چگونه انرژی خورشیدی به برق تبدیل می‌شود

چگونه انرژی خورشیدی به برق تبدیل می‌شود

برای اینکه یک سیستم سولارسل (پنل خورشیدی) بتواند برق تولید و بهطور مؤثر مورد استفاده قرار گیرد، شامل چند بخش اساسی است. این بخشها بهطور هماهنگ با هم کار میکنند تا انرژی خورشیدی را به برق قابلاستفاده تبدیل کنند. در زیر اجزای اصلی سیستم توضیح داده شده است:

یک سیستم خورشیدی از اجزای مختلفی تشکیل شده است که هر کدام نقش خاصی در تولید، ذخیرهسازی و استفاده از انرژی خورشیدی ایفا میکنند. در ادامه، بخشهای اصلی این سیستم و توضیحات مربوط به هر کدام ارائه شده است:

1. پنلهای خورشیدی (Solar Panels) پنلهای خورشیدی وظیفه دریافت انرژی خورشیدی و تبدیل آن به جریان مستقیم (DC) را بر عهده دارند. این پنلها معمولاً از سلولهای فتوولتائیک ساخته شدهاند و بسته به نوعشان (مونوکریستالین، پلیکریستالین، یا فیلم نازک) دارای راندمان و ویژگیهای متفاوتی هستند.
2. اینورتر (Inverter) اینورتر، جریان مستقیم (DC) تولیدشده توسط پنلها را به جریان متناوب (AC) تبدیل میکند تا بتوان از آن در وسایل برقی خانگی و صنعتی استفاده کرد. اینورترها در انواع مختلفی مانند استرینگ اینورتر، میکرو اینورتر و اینورترهای هیبریدی وجود دارند که هر کدام کاربرد خاص خود را دارند.
3. باتریها (Batteries) در سیستمهای خورشیدی مستقل از شبکه یا هیبریدی، باتریها انرژی اضافی تولیدشده را ذخیره میکنند تا در زمانهای کمتابش خورشید یا در طول شب از آن استفاده شود. انواع مختلفی از باتریها شامل لیتیوم-یون، سرب-اسید، و فناوریهای جدیدتر مانند باتریهای حالتجامد در این سیستمها به کار میروند.
4. شارژ کنترلر (Charge Controller) شارژ کنترلر بین پنلهای خورشیدی و باتریها قرار میگیرد و وظیفه تنظیم جریان و ولتاژ ورودی به باتریها را دارد تا از شارژ بیشازحد یا تخلیه عمیق باتری جلوگیری کند. این کنترلرها در دو نوع PWM و MPPT موجود هستند که MPPT راندمان بالاتری دارد.
5. ساختار نگهدارنده (Mounting Structure) این ساختار، پنلهای خورشیدی را در زاویه مناسب نگه میدارد تا جذب نور خورشید بهینه شود. این سازهها میتوانند ثابت یا متحرک (ردیاب خورشیدی) باشند که نوع متحرک، کارایی سیستم را افزایش میدهد.
6. کابلها و اتصالات (Cables and Wiring) کابلهای مورد استفاده در سیستمهای خورشیدی باید استاندارد باشند تا انرژی را با حداقل تلفات و بهصورت ایمن منتقل کنند. کابلهای DC بین پنلها و اینورتر، و کابلهای AC برای اتصال اینورتر به شبکه یا مصرفکنندهها بهکار میروند.
7. متر برق (Energy Meter) این دستگاه برای اندازهگیری میزان انرژی تولیدشده توسط پنلهای خورشیدی و مقدار مصرفشده یا ارسالشده به شبکه در سیستمهای متصل به شبکه (Grid-tied) استفاده میشود.
8. سیستم نظارتی (Monitoring System) این سیستم دادههای مربوط به تولید انرژی، عملکرد تجهیزات، و راندمان سیستم را ثبت و نمایش میدهد. مانیتورینگ میتواند از طریق نمایشگرهای محلی یا نرمافزارهای ابری انجام شود.
9. شبکه برق (Grid) در سیستمهای متصل به شبکه، انرژی مازاد میتواند به شبکه سراسری تزریق شود و در مواقعی که تولید انرژی کافی نیست، برق از شبکه تأمین گردد. این روش با سیاستهای خرید برق (Net Metering) امکان درآمدزایی از انرژی مازاد را فراهم میکند.

این بخشها در کنار هم یک سیستم خورشیدی کامل را تشکیل میدهند و بسته به نوع پروژه، برخی اجزا ممکن است اضافه یا حذف شوند.

1. پنلهای خورشیدی (Solar Panels)

• کاربرد: این پنلها انرژی نور خورشید را دریافت کرده و آن را به جریان مستقیم (DC) تبدیل میکنند.
• ساختار: از سلولهای فتوولتائیک (PV) تشکیل شدهاند که معمولاً از سیلیکون ساخته میشوند.
• انواع: مونوکریستالین (Monocrystalline): بازدهی بالاتر و طول عمر بیشتر. پلیکریستالین (Polycrystalline): هزینه کمتر با بازدهی کمی پایینتر. لایه نازک (Thin-Film): سبکتر و ارزانتر، اما با کارایی پایینتر.

2. اینورتر (Inverter)

• کاربرد: جریان مستقیم (DC) تولید شده توسط پنلها را به جریان متناوب (AC) تبدیل میکند که برای استفاده در خانهها و صنایع ضروری است.
• انواع: اینورترهای متمرکز (Central Inverters): برای سیستمهای بزرگ. میکرو اینورترها (Micro Inverters): برای سیستمهای کوچکتر که به هر پنل جداگانه متصل میشوند.
• وظایف اضافی: مدیریت انرژی، هماهنگی با شبکه برق، و افزایش بازدهی سیستم با استفاده از فناوریهایی مانند MPPT.

3. باتریها (Battery) – در صورت نیاز

• کاربرد: انرژی اضافی تولیدشده را ذخیره میکنند تا در زمانهایی که تولید خورشیدی کم است (مثل شب یا روزهای ابری) مورد استفاده قرار گیرد.
• انواع: باتریهای سرب-اسید (Lead-Acid): ارزانتر اما با طول عمر کمتر. باتریهای لیتیوم-یونی (Lithium-Ion): گرانتر اما با کارایی و طول عمر بیشتر.
• نیاز: سیستمهایی که مستقل از شبکه (off-grid) هستند یا نیاز به ذخیرهسازی انرژی دارند.

4. شارژ کنترلر (Charge Controller) – در سیستمهای با باتری

• کاربرد: ولتاژ و جریان خروجی از پنلها به باتریها را تنظیم میکند تا از آسیب دیدن باتریها جلوگیری شود.
• وظایف اصلی: جلوگیری از شارژ بیشازحد باتری. مدیریت فرآیند دشارژ باتری. حفاظت از باتری در برابر نوسانات ولتاژ.
• انواع: PWM (Pulse Width Modulation): سادهتر و ارزانتر. MPPT (Maximum Power Point Tracking): کارآمدتر و مناسب برای سیستمهای بزرگتر.

5. ساختار نگهدارنده پنلها (Mounting Structure)

• کاربرد: پنلها را در موقعیت مناسب و زاویهای که بیشترین بهرهوری را از تابش خورشید داشته باشند، نگه میدارد.
• انواع: ثابت (Fixed): زاویه پنلها تغییر نمیکند. متحرک (Tracking): زاویه پنلها در طول روز با حرکت خورشید تغییر میکند تا حداکثر تابش را جذب کند.

6. کابلها و اتصالات (Cables and Wiring)

• کاربرد: اتصال اجزا به یکدیگر برای انتقال برق تولیدی.
• ویژگیها: کابلهای مقاوم در برابر اشعه فرابنفش (UV) و شرایط آبوهوایی. استفاده از اتصالات با کیفیت بالا برای جلوگیری از اتلاف انرژی.

7. متر برق (Energy Meter) – برای سیستمهای متصل به شبکه (Grid-tied)

• کاربرد: اندازهگیری انرژی تولیدشده توسط پنلها و انرژی مصرفی از شبکه برق.
• انواع: Net Metering: میزان انرژی ارسالشده به شبکه و مصرفشده از شبکه را اندازهگیری میکند. Smart Meter: قابلیت مدیریت دادهها و کنترل از راه دور دارد.

8. سیستم نظارتی (Monitoring System)

• کاربرد: بررسی عملکرد سیستم، میزان تولید انرژی و تشخیص مشکلات احتمالی.
• ویژگیها: مانیتورینگ آنلاین: از طریق اپلیکیشن یا نرمافزار. بررسی راندمان سیستم و تحلیل دادهها.

9. شبکه برق (Grid) – در صورت استفاده از سیستم متصل به شبکه

• کاربرد: انتقال انرژی اضافی تولیدشده توسط سیستم به شبکه برق یا دریافت انرژی از شبکه در مواقع نیاز.
• ویژگیها: سیستمهای grid-tied انرژی اضافی را به شبکه میفرستند و از شبکه به عنوان پشتیبان استفاده میکنند.

در تجارت سولارسل و واردات آن، علاوه بر سولارپنل، سایر بخشهای سیستم نیز سهم مهمی در تأمین مالی و هزینههای کلی دارند. هزینهها میتوانند بسته به نوع سیستم (off-grid، grid-tied، hybrid) و نیاز مشتری متفاوت باشند. در جدول زیر سهم تقریبی هر بخش در تأمین مالی آورده شده است:

در یک سیستم خورشیدی، هزینه تأمین مالی بین اجزای مختلف توزیع میشود. هر بخش سهم خاصی از کل هزینه را به خود اختصاص میدهد که بسته به نوع پروژه و مشخصات فنی متغیر است. در ادامه، سهم تقریبی هر بخش در تأمین مالی سیستم خورشیدی توضیح داده شده است:

1. پنلهای خورشیدی (Solar Panels) – 40% تا 50% این بخش اصلی سیستم، مستقیماً انرژی خورشیدی را جذب کرده و به جریان الکتریسیته تبدیل میکند. قیمت پنلها وابسته به کیفیت و فناوری ساخت آنها است. پنلهای مونوکریستال معمولاً گرانتر ولی دارای راندمان بالاتری نسبت به پنلهای پلیکریستال هستند.
2. اینورتر (Inverter) – 15% تا 20% اینورترها یکی از مهمترین اجزای سیستم هستند که جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) تبدیل میکنند. هزینه آنها بستگی به ظرفیت سیستم و نوع اینورتر (متمرکز یا میکرو اینورتر) دارد.
3. باتریها (Batteries) – 20% تا 30% در سیستمهای مستقل از شبکه (off-grid) و هیبریدی، باتریها نقش کلیدی در ذخیرهسازی انرژی دارند. باتریهای لیتیوم-یونی با وجود هزینه بالاتر، عمر مفید طولانیتر و عملکرد بهتری نسبت به باتریهای سرب-اسیدی دارند.
4. شارژ کنترلر (Charge Controller) – 5% تا 10% این دستگاه برای مدیریت جریان و ولتاژ بین پنلها و باتریها استفاده میشود. هزینه شارژ کنترلر بستگی به نوع آن دارد؛ شارژ کنترلرهای MPPT گرانتر ولی راندمان بالاتری نسبت به نوع PWM دارند.
5. ساختار نگهدارنده (Mounting Structure) – 5% تا 10% این ساختار شامل فریمهای فلزی یا آلومینیومی برای نصب و استقرار پنلها در زاویه مناسب است. هزینه آن به شرایط محیطی، نوع نصب (روی سقف یا روی زمین) و جنس متریال بستگی دارد.
6. کابلها و اتصالات (Cables and Wiring) – 5% تا 10% شامل کابلهای مقاوم در برابر حرارت، رطوبت و اشعه UV همراه با اتصالات استاندارد است که برای انتقال انرژی بین اجزای سیستم استفاده میشوند. کیفیت کابلها نقش مهمی در کاهش تلفات انرژی دارد.
7. متر برق (Energy Meter) – 1% تا 3% در سیستمهای متصل به شبکه (grid-tied) از متر برق برای اندازهگیری میزان انرژی تولیدی و میزان انرژی انتقالیافته به شبکه استفاده میشود.
8. سیستم نظارتی (Monitoring System) – 1% تا 3% شامل نرمافزارها یا دستگاههای مانیتورینگ است که برای نظارت بر عملکرد سیستم، بررسی راندمان، و کنترل از راه دور مورد استفاده قرار میگیرد.
9. شبکه برق (Grid) – وابسته به پروژه در سیستمهای متصل به شبکه، هزینه اتصال به شبکه ممکن است توسط مشتری، دولت، یا تأمینکننده برق پوشش داده شود. این هزینه بسته به سیاستهای کشور و پروژه ممکن است متغیر باشد.

این توزیع هزینهها نشان میدهد که پنلهای خورشیدی و باتریها بیشترین سهم مالی را در یک سیستم خورشیدی دارند، در حالی که اجزای دیگر نیز هزینههای مهمی را شامل میشوند که در انتخاب سیستم باید در نظر گرفته شوند.

نکات مهم:

1. پنلهای خورشیدی و باتریها معمولاً بیشترین هزینه را در بر میگیرند.
2. سهم هزینههای اینورتر و ساختار نگهدارنده بستگی به نوع پروژه و مقیاس آن دارد.
3. برای واردکنندگان، توجه به تأمین اجزای با کیفیت و قیمت مناسب برای رقابت در بازار بسیار حیاتی است.
4. قیمت حمل و نقل نیز باید در محاسبات کلی در نظر گرفته شود، بهویژه برای واردات از چین.