدد سیستم PV اجتناب شود.

 

ماژول‌های PV یکپارچه با ساختمان «BIPV» که می‌توان آن‌ها را در داخل خود سقف قرار داد، ممکن است برای ساخت و سازهای جدید یا برای سقف‌های قدیمی که نیاز به تعویض دارند، مد نظر قرار گیرند. اگرچه در حال حاضر محصولات BIPV قیمت مطلوب و بهینه‌ای دارند، لیکن انتظار می‌رود که هزینه‌های آن‌ها کاهش یابند.

 

انواع سیستم‌های فتوولتائیک

 

انواع سیستم‌های فتوولتائیک را می‌توان به‌طور گسترده با پاسخ به پرسش‌های زیر دسته‌بندی کرد:

 

• آیا به شبکه انتقال برق متصل خواهند شد؟

• آیا برق جریان متناوب «AC» یا جریان مستقیم «DC» یا هر دو نوع را ایجاد خواهند کرد؟

• آیا دارای باتری پشتیبان خواهند بود؟

• آیا دارای مجموعه ژنراتور دیزلی، گازوئیلی یا پروپانی پشتیبان خواهد بود؟

 

در اینجا بر سیستم‌هایی تمرکز خواهد شد که به شبکه انتقال برق متصل بوده و تحت عنوان سیستم‌های متصل به شبکه «grid-connected, grid-tied» شناخته می‌شوند. این سیستم‌ها، کیفیت برق متناوب یکسانی مطابق با شبکه انتقال، تولید می‌کنند. انرژی تولیدی توسط یک سیستم متصل به شبکه در ابتدا برای تأمین نیازهای برق AC خانگی یا تجاری استفاده می‌شود. هرگونه توان مازاد تولیدی، به شبکه انتقال برق تغذیه یا «هدایت» می‌شود. هر کدام از نیازهای برق ساختمان که توسط سیستم PV برآورده نشود، توسط شبکه انتقال تأمین می‌شود. بدین ترتیب، شبکه را می‌توان به‌عنوان یک منبع باتری مجازی برای ساختمان تلقی کرد.

 

انواع سیستم‌های رایج- اکثر سیستم‌های PV جدید که در ایالات‌متحده نصب می‌شوند، سیستم‌های مسکونی متصل به شبکه بدون باتری پشتیبان هستند. سیستم‌های AC متصل به شبکه زیادی نیز در ساختمان‌های تجاری یا عمومی نصب می‌شوند.

 

سیستم‌های متصل به شبکه که در اینجا بررسی خواهند شد، اگرچه انواع مختلفی دارند ولی از دو نوع عمده هستند که عبارتند از:

 

• سیستم AC متصل به شبکه بدون باتری یا ژنراتور پشتیبان.

• سیستم AC متصل به شبکه با باتری پشتیبان.

 

پیکربندی‌های نمونه سیستم‌هایی با و بدون باتری پشتیبان در شکل‌های 1 و 2 نشان داده شده‌اند. دقت کنید که تغییرات رایجی در بین پیکربندی‌های نشان داده شده وجود دارد ولی عملکردهای اصلی و آرایش کلی یکسان خواهد بود.

 

آیا یک منبع باتری واقعاً مورد نیاز است؟

 

ساده‌ترین، قابل اعتمادترین و کم هزینه‌ترین پیکربندی، فاقد باتری پشتیبان است. بدون باتری‌ها، یک سیستم PV متصل به شبکه زمانی که خاموشی شبکه برق رخ دهد، خاموش خواهد شد. باتری پشتیبان، حتی در صورت وقوع خاموشی شبکه، برق را برای برخی یا تمامی تجهیزات الکتریکی نظیر روشنایی، فریزر، یا فن‌ها حفظ می‌کند. یک سیستم متصل به شبکه همچنین درصورتی‌که نتواند خاموشی‌های برق را تحمل کند، ممکن است دارای ژنراتور پشتیبان باشد. با وجود باتری پشتیبان، خاموشی‌های برق حتی ممکن است فهمیده نیز نشوند. با این حال، افزودن باتری به یک سیستم همراه با معایبی است که می‌بایست در مقابل مزایای وجود منبع توان پشتیبان سنجیده شوند. این معایب عبارتند از:

 

• باتری‌ها در حین شارژ و تخلیه، انرژی مصرف می‌کنند، در خصوص باتری‌های سربی-اسیدی، منجر به کاهش راندمان و خروجی سیستم PV تا حدود 10% می‌شوند.

• باتری‌ها، بر پیچیدگی سیستم می‌افزایند و باعث افزایش هزینه‌های اولیه و هزینه‌های نصب می‌شوند.

• اکثر باتری‌های ارزان قیمت نیازمند تعمیر و نگهداری هستند.

• باتری‌ها معمولاً پیش از قطعات دیگر سیستم و با صرف هزینه زیاد، نیازمند تعویض هستند.

 

 

شکل 1. یک پیکربندی رایج از یک سیستم فتوولتائیک AC متصل به شبکه بدون باتری پشتیبان.

 

 

شکل 2. یک پیکربندی رایج از یک سیستم فتوولتائیک AC متصل به شبکه با باتری پشتیبان.

 

اجزاء سیستم

 

می‌توان سیستم‌های فتوولتائیک از پیش مهندسی شده خریداری کرد که دارای تمامی اجزائی هستند که نیاز خواهید داشت، حتی تمامی پیچ و مهره‌ها. هر فروشنده خوبی قادر است با داشتن توصیفی از محل و نیازهای شما، ابعاد مورد نظر شما را تعیین و سیستم‌هایی را مشخص کند. با این وجود، آشنایی با اجزاء سیستم، انواع مختلف موجود و معیارهای مربوطه برای انتخاب، ضروری است. اجزاء اصلی سیستم‌های PV متصل به شبکه با و بدون باتری عبارتند از:

 

• ماژول‌های فتوولتائیک خورشیدی

• رک‌های نصب آرایه

• تجهیزات اتصال به زمین

• جعبه ترکیبی

• حفاظت در برابر موج (غالبا بخشی از جعبه ترکیبی است)

• مبدل «inverter»

• اندازه‌گیرها- اندازه‌گیر سیستم و شمارنده توان بر حسب کیلووات

• قطع‌کننده‌ها «Disconnect»:

• قطع‌کننده DC آرایه

• قطع‌کننده DC مبدل

• قطع‌کننده AC مبدل

• قطع‌کننده AC خارجی

 

چنانچه سیستم دارای باتری باشد، نیازمند اجزاء زیر نیز خواهد بود:

 

• بانک باتری با کابل‌کشی و سازه محفظه

• کنترل‌کننده شارژ

• قطع‌کننده باتری

 

ماژول‌های خورشیدی

 

قلب و مرکز اصلی یک سیستم فتوولتائیک، ماژول خورشیدی است. اکثر سلول‌های فتوولتائیک توسط سازنده به یکدیگر سیم‌کشی می‌شوند تا یک ماژول خورشیدی تولید شود. ماژول‌های خورشیدی هنگامی‌که در محل نصب می‌گردند، به شکل سری با یکدیگر سیم‌کشی می‌شوند تا رشته‌ها را ایجاد کنند. رشته ماژول‌ها نیز به‌صورت موازی به یکدیگر متصل می‌شوند تا یک آرایه را تشکیل دهند.

 

انواع ماژول- ماژول‌های چهارچوب مسطح محکم اخیراً رایج‌ترین مدل بوده و اکثر آن‌ها از سیلیکون تشکیل شده‌اند. سلول‌های سیلیکونی دارای ساختار اتمی بوده که عبارت از تک‌-کریستال «single-crystalline, mono-crystalline»، چند-کریستال «poly-crystalline, multi-crystalline» و یا آمورفی «amorphous» (سیلیکون لایه نازک) هستند. سایر مواد سلولی بکار رفته در ماژول‌های خورشیدی عبارتند از کادمیم تلورید (CdTe که عمدتاً CadTel تلفظ می‌شوند) و مس ایندیوم دی سلنید «CIS». برخی ماژول‌ها با استفاده از ترکیب این مواد ساخته می‌شوند. یک نمونه مثال، لایه نازکی از سیلیکون آمورفی است که بر روی لایه‌ای از سیلیکون تک-کریستال انباشته و متراکم می‌شود.

 

در سال 2005 تقریباً 90% ماژول‌های فروخته شده در ایالات‌متحده متشکل از سیلیکون کریستال، یا تک-کریستال و یا چند-کریستال بودند. البته سهم بازار از سیلیکون کریستال در سال‌های اخیر کاهش‌ یافته است و با افزایش فروش ماژول‌های A-Si، CdTe و CIS، فروش آن‌ها همچنان در حال کاهش است.

 

محصولات فتوولتائیک یکپارچه با ساختمان- فناوری PV در کاشی‌های سقفی، بام‌پوش چوبی یا سیمانی انعطاف‌پذیر سقفی، غشاءهای سقفی، لایه‌های چسبی برای سقف‌های فلزی درز- برجسته، پنجره‌ها و دیگر محصولات فتوولتائیک یکپارچه با ساختمان «BIPV» گنجانده شده است. ماژول‌های BIPV معمولاً گران قیمت‌تر از ماژول‌های مسطح محکم هستند ولی انتظار می‌رود که به دلیل دومنظوره بودن، نهایتاً هزینه کلی یک سیستم PV را کاهش دهند.

 

توان اسمی «Rated power»- سیستم‌های PV مسکونی متصل به شبکه از ماژول‌های با توان خروجی مجاز در محدوده 300-100 وات استفاده می‌کنند. ماژول‌هایی به کوچکی 10 وات برای کاربردهای دیگری استفاده می‌شوند. توان اسمی، بیشترین توانی است که تابلوی برق قادر است به ازای 1000 وات نور خورشید بر مترمربع در دمای ماژول °C25 یا °F77 در هوای آرام تولید کند. شرایط واقعی به‌ندرت با شرایط اسمی مطابقت دارد و لذا توان خروجی واقعی تقریباً همیشه کمتر از مقدار اسمی است.

 

ولتاژ سیستم PV- سیستم‌های نوین بدون باتری معمولاً ولتاژی بین 235 تا 600 ولت فراهم می‌کنند. در سیستم‌های مبتنی بر باتری، این روند به‌سوی استفاده از ولتاژهای آرایه بیشتر است، هرچند که کنترل‌کننده‌های شارژ زیادی هنوز هم نیازمند ولتاژهای پایین 12، 24 یا 48 ولت برای تطابق با ولتاژ رشته باتری هستند.

 

استفاده از اطلاعات محصول سازنده به‌منظور مقایسه ماژول‌ها- از آنجا که هزینه‌ها و راندمان ماژول‌ها با ارتقاء فناوری و روش‌های ساخت، تغییر می‌کنند، ارائه توصیه‌های عمومی صحیح برای آینده در خصوص مثلاً اینکه کدام نوع ماژول ارزان‌ترین یا بهترین انتخاب است، کار دشواری است. بهترین کار مقایسه بین مدل‌ها بر اساس اطلاعات فعلی ارائه شده از سوی سازندگان بعلاوه الزامات خاص کاربرد شخصی است. دو عدد که در مقایسه ماژول‌ها بسیار مفید هستند عبارتند از هزینه ماژول به ازای هر وات و توان خروجی اسمی بر مساحت (یا راندمان). هنگام بررسی کاتالوگ ماژول‌های خورشیدی سازنده، غالباً توان اسمی، ابعاد کلی ماژول و قیمت آن را پیدا خواهید کرد. هزینه ماژول به ازای هر وات را با تقسیم قیمت ماژول بر توان اسمی آن برحسب وات به دست آورید. وات بر مساحت را نیز با تقسیم توان اسمی آن بر مساحت سیستم محاسبه کنید.

 

هزینه ماژول به ازای هر وات- به‌عنوان یک قاعده کلی، ماژول‌های لایه نازک، هزینه کمتری در مقایسه با ماژول‌های سیلیکون کریستال با توان مشابه دارند.

 

راندمان ماژول (وات بر مساحت)- ماژول‌هایی با راندمان بیشتر، نسبت وات به مساحت بیشتری دارند. هرچه راندمان بیشتر باشد، مساحت کمتری (یعنی ماژول‌های کمتری) برای دستیابی به خروجی توان یکسان از یک آرایه نیاز خواهد بود. هزینه‌های نصب و قفسه‌بندی در مورد ماژول‌های با راندمان بیشتر، کمتر خواهد بود ولی این مسئله می‌بایست در مقابل هزینه بیشتر خود این ماژول‌ها بررسی و سنجیده شود. ماژول‌های سیلیکون آمورفی، CdTe و CIS لایه نازک، راندمان اسمی کمتری در مقایسه با ماژول‌های سیلیکون کریستال دارند، ولی بهبود در راندمان آن‌ها در حال ادامه یافتن است.

 

سیلیکون آمورفی «A-Si» در اقلیم‌های ابری- یکی از موارد مهم برای منطقه شمال غربی اقیانوس آرام این است که ماژول‌های سیلیکون آمورفی راندمان بیشتری نسبت به ماژول‌های سیلیکون کریستال تحت شرایط پوشیده از ابر دارند. در آب و هوای ابری همه انواع ماژول‌های سیلیکون آمورفی معمولاً عملکرد بهتری در مقایسه با سیلیکون کریستال دارند و ماژول‌های سیلیکون آمورفی چنداتصاله (یعنی دو و سه اتصاله) به اندازه 15% عملکرد بهتری دارند. در بریتانیا که شرایط اقلیمی مشابهی دارد، نشان داده شده است که ماژول‌های آمورفی سیلیکون چنداتصاله، توان بیشتری در طول سال نسبت به ماژول‌های سیلیکون کریستال تولید می‌کنند.

 

سیلیکون تک-کریستال یا چند-کریستال؟- توان خروجی ماژول‌های تک-کریستال یا چند-کریستال با مساحت یکسان، تقریباً برابر است. هر دو نوع سیلیکون کریستال بسیار بادوام بوده و توان خروجی پایداری در طی زمان دارند؛ بنابراین، در هنگام انتخاب ماژول، زیاد درباره اختلاف بین سیلیکون تک-کریستال یا چند-کریستال نگران نباشید. از سوی دیگر، راندمان بیشتر ماژول می‌تواند با برخی ترکیب محصولات ایجاد شود که به‌تازگی در بازار ارائه شده‌اند، نظیر سیلیکون آمورفی انباشته و متراکم شده بر روی یک لایه تک کریستال. این ماژول‌های با راندمان زیاد ممکن است گزینه‌ای مناسب باشند، بخصوص در شرایطی که مساحت موجود برای نصب محدود است.

 

ماژول‌های سیلیکونی یا دیگر انواع ماژول‌ها؟- توان خروجی ماژول‌های CdTe نسبت به ماژول‌های سیلیکونی پایداری کمتری دارند ولی بهبودهایی در حال انجام است. در حال حاضر، مانند سایر انواع ماژول به ضمانت‌نامه‌های سازنده مراجعه کنید. ضمانت‌نامه‌ای که توان خروجی زیاد برای بیش از 20 تا 25 سال را تضمین می‌کند، نشانه‌ای از دوام مواد سلول است.

 

ضمانت‌نامه- تأیید و بررسی دوره ضمانت تمامی اجزاء سیستم از جمله ماژول‌های خورشیدی ضروری است. اکثر ماژول‌ها بسیار بادوام و با طول عمر زیاد بوده و قادر هستند شرایط آب و هوایی سخت از جمله گرما، سرما و طوفان‌های رگباری شدید را تحمل کنند. اکثر ماژول‌های سیلیکونی دارای ضمانت‌نامه 20 تا 25 ساله سازنده هستند که نشان از دوام و طول عمر بالای آن‌ها است.

 

رک‌های نصب آرایه

 

آرایه‌ها معمولاً بر روی سقف‌ها یا ستون‌های فولادی قرار داده شده در بتن نصب می‌شوند. در برخی کاربردهای خاص، ممکن است در سطح زمین یا بر روی دیوارهای ساختمان نصب شوند. ماژول‌های خورشیدی نیز می‌توانند به‌گونه‌ای نصب شوند که بخشی یا کل سازه سایبان نظیر پوشش ایوان را تشکیل دهند. در مورد سیستم‌های نصب شده بر سقف، آرایه PV معمولاً بر روی رک‌های ثابت، موازی با سقف به‌منظور زیبایی نصب شده و چند اینچ بالاتر از سطح سقف ثابت می‌شود تا امکان برقراری جریان هوا را فراهم آورد و باعث شود تا حد ممکن خنک نگه داشته شوند.

 

قابلیت تنظیم- شیب آرایه‌های سقفی شیب‌دار معمولاً تغییر نمی‌کند زیرا این کار در موارد متعدد، کاری نامناسب و گاهی خطرناک است. با این وجود، رک‌های نصب شده زیادی قابل تنظیم بوده و امکان تنظیم مجدد زاویه ماژول‌های PV به‌صورت فصلی را فراهم می‌نماید.

 

ردگیری «Tracking»- آرایه‌های نصب شده بر ستون‌ها می‌توانند دربرگیرنده دستگاه‌های ردگیری باشند که به آرایه اجازه می‌دهد تا به‌طور خودکار خورشید را دنبال کند. آرایه‌های PV ردگیری‌کننده می‌توانند به افزایش انرژی خروجی روزانه سیستم تا حدود 25% تا 40% شوند. سیستم‌های ردگیری علیرغم افزایش توان خروجی، معمولاً به دلیل افزایش هزینه و پیچیدگی سیستم توجیه‌پذیر نیستند.

 

تذکرات عمومی نصب- نصب صحیح بر سقف می‌تواند نیازمند کار فشرده باشد که تا حد زیادی به نوع سقف و نحوه نصب و پوشش‌دهی قلاب‌های نصب بستگی دارد. بهتر است توصیه‌های پیمانکار ساخت سقف، تأمین‌کنندگان سیستم رک‌ها و سازندگان ماژول رعایت شوند. سازندگان ماژول جزئیاتی درباره الزامات تکیه‌گاهی برای ماژول‌های خود ارائه می‌کنند. یک تأمین‌کننده خوب رک، مشخصات مهندسی منطبق بر دستورالعمل‌ها را همراه با محصول ارائه خواهد کرد. با این ‌حال، به‌عنوان یک قاعده کلی برای مقاصد مناقصه‌ای، مرسوم است که یک قلاب تکیه‌گاه به ازای هر 100 وات از ماژول‌های PV در نظر گرفته شود. توجه ویژه‌ای می‌بایست به بحث ایمن‌سازی آرایه به‌طور مستقیم به اجزاء سازه‌ای سقف و درزبندی آب و هوایی روزنه‌های سقف اختصاص داده شود. تمامی جزئیات درباره اتصال قلاب‌های نصب به سقف و درزبندی اطراف آن در بهترین حالت توسط پیمانکار ساخت سقف تأیید و انجام می‌شود تا ضمانت سقف از اعتبار ساقط نشود.

 

سقف‌های ترکیبی آسفالتی- در مورد سقف‌های ترکیب آسفالتی، تمامی پایه‌های پنل می‌بایست به کمک پیچ‌های فولادی ضدزنگ به سقف محکم شوند. نوع پایه شامل ستون‌های پشتیبانی و قلاب‌های L- شکل است. ستون‌های پشتیبان بدان دلیل در اولویت هستند که به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که درزبندی خوبی بر روی پایه‌ها فراهم کنند. ستون‌های پشتیبان در بهترین حالت پس از قالب‌بندی سقف و پیش از نصب مصالح سقف سوار می‌شوند. ستون‌های پشتیبان و جک‌های سقف ممکن است توسط پیمانکار سقف یا کارکنان مسئول طرح‌ریزی سیستم نصب آرایه، نصب شوند. سپس پیمانکار سقف، در هنگام نصب سقف، اطراف ستون‌ها را فلاش می‌زند.

 

نصب پایه‌ها پس از نصب سقف و دریل کاری ترکیب آسفالتی به‌منظور نصب پیچ‌ها بسیار رایج است. سپس ماده درزبند بدون فلاش‌زنی به اطراف پیچ‌ها اعمال می‌شود. همچنین، لایه بالایی سقف می‌بایست به‌دقت برداشته شود تا مواد درزبند به زیر آن تزریق شوند. اگرچه این عملیات، به فشردگی کاری کمتری نیاز دارد، اما چنانچه توسط پیمانکار سقف انجام نشود منجر به از بین رفتن ضمانت سقف می‌شود.

 

سقف‌های فلزی- انواع مختلفی از محصولات سقف فلزی با درز برجسته وجود دارد ازجمله محصولات درز عمودی، درز افقی و درز دلتا. به‌تازگی، گیره‌های مخصوص که تحت عنوان گیره‌های S-5 شناخته می‌شوند نیز برای اتصال آرایه‌ها بدون نفوذ به سقف‌های درز عمودی و افقی و دیگر پروفیل‌های سقفی درز برجسته در دسترس قرار گرفتند. این گیره‌ها باعث می‌شوند که نصب آرایه‌های خورشیدی در مقایسه با دیگر انواع سقف به‌مراتب ساده‌تر شود. در مورد این سقف‌ها، ضروری است که در سقف برشی ایجاد نموده، پایه‌هایی در اطراف ستون‌های نصب ایجاد نموده و سپس محل نفوذ را درزبندی کرد. برای آنکه این فرآیند نامطلوب و دارای فشار کاری نشود، بهتر است که از قبل سقف فلزی درز عمودی یا افقی یا دیگر انواع سقف سازگار با گیره‌های S-5 مشخص شود.

 

دیگر انواع سقف- اگرچه نصب یک آرایه PV بر روی سقف‌های ارتعاشی، کاشی و تخته سنگی میسر است، این نوع سقف‌ها مشکلاتی را به همراه دارند. با تأمین‌کننده سیستم رک‌بندی برای اطلاعات در خصوص محصولات و روش‌های نصب برای این نوع سقف‌ها تماس بگیرید. پیش از سفارش سیستم رک‌بندی، مستقیماً با پیمانکار سقف مشورت کنید. همچنین به دنبال استفاده از ماژول‌های یکپارچه با سقف باشید که بتوانید در مورد سقف‌های کاشی یا تخته سنگی استفاده کنید.

 

کانال‌های تهویه و فن‌های سقف- توصیه می‌شود که کانال‌های تهویه سقف، کانال‌های لوله‌کشی و فن‌ها در سمت شمال سقف نصب شود تا از تداخل با آرایه خورشیدی جلوگیری شود. این امر همچنین احتمال سایه‌اندازی غیرعمدی بر روی آرایه را کاهش خواهد داد.

 

تجهیزات اتصال به زمین

 

تجهیزات اتصال به زمین، مسیر مناسب و با مقاومت کم از سیستم به زمین فراهم می‌کند تا سیستم را از نوسانات جریان حاصل از صاعقه‌ها یا عملکرد نادرست تجهیزات محافظت کند. اتصال به زمین همچنین منجر به پایدارسازی ولتاژ شده و یک نقطه مرجع مشترک فراهم می‌کند. مهار اتصال به زمین معمولاً واقع بر سقف است.

 

بررسی اتصال به زمین- اتصال به زمین می‌تواند یک مسئله کاملاً مشکل‌ساز باشد. اطمینان پیدا کنید که الزامات دستورالعمل محلی را با مقامات دارای صلاحیت، بخصوص بازرس برق اداره ساختمان، بررسی کنید.

 

اتصال به زمین تجهیزات- اتصال به زمین تجهیزات منجر به حفاظت در برابر شوک ناشی از خرابی اتصال کوتاه می‌شود. اتصال کوتاه زمانی رخ می‌دهد که یک رسانای حامل جریان در تماس با چهارچوب یا شاسی یک وسیله الکتریکی یا تابلوی برق قرار می‌گیرد. تمامی اجزاء سیستم و هرگونه فلز بدون روکشی ازجمله جعبه‌های تجهیزات، مخازن، چهارچوب وسایل الکتریکی و تجهیزات نصب PV می‌بایست دارای اتصال به زمین باشند.

 

اتصال به زمین سیستم- اتصال به زمین سیستم نیازمند گرفتن یکی از رساناها از بین جفت رشته سیم سیستم و اتصال آن به زمین است. در یک سیستم DC این امر به معنای اتصال رسانای منفی به زمین در یک نقطه واحد از سیستم است. این کار می‌بایست در داخل مبدل صورت بگیرد نه در آرایه PV.

 

اتصال به زمین سیستم و NEC 2005- در سال 2005، دستورالعمل ملّی برق «NEC» در آمریکا اصلاح گردید تا الزام به اتصال به زمین سیستم‌ها را حذف کند. الزام به اتصال به زمین سیستم‌ها حذف گردید تا اجازه استفاده از مبدل‌های تعاملی بدون ترانسفرمر «transformerless» که دارای راندمان بیشتری هستند را میسر کنند. الزامات NEC متعدد دیگری نیز وجود دارند که هدف آن‌ها تضمین این است که آرایه‌های بدون اتصال به زمین به ایمنی آرایه‌های متصل به زمین هستند اگرچه این مطلب هنوز جای تردید دارد.

 

جعبه ترکیبی

 

سیم‌های گرفته شده از ماژول‌ها یا رشته‌های PV به جعبه ترکیبی می‌روند؛ این جعبه معمولاً در سقف واقع است. این سیم‌ها ممکن است رشته سیم‌های رسانای واحد با اتصال‌دهنده‌هایی باشند که به ماژول‌های PV از قبل سیم‌کشی شده‌اند. جعبه ترکیبی شامل یک فیوز یا قطع‌کننده ایمنی برای هر رشته بوده و ممکن است شامل یک حفاظ در برابر اضافه جریان نیز باشد.

 

حفاظت در برابر تغییر ناگهانی ولتاژ «Surge Protection»

 

 

حفاظت در برابر تغییر ناگهانی ولتاژ به حفاظت از سیستم در برابر تغییرات توانی کمک می‌کند که ممکن است سیستم PV یا خطوط برق مجاور آن بر اثر ضربه صاعقه تجربه کنند. نوسان توانی به افزایش چشمگیر ولتاژ به میزان بالاتر از ولتاژ طراحی گفته می‌شود.

 

اندازه‌گیرها و ابزارآلات

 

اصولاً دو نوع اندازه‌گیر در سیستم‌های PV بکار می‌رود:

 

• شمارنده توان تأسیسات بر حسب کیلووات ساعت «Kilowatt-hour Meter»

• سیستم سنج «System Meter»

 

شمارنده توان بر حسب کیلووات ساعت «Kwh» - این دستگاه انرژی تحویل داده شده به شبکه برق را نسبت به تحویل گرفته شده اندازه می‌گیرد. در خانه‌های دارای سیستم الکتریکی خورشیدی، تأسیسات معمولاً از ابزار اندازه‌گیری دوطرفه با یک نمایشگر دیجیتالی استفاده می‌کند که به‌طور جداگانه انرژی را در هر دو جهت اندازه می‌گیرد. برخی تأسیسات به شما اجازه می‌دهند تا از کنتورهای معمولی استفاده کنید که می‌توانند در جهت معکوس نیز حرکت کنند. در این صورت، کنتور برق زمانی که در حال دریافت برق از شبکه هستید، رو جلو می‌چرخد و هنگامی‌که سیستم شما در حال تزریق برق به شبکه است رو به عقب می‌چرخد.

 

سیستم سنج- سیستم سنج، عملکرد و وضعیت سیستم را سنجیده و نمایش می‌دهد. نقاط بررسی شده ممکن است شامل تولید برق توسط ماژول‌ها، برق مورد استفاده و شارژ باتری باشد. عملکرد سیستم بدون وجود سیستم سنج نیز میسر است ولی استفاده از آن‌ها شدیداً توصیه می‌شود. کنترل‌کننده‌های شارژ جدید شامل عملکردهای نظارتی سیستم شده است و ممکن است دیگر نیازی به استفاده از سیستم سنج نباشد.

 

مبدل «Inverter»

 

مبدل‌ها مسئول رسیدگی به چهار وظیفه اصلی در تنظیم برق هستند:

 

• تبدیل برق DC حاصل از ماژول‌های PV یا بانک باتری به برق AC

• تضمین اینکه فرکانس سیکل‌های برق AC برابر با 60 سیکل بر ثانیه باشد

• کاهش نوسانات ولتاژ

• تضمین اینکه شکل موج AC متناسب با کاربرد باشد یعنی یک موج خالص سینوسی برای سیستم‌های متصل به شبکه.

معیارهای انتخاب یک مبدل متصل به شبکه- عوامل زیر می‌بایست در خصوص مبدل متصل به شبکه مدنظر قرار گیرد:

 

• فهرست UL1741 مبدل برای استفاده در کاربرد تعامل با شبکه

• ولتاژ جریان DC ورودی از آرایه خورشیدی یا بانک باتری

• پنجره توان DC حاصل از آرایه PV

• مشخصه‌هایی که نشان‌دهنده کیفیت مبدل باشد نظیر فرکانس بالا و فرکانس مناسب و تنظیم ولتاژ

• ویژگی‌های دیگر مبدل شامل اندازه‌گیرها، چراغ‌های نمایشگر، قطع‌کننده‌های ایمنی انتگرالی

• ضمانت‌نامه سازنده که معمولاً بین 10-5 سال باشد

• قابلیت ردگیری نقطه بیشترین توان «MPPT» که خروجی توان را به حداکثر می‌رساند.

 

اکثر مبدل‌های متصل به شبکه را می‌توان در فضای بیرونی نصب کرد، در حالی که اکثر مبدل‌های بدون اتصال به شبکه، ضدآب نیستند. اصولاً دو نوع مبدل دارای تعامل با شبکه وجود دارد: دسته‌ای که برای استفاده همراه با باتری‌ها طراحی شده‌اند و دسته دیگری که بدون استفاده از باتری‌ها طراحی گردیده‌اند.

 

کیفیت برق- مبدل‌های مخصوص سیستم‌های متصل به شبکه برق باکیفیت‌تری در مقایسه با شبکه تولید می‌کنند. در مورد اتصال به شبکه، مبدل باید دارای برچسبی باشد که بر روی آن «دارای تعامل با شبکه» نوشته شده باشد.

 

ولتاژ ورودی- ولتاژ ورودی DC مبدل می‌بایست با ولتاژ اسمی آرایه خورشیدی که معمولاً بین 235 تا 600 ولت برای سیستم‌های بدون باتری و 12، 24 یا 48 ولت برای سیستم‌های مبتنی بر باتری است، مطابقت داشته باشد.

 

توان خروجی AC- اندازه سیستم‌های متصل به شبکه، بیشتر مطابق با توان خروجی آرایه PV تنظیم می‌شود تا با نیازمندی‌های باری ساختمان. این امر به دلیل آن است که هرگونه نیاز برقی بیشتر از آنچه که سیستم PV متصل به شبکه قادر به تأمین است، به‌طور خودکار از شبکه دریافت می‌شود.

 

ظرفیت اضافه بار- نوسانات آغازین تجهیزاتی نظیر موتورها یکی از ملاحظات در تعیین اندازه مبدل‌های متصل به شبکه نیست. یک موتور در هنگام آغاز بکار، ممکن است تا هفت برابر توان اسمی برق دریافت کند. در مورد سیستم‌های متصل به شبکه این نوسان آغازی به‌طور خودکار از شبکه دریافت می‌شود.

 

 

 

تنظیم فرکانس و ولتاژ- مبدل‌های با کیفیت‌تر ولتاژ و فرکانس خروجی تقریباً ثابتی تولید خواهند کرد.

 

راندمان- مبدل‌های جدید که به‌طور رایج در سیستم‌های مسکونی و تجاری کوچک بکار برده می‌شوند، راندمان اسمی حداکثری 92% تا 94% دارند. شرایط میدانی واقعی منجر به کاهش در راندمان کلی به حدود 88% تا 92% می‌شود. مبدل‌ها برای سیستم‌های مبتنی بر باتری، راندمان‌های نسبتاً کمتری دارند.

 

قطع‌کننده‌های ایمنی یکپارچه- قطع‌کننده AC در اکثر مدل‌های مبدل ممکن است الزامات الکتریکی را برآورده نسازد؛ بنابراین از یک قطع‌کننده AC خارجی جداگانه ممکن است استفاده شود حتی اگر یک قطع‌کننده نیز در مبدل درنظر گرفته شده باشد. تمامی مبدل‌هایی که در فهرست UL برای اتصال شبکه آورده شده‌اند، شامل هر دو قطع‌کننده DC (ورودی PV) و AC (خروجی مبدل) هستند. در مبدل‌های بهتر، بخش مبدل را می‌توان به‌طور جداگانه از قطع‌کننده‌های DC و AC جدا کرده و تعمیر آن را سهولت بخشید.

 

ردگیری نقطه بیشترین توان «MPPT»- مبدل‌های جدید بدون باتری شامل ردگیری نقطه بیشتری توان می‌شوند. MPPT به‌طور خودکار ولتاژ سیستم را به‌گونه‌ای تنظیم می‌کند که آرایه PV در بیشترین نقطه توان خود فعالیت کند. در مورد سیستم‌های مبتنی بر باتری، این ویژگی اخیراً در مورد کنترل‌کننده‌های شارژ بهتر گنجانده شده است.

 

شارژکننده‌های مبدل- در مورد سیستم‌های مبتنی بر باتری، مبدل‌هایی با یک کنترل‌کننده شارژ ادغام شده در کارخانه سازنده در دسترس هستند که تحت عنوان شارژکننده‌های مبدلی از آن‌ها یاد می‌شود. اطمینان پیدا کنید که یک شارژکننده‌های مبدلی استفاده کنید که مناسب برای اتصال به شبکه باشد. در صورت خاموشی شبکه برق، استفاده از یک شارژکننده‌های مبدلی که مناسب برای اتصال به شبکه نباشد، می‌تواند منجر به شارژ بیش از حد و آسیب رساندن به باتری یا اصطلاحاً «پختن باتری‌ها» گردد.

 

جاری ساختن خودکار بار- در مورد سیستم‌های مبتنی بر باتری، مبدل می‌تواند به‌طور خودکار هرگونه بار غیرضروری را در صورت خاموشی شبکه برق جاری نماید. بارهای خورشیدی یا به عبارت دیگر بارهایی که منجر به برق‌رسانی در حین خاموشی شبکه می‌شوند، به تابلوی برق فرعی جداگانه‌ای متصل می‌گردند. یک سیستم مبتنی بر باتری می‌بایست طوری طراحی شود که به این بارهای بحرانی برق‌رسانی کند.

 

ضمانت‌نامه- مبدل‌ها معمولاً دارای ضمانت‌نامه 5 ساله هستند، اگرچه این صنعت در حال پیشروی به‌سوی ضمانت‌نامه‌های 10 ساله است. ترنسفرمر و اجزاء حالت جامد مبدل هر دو در معرض گرمایش بیش از حد و آسیب‌های ناشی از نوسانات ناگهانی توان هستند که از عمر آن می‌کاهد. مبدل‌های بدون ترنسفرمر که مدت‌ها است در اروپا در دسترس قرار دارند، در حال ورود به بازارهای ایالات‌متحده نیز هستند.

 

موارد مهم در زمان بررسی مبدل‌ها- مطالب زیادی درباره تعیین اندازه و انتخاب مبدل‌ها برای سیستم‌های بدون اتصال به شبکه مطرح شده‌اند، ولی ممکن است به‌وضوح بیان نکنند که مختص سیستم‌های بدون اتصال به شبکه هستند. تعیین اندازه و انتخاب مبدل‌های متصل به شبکه شامل ملاحظات متفاوتی بوده و ساده‌تر هستند، زیرا سیستم نیازی ندارد تا 100% نیازمندی‌های انرژی را تأمین کند. به‌طور خاص، نیازی نیست تقاضای انرژی بیشینه و ظرفیت نوسان بار برای سیستم‌های متصل به شبکه در نظر گرفته شوند.

 

قطع‌کننده‌ها «Discconect»

 

قطع‌کننده‌های ایمنی خودکار و دستی، از سیم‌ها و اجزاء مختلف در برابر نوسانات برق و سایر خرابی‌های تجهیزات حفاظت می‌کنند. آن‌ها همچنین تضمین می‌کنند که سیستم قادر است به‌طور ایمن خاموش شده و اجزاء آن به‌منظور تعمیر و نگهداری جدا شوند. در مورد سیستم‌های متصل به شبکه، قطع‌کننده‌های ایمنی تضمین می‌کنند که تجهیزات مولد از شبکه جدا شده‌ باشند که این موضوع برای امنیت کارکنان برق ضروری است. به‌طور کلی، یک قطع‌کننده برای هر منبع توان یا دستگاه ذخیره‌سازی انرژی در سیستم مورد نیاز است.

 

در مورد هریک از عملکردهای فهرست شده در زیر، استفاده از یک قطع‌کننده مجزا همواره هم الزامی نیست. به‌عنوان مثال، چنانچه یک مبدل در فضای بیرونی واقع شده باشد، یک قطع‌کننده DC واحد قادر است هم عملکرد قطع‌کننده DC و هم عملکرد قطع‌کننده AC را انجام دهد. با این وجود، پیش از حذف کردن یک قطع‌کننده مجزا، بررسی کنید که منجر به شرایط ناایمن در هنگام اجرای عملیات تعمیر و نگهداری بر روی هر کدام از اجزاء سیستم نشود. همچنین راحتی موقعیت قرارگیری قطع‌کننده را نیز در نظر بگیرید. اگر موقعیت قرارگیری قطع‌کننده‌ راحت نباشد، ممکن است باعث شود که برق در حین تعمیر و نگهداری قطع نشود، و منجر به مخاطرات ایمنی ‌گردد.

 

قطع‌کننده DC آرایه- این قطع‌کننده که قطع‌کننده PV نیز نامیده می‌شود، به‌منظور قطع ایمن جریان برق از آرایه PV به‌منظور تعمیر و نگهداری یا عیب‌یابی مورد استفاده قرار می‌گیرد. قطع‌کننده DC آرایه ممکن است دارای قطع‌کننده‌ها یا فیوزهای مداری یکپارچه به‌منظور حفاظت در برابر نوسانات توان نیز باشد.

 

قطع‌کننده DC مبدل- قطع‌کننده DC مبدل همراه با قطع‌کننده AC مبدل به‌منظور قطع ایمن مبدل از مابقی سیستم به کار برده می‌شود. در موارد زیادی، قطع‌کننده DC مبدل به‌عنوان قطع‌کننده DC آرایه نیز استفاده می‌شود.

 

قطع‌کننده AC مبدل- قطع‌کننده AC مبدل، سیستم PV را از سیم‌کشی برق ساختمان و همچنین از شبکه جدا می‌سازد. قطع‌کننده AC در موارد متعدد در داخل تابلوی برق اصلی ساختمان نصب می‌شود. با این وجود، اگر مبدل در نزدیکی تابلوی برق نصب نشده باشد، یک قطع‌کننده AC اضافی می‌بایست در نزدیکی مبدل نصب گردد.

 

قطع‌کننده AC خارجی- شبکه برق به‌طور معمول نیازمند یک قطع‌کننده AC خارجی است که قابل قفل شدن بوده، تیغه‌های قابل رؤیت داشته و در نزدیکی کنتور برق نصب شده و قابل دسترسی کارکنان شبکه برق باشد. قطع‌کننده AC که در داخل تابلوی برق نصب شده و جزء جدایی‌ناپذیر از مبدل است، این الزام را برآورده نمی‌سازد. یک راه دیگر که برای برخی شبکه‌های برق به‌عنوان قطع‌کننده AC قابل قبول است، جدا ساختن کنتور است، هرچند که کاری عادی تلقی نمی‌شود. پیش از خرید تجهیزات با مسئولین شبکه برق در خصوص تعیین الزامات آن‌ها برای اتصال داخلی مشورت کنید.

 

قطع‌کننده DC باتری- در یک سیستم مبتنی بر باتری، قطع‌کننده DC باتری به‌منظور قطع ایمنی بانک باتری از مابقی سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

بانک باتری «Battery Bank»

 

باتری‌ها به ذخیره انرژی الکتریکی جریان مستقیم برای استفاده‌های بعدی می‌پردازند. با این حال، این ذخیره‌سازی انرژی هزینه‌هایی هم دارد زیرا باتری‌ها منجر به کاهش راندمان و خروجی سیستم PV معمولاً به‌اندازه 10% در خصوص باتری‌های سربی- اسیدی می‌شوند. باتری‌ها همچنین بر پیچیدگی و هزینه سیستم می‌افزایند.

 

انواع باتری‌های رایج مورد استفاده برای سیستم‌های PV عبارتند از

 

• باتری‌های سربی- اسیدی

• غرقابی «Flooded» (یا تخلیه مایع)

• مهروموم شده «Sealed» (یا اسیدی سربی تنظیم شده با سوپاپ)

• حفاظ شیشه‌ای جاذب

• سلول ژلی

• باتری‌های قلیایی

• نیکل- کادمیوم

• نیکل- آهن

 

باتری‌های سربی- اسیدی- به‌طور کلی باتری‌های سربی- اسیدی رایج‌ترین نوع در سیستم‌های PV بوده و باتری‌های سربی اسیدی مهروموم شده رواج بیشتری در سیستم‌های متصل به شبکه دارند. باتری‌های مهروموم شده، ضد نشت بوده و نیازمند سرویس‌های دوره‌ای نیستند. باتری‌های سربی- اسیدی غرقابی معمولاً ارزان‌تر بوده ولی نیازمند افزودن آب مقطر در فواصل دوره‌ای حداقل ماهانه به‌منظور تأمین مجدد آب از دست رفته در حین فرآیند شارژ عادی هستند.

 

دو نوع باتری سربی اسیدی مهروموم شده وجود دارد: حفاظ شیشه‌ای جاذب مهروموم شده «AGM» و سلول ژلی. باتری‌های سربی- اسیدی AGM تبدیل به استاندارد صنعتی شده‌اند زیرا نیازی به تعمیر و نگهداری نداشته و به‌طور خاص مناسب سیستم‌های متصل به شبکه‌ای هستند که باتری‌ها در وضعیت شارژ کامل نگه داشته می‌شوند. باتری‌های سلول ژلی که برای مقاومت در برابر یخ‌زدگی طراحی ‌شده‌اند، معمولاً انتخاب خوبی نیستند زیرا هرگونه شارژ بیش از اندازه منجر به آسیب‌دیدگی دائم آن‌ها می‌گردد.

 

باتری‌های قلیایی- به دلیل هزینه نسبتاً زیاد این نوع باتری‌ها، معمولاً تنها در مورد شرایطی که انتظار دمای بسیار پایین (°F50- یا کمتر) می‌رود یا در مورد برخی کاربردهای تجاری و صنعتی خاص توصیه می‌شوند که نیازمند مزایای بیشتری نسبت به باتری‌های سربی- اسیدی هستند. این مزایا شامل مقاومت در برابر یخ‌زدگی یا دماهای زیاد، الزامات تعمیر و نگهداری اندک و توانایی تخلیه شارژ کامل یا بیش از حد شارژ شدن بدون آسیب‌دیدگی هستند.

 

تعیین اندازه بانک باتری‌ها- در مورد سیستم‌های متصل به شبکه، اندازه باتری‌های معمولاً برای مدت ‌زمان‌های نسبتاً کوتاه، معمولاً در حد 8 ساعت تعیین می‌شوند. البته بسته به نیازهای خاص یک ساختمان و طول خاموشی‌های برق مورد انتظار ممکن است اندازه آن‌ها فرق کند. در مقابل، اندازه بانک‌های باتری مربوط به سیستم‌های نامتصل به شبکه معمولاً به‌اندازه یک تا سه روز ابری تعیین می‌شوند.

 

تعامل با ماژول‌های خورشیدی- آرایه خورشیدی می‌بایست ولتاژ بیشتری نسبت به بانک باتری داشته باشد تا بتواند باتری‌های را کاملاً شارژ کند. در مورد سیستم‌های با باتری پشتیبان، به ولتاژ اسمی ماژول که تحت عنوان نقطه توان ماکزیمم «V_mpp» در مشخصات الکتریکی نیز شناخته می‌شود، توجه کافی مبذول نمایید. ضروری است که ولتاژ مربوطه نسبت به ولتاژ باتری شارژ شده به‌اندازه کافی زیاد باشد. به‌عنوان مثال، ولتاژهای اسمی بین V5/16 و V5/17 برای یک سیستم V12 با استفاده از باتری‌های سربی- اسیدی مایع مرسوم هستند. در خصوص فاصله‌های سیم‌کشی بیشتر بین ماژول‌ها و کنترل‌کننده شارژ و بانک باتری، ولتاژهای زیادتری نیاز است.

 

کنترل‌کننده شارژ

 

کنترل‌کننده شارژ که گاهی تحت عنوان کنترل‌کننده فتوولتائیک یا شارژر باتری از آن یاد می‌شود، فقط در سیستم‌های دارای باتری پشتیبان نیاز است. عملکرد اصلی یک کنترل‌کننده شارژ، پیشگیری از شارژ بیش‌ازاندازه باتری‌ها است. اکثر آن‌ها همچنین شامل یک قطع‌کننده کم ولتاژ هستند که از تخلیه شارژ بیش‌ازاندازه باتری‌ها نیز جلوگیری می‌کنند. بعلاوه، کنترل‌کننده‌های شارژ مانع از تخلیه شارژ به عقب به‌سوی ماژول‌های خورشیدی در شب‌ها می‌شوند. برخی کنترل‌کننده‌های شارژ شامل ردگیری نقطه توان ماکزیمم می‌شوند که خروجی آرایه PV را بهینه ساخته و انرژی تولیدی آن را می‌افزایند.

 

انواع کنترل‌کننده‌های شارژ- اصولاً دو نوع کنترل‌کننده وجود دارد: موازی و سری. کنترل‌کننده موازی، جریان را از باتری‌های کاملاً شارژ شده کنار زده و از طریق یک ترانزیستور توان یا گرم‌کن مقاومتی عبور می‌دهد که توان اضافی به گرما تبدیل شود. کنترل‌کننده‌های موازی ساده و ارزان هستند ولی فقط برای سیستم‌های بسیار کوچک طراحی می‌شوند. کنترل‌کننده‌های سری ممکن است از نوع تک‌مرحله‌ای یا پالسی باشند. کنترل‌کننده‌های تک مرحله‌ای کوچک و ارزان بوده و ظرفیت تحمل بار بیشتری در مقایسه با کنترل‌کننده‌های نوع موازی دارند. کنترل‌کننده‌های پالسی و نوعی کنترل‌کننده موازی که تحت عنوان کنترل‌کننده چندمرحله‌ای (مثلاً سه مرحله‌ای) نامیده می‌شوند، دارای روال‌هایی هستند که نرخ شارژ باتری‌ها را بهینه می‌سازد تا طول عمر باتری افزایش یابد. اکثر کنترل‌کننده‌های شارژ در حال حاضر سه مرحله‌ای هستند. این شارژکننده‌ها به‌طور چشمگیری بر طول باتری می‌افزایند.

 

گزینش- کنترل‌کننده‌های شارژ بر اساس معیارهای زیر انتخاب می‌شوند:

 

• ولتاژ آرایه PV – ولتاژ DC ورودی کنترل‌کننده می‌بایست با ولتاژ اسمی آرایه خورشیدی مطابقت داشته باشد.

• جریان آرایه PV- اندازه کنترل‌کننده می‌بایست به‌گونه‌ای تعیین شود که قادر به کنترل ماکزیمم جریان تولیدی توسط آرایه PV باشد.

 

تعامل با مبدل- از آنجا که اکثر کنترل‌کننده‌های شارژی در سیستم‌های بدون اتصال به شبکه نصب‌ شده‌اند، تنظیمات پیش‌فرض آن‌ها ممکن است مناسب سیستم متصل به شبکه نباشد. کنترل‌کننده شارژ می‌بایست به‌گونه‌ای نصب و تنظیم شود که با عملکرد صحیح مبدل تداخل نداشته باشد. به‌طور خاص، کنترل‌کننده می‌بایست به‌گونه‌ای نصب و تنظیم شود که شارژ باتری‌ها از آرایه PV نسبت به شارژ آن‌ها از طریق شبکه اولویت داشته باشد. به‌منظور اطلاعات بیشتر با سازنده تماس بگیرید.

 

تعامل با باتری‌ها- کنترل‌کننده شارژ می‌بایست به‌گونه‌ای انتخاب شود که جریان شارژ مناسب برای نوع باتری‌های مورد استفاده در سیستم را تحویل نماید. به‌عنوان مثال، در یک سیستم V12، باتری‌های سربی- اسیدی غرقابی دارای ولتاژ V6/14 تا V0/15 در هنگام شارژ کامل هستند درحالی‌که باتری‌های سربی- اسیدی مهروموم شده در ولتاژ V1/14 بطور کامل شارژ می‌شوند. در خصوص الزامات شارژ باتری‌های خاص به سازنده باتری مراجعه کنید.