کاربردهای مختلف سیستم های خورشیدی(فتوولتائیک)

سیستم‌های فتوولتائیک جهت مصارف عمومی و کشاورزی، بصورت نیروگاه های مستقل از شبکه سراسری یا سیستم های متصل به شبکه سراسری با ساختار نصب ثابت و یا متحرک در واحدهای کوچک با توان پائین جهت تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز ماشین حساب‌های کوچک تا سیستم‌های بزرگ نیروگاهی، به کار می رود.
در خصوص سیستم های متحرک می بایست متذکر شد که، مزیت آن امکان ردیابی خورشید و افزایش انرژی الکتریکی حاصل از تابش خورشید در طی روزپمپاژ می باشد. باوجود این مطلب، بدلیل افزایش احتمال خرابی درسیستم مکانیکی، نیاز به انرژی الکتریکی جهت به حرکت درآوردن سازه درکاربردهای کوچک و پراکنده توصیه نمی گردند. تنها در تعدادی از نیروگاه های برق خورشیدی (فتوولتائیک) در جهان از این نوع سازه استفاده شده است.
روش های بکارگیری سیستم های فتوولتائیک
۱- سیستم های متصل به شبکه سراسری برق ( Grid Connected )      
 سیستم‌های فتوولتائیک متصل به شبکه می‌توانند در نما یا پشت بام ساختمان‌ها، سایه‌بان پارکینگ‌ها و یا به صورت یک نیروگاه با هدف تزریق حداکثر توان تولیدی خود به شبکه، نصب و مورد بهره‌برداری قرار گیرند. استفاده از چنین سیستم‌هایی منجر به تقویت شبکه سراسری برق، جلوگیری از فشار الکتریکی وارد بر نیروگاه‌ها در طی روز، پیک‌زدایی از بار شبکه با توجه به حداکثر میزان تولید در طول روز و افزایش ظرفیت شبکه می‌گردد. در این روش، انرژی الکتریکی حاصل از سیستم فتوولتائیک (با استفاده از تجهیزات الکتریکی مبدل جریان مستقیم به جریان متناوب، همچون اینورترهای متصل به شبکه و ...) ضمن تغییر شکل و تطبیق سطح ولتاژ و فرکانس انرژی الکتریکی حاصل ازسیستم فتوولتائیک، با مشخصات سطح ولتاژ، اختلاف فاز، فرکانس و...  شبکه سراسری به شبکه سراسری برق تزریق می گردد.با استفاده از نیروگاه های فتوولتائیک متصل به شبکه سراسری بصورت متمرکز و یا غیرمتمرکز (ضمن تقویت انرژی جاری در شبکه توزیع)، بدلیل تزریق ولتاژ و جریان مانع افت ولتاژ شبکه توزیع گردیده و در نتیجه از فشار بر روی نیروگاه ها در طی روز جلوگیری نمود. این امر به مثابه این است که هر مشترک شبکه سراسری برق، با نصب سیستم متصل به شبکه، خود بعنوان یک تولید کننده پراکنده کوچک (DG)، بصورت نیروگاهی کوچک عمل نماید. در این روش علاوه بر تامین بخشی از انرژی الکتریکی مورد نیاز مصرف کننده، انرژی الکتریکی (مازاد بر مصرف) به شبکه سراسری برق تزریق می شود.
۲-  سیستم های مستقل از شبکه سراسری برق ( Stand Alone )  
تأمین انرژی الکتریکی ایستگاه های مخابراتی و تلویزیونی، خانه های مسکونی، چادرهای عشایری، کلبه های روستایی و بصورت کلی رفع نیاز انرژی الکتریکی مناطقی که فاقد شبکه سراسری برق می باشند. این بخش سهم بالایی از سیستم های مستقل از شبکه را در جهان به خود اختصاص داده است. این روش از محبوب ترین و شاید ساده ترین روش در پیکربندی سیستم های برق خورشیدی باشد در این روش با استفاده از پنل خورشیدی و چند عدد باتری برق مورد نیاز مکان هایی که امکان استفاده از برق شهری را ندارند فراهم می گردد و این شاید مهمترین علت استفاده و توسعه سلول های فتوولتائیک باشد.در واقع با استفاده از آرایه ای از سلول های فتوولتائیک برق تولید شده توسط شارژ کنترلر در باتری خورشیدی ذخیره می گردد و این انرژی ذخیره شده توسط مصرف کننده های DC و AC در ساعت های مختلف شبانه روز مصرف می شود.در بسیاری از کشورهای جهان (بویژه درحال توسعه جهت تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز روستاهای فاقد برق از این سیستم استفاده می گردد، بطور مثال در سال ۲۰۰۷ کشور اندونزی برق رسانی به ۱۵۰۰۰ خانوار روستایی را از این طریق آغاز نموده است). عدم نیاز به سوخت و مشکلات سوخت رسانی بویژه در مناطق صعب العبور و عدم نیاز به تعمیر و نگهداری مداوم و طول عمر مناسب از جمله عمده مزایایی است که در رشد و توسعه این سیستم‌ها بویژه در نقاط محروم کشور نقش عمده و بسزایی دارد.
ساختارهای رایج در سیستم های فتوولتائیک
از رایج‌ترین ساختار‌های الکترونیک قدرت در سیستم‌های فتوولتائیک می‌توان به ساختارهای دو مرحله‌ای و تک مرحله‌ای اشاره کرد.
ساختار دو مرحله‌ای، در طبقه‌ی اول، شامل یک افزانیده‌ی DC-DC برای افزایش ولتاژ DC خروجی آرایه‌ی فتوولتائیک و اجرای ردیابی نقطه‌ی حداکثر توان MPPT  است. در طبقه‌ی دوم، یک اینورتر برای تولید ولتاژ AC سازگار با شبکه و کنترل ولتاژ و توان راکتیو قرار دارد.
ساختار تک مرحله‌ای، تنها شامل یک اینورتر بوده و در نتیجه از راندمان بالاتر، هزینه پایین‌تر و قابلیت اطمینان بالاتری نسبت به ساختار دو مرحله‌ای برخوردار است. با این حال بدون قابلیت افزایش ولتاژ DC توسط مبدل DC-DC، اینورتر منبع ولتاژ تک مرحله‌ای به ولتاژ DC بزرگتری نیازمند است و همچنین الگوریتم کنترلی آن پیچیده‌تر است.
 اهم کاربردهای سیستم های فتوولتائیک
۱. سیستم های تأمین برق مستقل از شبکه (تأمین برق خانه های مسکونی، چادرهای عشایری، کلبه های روستایی و بصورت کلی رفع نیاز الکتریکی مناطق فاقد شبکه سراسری برق می باشند)
۲. پمپاژخورشیدی (آب شرب، آبیاری، دامپروری، پرورش ماهی، جنگلها، مراتع، آبشخورحیوانات، آبنماها و…) یکی از کاربردهای موفق سیستم های فتوولتائیک، پمپاژ آب خورشیدی می باشد. افزایش تقاضا در این بخش نشان گر توانمندی و قابلیت کارکرد این سیستم می باشد. بطور مثال در سال ۲۰۰۶ در کشور مکزیک بیش از  ۸۰۰ عدد پمپ با توان تجمعی ۳۳ کیلووات و در بنگلادش بیش از ۵۰۰۰  عدد پمپ در سال ۲۰۰۵ و ۲۰۰۶  با مبلغ تجمعی ۲۱  میلیون دلار نصب و راه اندازی گردید و یا ۶/۶% از سیستم های فتوولتائیک نصب شده در کشور هند را سیستم های پمپ فتوولتائیک تشکیل می دهد.
۳. روشنایی خورشیدی (منازل مسکونی و مدارس، ایستگاه های بین راهی، تونل ها، فانوس های دریایی، چراغ های پارکی و ...) میزان روشنایی در شب یک امتیاز برای شهرهای بزرگ و صنعتی می باشد و بدون دسترسی به برق، تامین روشنایی به لامپ های دینامی و یا چراغ های نفتی محدود می گردد. یکی از راه حل های مناسب جهت تامین روشنایی مناسب جهت مناطق فاقد دسترسی به برق، استفاده از چراغ های خورشیدی می باشد که سالانه ده ها هزار نمونه از این سیستم در سراسر جهان نصب و راه اندازی می گردد.  این سیستم در تامین روشنایی منازل مسکونی و مدارس، ایستگاه های بین راهی، چراغ های راهنمایی و رانندگی، فانوس های دریایی و ... موثر واقع شده است. بگونه ای که تعداد بسیار زیادی از آن ها در کشور ما نیز در شهرها (بویژه تهران) و جاده های کشور نصب گردیده است.
۴. سیستم تغذیه کننده پرتابل (قابل حمل و نقل) همچون خودروهای خورشیدی، مصارف الکتریکی غیرصنعتی در ابزارهایی مانند، اسباب بازی ها، ماشین حساب های خورشیدی و... .قابلیت حمل و نقل سهولت در نصب و راه اندازی از جمله مزایای این سیستم ها می باشد که در رشد و توسعه آن نقش بسزایی دارد.
۵. حفاظت کاتدیک: بمنظور جلوگیری از پوسیدگی لوله های انتقال مواد اولیه، شیمیایی، نفت و گاز،  نشت مواد مذکور از لوله‌ها و جلوگیری از آلودگی محیط زیست استفاده از حفاظت کاتدیک فتوولتائیک یک راه حل مناسب و ساده جهت جلوگیری از این مسئله می باشد.

انواع باتری ها و عملکرد آنها/ باتری های مناسب برای سیستم های خورشیدی

باتری ها انرژی الکتریکی را به صورت شیمیایی در خود ذخیره می کنند. در سامانه های فتوولتاییک باتری خورشیدی وظیفه پشتیبانی در طول شب و در روزهای ابری را به عهده دارند. از آنجا که توان خروجی صفحات فتوولتاییک در طول روز متغییر می باشد، یک باتری ذخیره کننده می تواند یک منبع نسبتا ثابت برای تولید توان باشد. تا تغییرات نور تابیده شده به صفحات را جبران کند. مزیت دیگر استفاده از باتری در سیستم های خورشیدی تامین جریان راه اندازی موتور های الکتریکی است.از طرف دیگر باتری ها لوازمی با بهره دهی صد در صد نیستند و مقداری از انرژی را به صورت گرما در واکنش های شیمیایی، در طول شارژ و دشارژ از دست می دهند، برای جبران این انرژی تلف شده باید راندمان باتری را در طراحی سیستم خورشیدی لحاظ کرد.
انواع باتری از نظر ساختار
به طور کل می توان باتری ها را به دو دسته قابل شارژ و یک بار مصرف تقسیم کرد.
در زیر برخی از انواع باتری های یک بار مصرف آورده شده است:
•        Alkaline battery
•        Aluminium battery
•        Dry cell
•        Lithium battery
•        Mercury battery
در سیستم های فتوولتاییک باتری های یک بار مصرف جایگاهی نداشته و تنها از باتری های قابل شارژ در این سیستم ها استفاده می گردد. در زیر برخی از انواع باتری های قابل شارژ ذکر گردیده:
•        Lead-acid battery
•        Lithium-ion battery
•        Nickel-cadmium battery
•        Nickel-iron battery
•        Nickel metal hydride battery
•        Nickel-zinc battery
•        Sodium-ion battery
در اغلب سیستم های خورشیدی به علت پر هزینه بودن دیگر انواع باتری های قابل شارژ، از باتری های سرب اسید استفاده می شود، تنها در معدود موارد از باتری های خورشیدی نیکل کادمیوم یا انواع دیگر آن برای ذخیره انرژی استفاده می شود که کاربرد های خاص دارند.
باتری های سرب اسید را می توان به دو دسته تقسیم کرد:
۱- باتری سرب اسید تر (floaded lead acid battery)
۲-  باتری سرب اسید خشک (Valve Regulated Lead Acid Battery(VRLA)) یا (Sealed Lead Acid Battery(SLA))
باتری های خشک نیز به دو دسته تقسیم می شوند:
۱-  AGM  Battery
۲-  GEL Battery
باتری های قدیمی که در خودرو ها مورد استفاده قرار می گرفت از نوع سرب اسید تر می باشند. در این  نوع باتری خورشیدی از محلول آب اسید استفاده می شود و مزیت آن قیمت مناسب این نوع باتری است. همچنین این نوع باتری معایبی هم دارد که می توان به تعمیر و نگهداری مداوم و خطرات احتمالی استفاده از اسید را اشاره کرد.امروزه استفاده از باتری های خشک نسبت به باتری های تر به علت کاهش هزینه تعمیر و نگهداری افزایش یافته است.
انواع باتری از نظر کاربرد
شرکت های بزرگ باتری سازی، انواع گوناگون باتری را متناسب با کاربرد آن در اختیار مصرف کننده قرار می دهند. این باتری ها از نظر مواد سازنده تقریبا یکسان بوده و تنها از نظر ساختار و نحوه ی تولید با یکدیگر متفاوت می باشند.در زیر برخی از کاربردهای رایج باتری های سرب اسید ذکر گردیده:
•        GENERAL PURPOSE
•        DEEP CYCLE
•        SOLAR POWER
•        LONG LIFE STANDBY
•        HIGH RATE / UPS
•        ELECTRIC MOTOR
ویژگی های باتری سیستم های خورشیدی
باتری مورد استفاده در پنل خورشیدی به علت استفاده مداوم هر روزی از آنها در درجه اول باید دارای طول عمر بالا باشند. به طور کل طول عمر یک باتری بر حسب تعداد سیکل شارژ و دشارژ و میزان سطح دشارژ باتری بیان می شوددر سیستم های خورشیدی باتری خورشیدی در طول روز توسط پنل شارژ و در طول شب توسط مصرف کننده دشارژ می شوند. لذا هر شبانه روز یک سیکل شارژ و دشارژ برای باتری محسوب می شود. در نتیجه طول عمر باتری مذکور برابر ۱۵۰۰ روز که در حدود ۴ سال خواهد بود . در طراحی یک سیستم خورشیدی سطح دشارژ باتری توسط طراح باید به گونه ای در نظر گرفته شود که طول عمر باتری بسیار کوتاه نباشد. ویژگی مهم دیگر باتری های خورشیدی قابلیت دشارژ تا ظرفیت نامی آنها می باشد. (Deep Cycle) باتری های خودرو در صورتی که تنها چند بار به طور کامل دشارژ شوند طول عمر آنها بسیار کاهش می یابد و مستهلک خواهند شد. در سیستم های خورشیدی پس از روزهای ابری باتری ممکن است تا عمق ۸۰ درصد دشارژ شود و باتری باید قابلیت تامین بار را در این شرایط داشته باشد.
ویژگی باتری های مختلف
انواع باتری قابل دسترس که بیشترین سهم را در بازار دارند، شامل باتری های خودرو و همچنین باتری های مخصوص استفاده در دستگاه های UPS می باشد که به باتری ups شناخته می شوند. ویژگی باتری خودرو تامین جریان لحظه ای بسیار بالا در مدت زمان کم است. این ویژگی در باتری خودرو به علت استفاده از باتری در زمان استارت موتور فراهم گردیده تا جریان مورد نیاز استارتر را تامین کند. مدت زمان استفاده از باتری بسیار کوتاه و مدت زمان شارژ نسبتا طولانی است. در نتیجه استفاده از باتری خودرو در سیستم های خورشیدی کاملا غیر عاقلانه است.باتری های مورد استفاده در UPS به علت اینکه تنها در زمان های اضطراری و قطع برق مورد استفاده قرار می گیرند دارای تعداد سیکل شارژ و شارژ کمتری نسبت به باتری های سیستم خورشیدی می باشند.
مقایسه انواع باتری ها
همانطور که مشاهده شد در باتری مورد استفاده در دستگاه های UPS،  تعداد سیکل عمر باتری در سطح دشارژ ۴۰ درصد در حدود ۷۰۰ سیکل است که نسبت به باتری سیستم های خورشیدی این میزان نصف گردیده. در باتری مخصوص سیستم خورشیدی تعداد سیکل در سطح دشارژ ۴۰ درصد برابر ۱۵۰۰ سیکل است. متاسفانه در اکثر مواقع باتری های مورد استفاده در سیستم های خورشیدی از نوع UPS بوده و طول عمر آنها تنها یک تا دو سال خواهد بود . از آنجا که هزینه باتری سهم به سزایی در یک سیستم خورشیدی دارد (در حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد هزینه کل سیستم) انتخاب باتری مناسب از اهمیت بالایی برخوردار است.
باتری مناسب برای سیستم های خورشیدی
از بین باتری های سرب اسید خشک دو نوع باتری برای سیستم های خورشیدی مناسب می باشند.
•    باتری سرب اسید خشک AGM: باتری سرب اسید خشک از نوع AGM که مخصوص سیستم خورشیدی طراحی شده باشد. این نوع باتری تنها از روی کاتالوگ و مدل نوشته شده  بر روی بدنه آن قابل تفکیک است. از نظر ظاهری تفاوتی بین باتری مخصوص خورشیدی و UPS وجود ندارد و تنها از روی کاتالوگ آن قابل تفکیک می باشد. در صورتی که در کاتالوگ باتری هیچ نموداری در مورد طول عمر آن ذکر نشده باشد این باتری از نوع UPS  می باشد.
•    باتری سرب اسید خشک GEL: باتری های GEL نسبت به AGM تحمل دمایی بالاتری دارند به این معنی که در شرایط محیطی گرم طول عمر بالاتری نسبت به باتری AGM دارند. همچنین باتری های GEL تعداد سیکل شارژ و دشارژ بیشتری نسبت به باتری های AGM در شرایط یکسان دارند.
•    نکته 1: بیشتر کارخانجات در کاتالوگ ها ظرفیت باتری ها را در دمای 77 درجه فارنهایت (25 درجه سانتی گراد) بیان می کنند. هر چقدر دمای محل نصب باتری ها کمتر باشد افت ولتاژ آنها نیز بیشتر می شود با توجه به اینکه باتری های GEL تحمل دمایی بالاتری دارند ولی بیشتر باتری ها در زیر سایه نصب می شوند و در تابستان دمای انها زیر 30 درجه و در زمستان دماهای پایین تر از 10 درجه را باید تحمل کنند پس من باتری های GEL را برای مصارف عادی پیشنهاد نمی کنم و باتری های AGM دارای عملکرد بهتری در دماهای سرد است.
نحوه تعیین میزان شارژ باتری ها
با استفاده از ولتمتر می توان میزان شارژ باتری ها (Sate Of Charge (SOC)) را بدست آورد.
نحوه سیم بندی باتری ها
نحوه سیم بندی باتری ها در سیستم های خورشیدی با توجه به ولتاژ سیستم و همچنین ولتاژ باتری ها متفاوت است. مثلاً اگر ولتاژ سیستم برابر 24 ولت باشد و ما از باتری های 12 ولتی استفاده کنیم باید دو عدد باتری 12 ولت را با هم سری کنیم تا بتوانیم ولتاژ سیستم را 24 ولت در نظر بگیریم .

روش های نصب آرایه های خورشیدی

برای نصب آرایه های خورشیدی برروی منازل و محل های تجاری می توان به چندین صورت عمل نمود. برخی از ساختمان ها بنا به شرایط محیطی (مانند شمال کشور) و از نظر طراحی ساختمان دارای سقف های به صورت شیب دار (شیروانی) هستند. در اینگونه از ساختمان ها آرایه ها مستقیماً برروی سقف و به موازات آن نصب می شوند.  نکته ای که باید در این حالت مد نظر داشت این است که فاصله آرایه خورشیدی تا سقف حداقل 10 سانتی متر باشد. این فاصله برای گردش هوا و خنک شدن آرایه خورشیدی است. در صورتیکه بام به صورت ساده (سقف صاف) باشد. نکته مهمی که در این حالت باید به آن توجه نمود این است که ضلع پایینی آرایه خورشیدی که بر روی ساختمان قرار می گیرد، مستقیماً روی بام قرار نگیرد. دلیل این امر هم در این است که فاصله ای بین آرایه خورشیدی و زمین وجود داشته باشد تا محل عبور آب باشد و آب در پشت پنل خورشیدی  جمع نشود. البته می توان برای ساختمان هایی که در حال ساخت هستند از پانل های خورشیدی به عنوان نمای ساختمان استفاده کرد. در این صورت صرفه جویی در هزینه ساخت ساختمان صورت می گیرد که توجیه اقتصادی استفاده از نیروگاه خورشیدی برای منازل را موجه می سازد. در ساختمانهایی با نمای مسطح نیز می توان با استفاده از پنل های فتوولتاییک در بخش هایی از نما، به چشم اندازی خوشایند و کاربردی دست یافت. همچنین می توان از پنل های فتوولتاییک به عنوان سایه بان، نرده بالکن و یا سقف نورگیر در ساختمان استفاده نمود. همچنین می توان آرایه های فتوولتاییک را بر روی زمین هم نصب کرد. سیستم های فتوولتاییک نصب شده بر زمین، بر زمین پیچ می شوند و با کمک قاب هایی نگهداری می شوند. این گونه سیستم ها را می توان بر روی تپه ها نصب کرد. برای ثبات بیشتر و همچنین فراهم سازی منظره دید بهتر، باید تلاش شود که تا حد امکان، سیستم نزدیک به زمین نصب گردد و اجازه زه کشی کافی نیز فراهم شود و همچنین، گیاهان نباید موجب شوند که آرایه ها در سایه قرار بگیرند.

انواع اینورتر خورشیدی و مشخصات فنی آن

اینورتر وظیفه تبدیل برق DC به AC و بلعکس را انجام می دهد. در یک سیستم خورشیدی اینورتر ها مانند قلب سیستم عمل می کنند و برق DC تولید شده را به AC تبدیل می کنند.
بررسی اینورتر ها از نظر شکل موج تولیدی
اینورتر موج مربعی (square wave inverters)
این اینورتر ارزان ترین و در عین حال بدترین نوع اینورترها می باشد. موج مربعی یک موج نامناسب و نامطبوع برای بیشتر وسایل الکتریکی است. این اینورترها معمولاً ارزان، توان هایی کمتر از 500 وات و بیشتر برای جا فندکی ماشین استفاده می شوند. پس این اینورترها برای مصارف خانگی و صنعتی اصلاً کارایی ندارد.
اینورتر سینوسی اصلاح شده (modified sine wave inverters)
شاید بتوان گفت که اقتصادی ترین و معمول ترین اینورتر همین نوع می باشد. این نوع اینورتر یک موج متناوب تولید می کنند که شکل این موج مابین شکل موج مربعی و شکل موج سینوسی کامل قرار می گیرد. در بسیاری موارد به این نوع اینورترها، اینورتر شبه سینوسی (Quasi-Sine Wave inverters) نیز گفته می شود. مزیت این نوع اینورتر ها قیمت پایین آنهاست و در کل کارایی خوبی دارند و بیشتر وسایل برقی مانند لوازم روشنایی، رادیو، بسیاری از تلویزیون ها و کامپیوترها و … را می توان با این اینورترها راه اندازی کرد ولی بعضی از وسایل الکتریکی مانند بیشتر موتورها توانایی کار با این اینورترها را ندارند. پس نتیجه می گیریم که این اینورتر برای مصارف کوچک کاربرد دارد.
اینورتر سینوسی خالص (pure sine wave inverter)
همانطور که از اسم این اینورتر مشخص است یک موج سینوسی کامل یا خالص تولید می کند تا حدی که در بعضی از اینورترها حتی یک موج سینوسی بهتر از برق شهر تولید می کند. این اینورتر قادر به راه اندازی تمامی وسایل الکتریکی در حد توان خود می باشد ولی قیمت این اینورتر گران است. پس می توان گفت بهترین نوع اینورتر این مدل است و می توان از این اینورتر برای تمامی مصارف استفاده کرد. بهترین نوع اینورتر، نوع سینوسی خالص آن است ولی چون گران قیمت است نمی توان از آن در بسیاری از مصارف کوچک استفاده کرد. اما از میان دو اینورتر دیگر نوع شبه سینوسی بهتر از مربعی است. چون با اینورتر شبه سینوسی می توان وسایل الکتریکی موتور دار مانند یخچال را راه اندازی کرد فقط تلفات توان این وسایل بالاتر می رود و عمر آنها کمی کاهش پیدا می کند. اما اینورتر موج مربعی را اصلاً نباید برای وسایل موتوری استفاده کرد زیرا این نوع اینورتر در یک لحضه از مقدار مثبت به مقدار منفی می رود و این تغییر علامت ناگهانی خیلی برای وسایل موتوری خطرناک است. پس در کل تا می شود باید از اینورتر سینوسی خالص و شبه سینوسی استفاده کرد.
اینورتر متصل به شبکه (grid tie inverter)
اگر شما به شبکه برق متصل هستید و انرژی خورشیدی را برای کاهش دادن میزان هزینه برق مصرفی از شبکه نصب می کنید و یا اگر به هر دلیلی نمی توانید ارتباط خود را با شبکه برق قطع کنید این اینورترها راه حل خوبی برای شماست. با استفاده از این اینورترها هر چقدر که سیستم خورشیدی شما برق تولید کند به همان میزان برق مصرفی از شبکه کم می شود در واقع هزینه های شما کم می شود. و اگر سیستم شما بیش از نیاز برق تولید کرد می توان ان را به شبکه فروخت. در این نوع سیستم ها اگر شما نیاز به برق پشتیبان نداشته باشید در نتیجه نیاز به باطری ندارید و هزینه نصب سیستم خورشیدی شما هم کاهش پیدا می کند. یا اگر نیاز به برق پشتیبان برای زمان کمی دارید مثلاً یک ساعت می توان ظرفیت باطری ها را خیلی کم انتخاب کرد.در نوع متصل به شبکه، برق تولیدی از پنل خورشیدی به طور مستقیم به اینورتر وارد می‌شود. بنابراین این اینورتر با اینورترهای معمولی متفاوت است. زیرا برق تولید شده از پنل به دلیل تاثیرات شرایط محیطی مانند تغییرات تابش نور خورشید همیشه در حال تغییر است. پس اینورتر با یک توان ورودی یکنواخت روبرو نیست و در نتیجه باید الگوی خاصی برای تبدیل برق مستقیم به برق متناوب داشته باشد. در نتیجه قیمت اینورتر خورشیدی نسبت به اینورتر معمولی بالاتر است.
اینورترهای جدا از شبکه (off grid inverte)
این نوع اینورترها همان گونه که از نامشان مشخص است قابلیت اتصال به شبکه برق را ندارند و نمی توان آنها را به شبکه متصل کرد. تقریباً تمام اینورترهایی که در خودرو و برای سیستم های کوچک استفاده می شود از این نوع اینورتر هستند.
در نوع منفصل از شبکه، اینورتر برق ذخیره شده در باتری را از 12 ولت مستقیم به 220 ولت متناوب تبدیل می‌کند تا مناسب برای استفاده در وسایل برقی خانه شود. اینورترها هرچه قدر شکل تبدیلشان سینوسی تر باشد، بهتر خواهند بود. این اینورترها مانند اینورتر متصل از شبکه نیستند زیرا برق یکنواخت باتری را تبدیل خواهند کرد.
برای انتخاب اینورتر دو پارامتر بسیار مهم را باید در نظر گرفت:
•    ولتاژ ورودی به اینورتر
•     توان خروجی از اینورتر
ولتاژ ورودی به اینورتر منفصل از شبکه مربوط به ولتاژ باتری و در نوع متصل به شبکه مربوط به ولتاژ پنل است. توان خروجی از اینورتر هم مربوط است به حداکثر توانی که سیستم برای آن طراحی شده است. این توان برای سیستم‌های منفصل معمولا در اینورترها از 200 وات تا 3000 وات می‌باشد.
چه ولتاژی (12 ، 24 ، 48 ولت) برای ورودی اینورتر انتخاب کنم ؟
ولتاژ ورودی اینورتر باید همیشه با ولتاژ سیستم که همان ولتاژ باتری ها و پنل هاست برابر باشد. تاثیر گذارترین عامل در انتخاب ولتاژ سیستم فاصله بین باتری ها و پنل هاست. زیرا در ولتاژ بالاتر میزان جریان کم تر است و در نتیجه قطر کابل که نسبتاً گران قیمت است کم می شود.
آیا می توان از هر اینورتری در سیستم های خورشیدی استفاده کرد؟
با توجه به اینکه اینورتر برق DC را به AC تبدیل می کند، بله می توان هر اینورتری را برای سیستم های خورشیدی استفاده کرد ولی باید این را مد نظر داشت که چون این اینورتر باید دائم در حال کار باشد باید از اینورتری که کیفیت و بازده خوبی دارد استفاده شود. پس توصیه نمی شود از اینورتر های ارزان قیمت داخل بازار که عمدتاً برای مسافرت ها و کمپ ها استفاده می شود و از اجناس نامرغوب با بازده پایین ساخته می شوند استفاده کنید.

پمپ های آب خورشیدی

آب یکی از مهمترین منابعی است که زندگی انسان به آن وابسته است. آب حاصل از دریاچه ها، برکه ها، رودخانه ها و چاه ها جهت مصارفی همچون کشاورزی، دامداری، صنعت و مصارف عمومی همواره یکی از معظلات موجود بر سر راه توسعه جوامع انسانی به خصوص جوامع روستایی بوده است.در بسیاری از مناطق، آب در سفره های زیرزمینی وجود داشته و خارج سازی آن توسط دست یا تلمبه های دستی و یا توسط موتورهای دیزلی که از سوخت های فسیلی استفاده می کنند صورت می گیرد.در مناطق کویری یا کوهستانی که مشکلات برق رسانی وجود دارد و نیز آب در عمق نسبتاً زیادی از سطح زمین قرار دارد خارج سازی آب به روش های فوق امکان پذیر نیست. در این مناطق استفاده از پمپ های خورشیدی می تواند مزایای فراوانی داشته باشد.به دلیل دور دست بودن این مناطق از شبکه برق امکان انتقال انرژی به این مناطق با هزینه های بسیار بالایی روبرو می باشد در بخش کشاورزی هم از مهمترین عوامل وجود منابع حتی آب می باشد.
استفاده از انرژی های نو مانند خورشید و باد بهترین راه حل برای تامین برق در بخش آب شرب و کشاورزی می باشد.

ضرورت استفاده از پمپ های خورشیدی

پمپ های خورشیدی دارای مزایایی نسبت به پمپ های دیگر می باشد که در زیر به چند مورد از آنها اشاره می کنیم:
•    استفاده از پمپ های خورشیدی در مناطقی که از شبکه انتقال برق فاصله زیادی دارند.
•    عدم اطمینان از آینده قیمت برق (افزایش تعرفه برق با برداشتن یارانه ها)
•    عدم استفاده از منابع سوخت های فسیلی
•    افزایش هزینه ی سوخت های فسیلی مانند گازوئیل و بنزین
•    عدم نیاز به متخصص و کارشناسان خبره برای راه اندازی و استفاده از پمپ های خورشیدی
•    با توجه به محدود بودن اجزای سیستم، پمپ های خورشیدی به مراقبت و تعمیرات کمتری در قیاس با پمپ های دیزلی نیاز دارند.
•    با توجه به پاک بودن منابع انرژی تجدید پذیر هیچ آسیبی به محیط زیست وارد نمی شود.
•    عدم نیاز به اجرای شبکه kv 20 جهت تامین برق پمپ
•    آسانی کار با پمپ های خورشیدی،سرعت بالای یادگیری کار با آنها و حمل و نقل آسان آنها از مزایای بزرگ این چنین پمپ ها است که باعث می شود کار با آنها در مناطق دور افتاده مورد توجه قرار گیرد.
•    و مهمترین دلیلی که می توان استفاده از پنل های خورشیدی و اصولا پمپ های خورشیدی را توجیه کرد این است که زمان استفاده از چاه های آب شرب به عبارتی بهره برداری از چاه ها از فصل بهار افزایش یافته و تا ابتدای پاییز به طول می انجامد که این دوره زمانی بیشترین ساعات تابش آفتاب در مقایسه با فصول دیگر وجود دارد ودر این فصول نیزمی توان از انرژی خورشیدی حداکثر استفاده را برد.
مکانیزم استفاده از پمپ های خورشیدی عموما به گونه ای است که در طول روز و تا زمانی که خورشید در دسترس باشد از انرژی آن برای تامین انرژی مورد نیاز برای استفاده از پمپ بهره می بریم و آب را در مخازن برای استفاده در مواقع دیگر ذخیره می کنیم. به طور میانگین ۸ ساعت زمان پمپاژ آب در طول روز است که با توجه به فصول قابل تغییر است.
به طور کلی پمپ های خورشیدی پمپ هایی هستند که در آنها انرژی خورشیدی به وسیله پنل خورشیدی به انرژی الکتریسیته تبدیل می شود و این انرژی در راه اندازی پمپ آبی مورد استفاده قرار می گیرد.
به طور کلی پمپ های خورشیدی از 3 جزء اصلی تشکیل شده است. شامل:
•    پنل های خورشیدی
•    کنترل کننده
•    بدنه اصلی
پمپ های آب عموما به دو دسته AC و DC تقسیم می شوند. از آنجایی که پنل های خورشیدی جریان DC تولید می کند به نظر می رسد پمپ های DC باعث کاهش تجهیزات مورد نیاز و صرفه جویی بیشتر در انرژی می شود.از نظر اقتصادی موتورهای AC بسیار ارزانتر از موتورهای DC هستند، اما تبدیل کننده DC به AC نسبتا گران قیمت است.سیستم های پمپاژ آب خورشیدی شامل پمپ,پنل خورشیدی برای تولید جریان برق مستقیم و یک کنترل کننده و دیگر ملزومات از قبیل سنسور تعیین سطح آب و .. است. سیستم های پمپاژ آب خورشیدی در دو گروه پمپ های سطحی (Surface Pumps) و پمپ های غوطه ور در آب (Submersible Pumps ) عرضه می گردند.
نحوه انتخاب و خرید یک سیستم پمپ خورشیدی
عوامل موثر در طراحی یک سیستم پمپاژ خورشیدی عبارتند از:
•    محل جغرافیایی نصب سیستم
•    میزان ارتفاع چاه یا منبع آب
•    میزان ارتفاع از سطح چاه تا سطح منبع ذخیره در صورت وجود
•    میزان دبی آب مورد نیاز در روز بر حسب متر مکعب یا لیتر بر ثانیه
•    مدت زمان آبیاری سیستم
•    طول خط انتقال آب از چاه تا منبع ذخیره در صورت وجود

سوالات متداول در زمینه سیستم های خورشیدی و پاسخ

•    به چه سیستم هایی، سیستم فتوولتایی/ خورشیدی می گویند؟
به تمامی تجهیزاتی که در جهت تولید و استفاده از برق تولید شده توسط نور خورشید بکار می روند، سیستم فتوولتایی می گویند.
•    آیا برق تولید شده توسط سیستم خورشیدی برای تمام وسایلی که با برق کار می کنند (وسایل الکتریکی)  کاربرد دارد؟
برق تولیدی توسط سیستم فتوولتاییک از نوع برق DC می باشد. بنابراین کلیه وسایلی که با برق DC کار کنند را می توان به این سیستم وصل کرد. مانند: رادیو، شارژ موبایل، چراغ قوه و برخی از موتورها که با برق DC کار می کنند. برای سایر وسایل برقی که با استفاده از برق AC کار می کنند از دستگاهی به نام اینورتر، که وظیفه تبدیل برق DC به AC را بر عهده دارد، استفاده می شود.
•    وسایل برقی منزل با برق DC (مستقیم) کار می کنند؟
خیر. بیشتر وسایل برقی مانند یخچال، فریزر و تلویزیون با برق شهر کار می کنند. برق شهر از نوع برق AC یا متناوب می باشد.
•    چگونه می توان از سیستم های فتوولتائیک برای به کار انداختن وسایل که با برق متناوب کار می کنند بهره برد؟
می توان به وسیله دستگاهی به نام اینورتر برق DC را به برق شهر یا برق AC تبدیل نمود.
•    پنل خورشیدی چه وظیفه ای از سامانه فتوولتائیک بر عهده دارد؟
پنل خورشیدی (که خود مجموعه ای از سلول های خورشیدی هست) انرژی خورشید را به الکتریسیته تبدیل می کند.
•    چگونه یک سلول خورشیدی برق تولید می کند؟
نور خورشید حاوی بسته های انرژی به نام فوتون می باشد که با برخورد این فوتون ها به سطح سلول خورشیدی انرژی الکتریکی تولید می گردد.
•    جنس سلول های خورشیدی چیست؟
سلول های خورشیدی از نیمه رساناهایی به نام سیلیکون یا ژرمانیوم ساخته شده اند که با تحریک الکترون های این نیمه هادی توسط فوتون های نوری الکتریسیته تولید می شود.
•    بازده بیشینه سلول های خورشیدی چه موقع است؟
بهترین شرایط برای دریافت بیشترین انرژی الکتریکی از یک سلول خورشیدی در شرایط آفتابی و هوای خنک (تقریبا 25 درجه سانتیگراد، با توجه به مشخصات فنی پنل) و در موقعیتی درست عمود بر تابش خورشید است.
•    آیا سلول های خورشیدی انرژی را در خود ذخیره می کنند؟
خیر، سلول ها تنها نور خورشید را به جریان الکتریکی تبدیل می کنند و کار ذخیره در باطری هائی انجام می گیرد که به همین منظور تعبیه شده اند.
•    راندمان پنل های خورشیدی در زمستان و در هوای ابری به چه صورت است؟
نور خورشید از لایه های نازک برف و یخ به راحتی عبور می کند و تاثیر چندانی بر روی کارکرد پنل خورشیدی  ندارد، ولی تا حدی راندمان را کاهش می دهد و بهتر است که سطح پانل ها به دقت تمیز گردد. با توجه به شیب پنل ها، برف بر سطح پنل انباشته نخواهد شد.
•    سطح پنل ها در مقابل برخورد اجسام از جمله تگرگ و ... مقاوم است؟
به این منظور یک لایه پلاستیک یا شیشه ضخیم شفاف بر روی پانل گذاشته شده است که از برخورد اشیاء به سطح سلول ها محافظت می کند.
•    آیا در هنگام شب که نور خورشید وجود ندارد می توان از این سیستم استفاده نمود؟
در سامانه های متصل به شبکه که فاقد باتری ذخیره ساز می باشند، در شب امکان استفاده از تولید برق خورشیدی وجود ندارد. و در سامانه های مستقل از شبکه از برق ذخیره شده در بانک باتری ها استفاده می شود.
•    عمر پنل های خورشیدی چقدر می باشد؟
از پنل ها به طور کلی، به مدت حداقل 20 تا 25 سال می توان بهره برداری نمود ولی بعد از 25سال (با توجه به برند پنل) بازده آنها تا حدی کم می شود.
•    هزینه های جانبی و نگهداری سامانه های فتوولتاییک به چه صورت است؟
این سیستم ها هزینه های جانبی و تعمیرات خاصی ندارند و هزینه ها به هزینه های سرمایه گذاری اولیه محدود خواهد شد تا 25سال می توانید از سیستم بهره برداری کنید.
•    بطور کلی به چند صورت می توان ازسیستم های فتوولتایی استفاده نمود؟
1- به صورت مستقل از شبکه برق، مانند مکان هایی که به شبکه سراسری برق دسترسی ندارند.

2- به صورت متصل به شبکه سراسری برق، در محل هایی که به شبکه سراسری دسترسی دارند.
•    برآورد قدرت مورد نیاز برای یک ساختمان مسکونی به چه صورت است؟
ابتدا باید برآورد کرد که در یک روز به طور میانگین هر وسیله الکتریکی چند ساعت در حال کار است و توان مصرفی هر وسیله الکتریکی چند وات بر ساعت می باشد و توان مصرفی روزانه تمامی وسایل الکتریکی موجود در آن خانه را با هم جمع کرده و به این ترتیب مصرف ماهانه را برآورد کرد. و یا با استفاده از قبض برق انرژی مصرفی دوره را دریافت کرد. و با توجه به راندمان قدرت مورد نیاز ساختمان را بدست آورد.
•    بازده پنل های فتوولتایی تقریبا چقدر می باشد ؟
بازده پنل های تجاری در حدود 11 تا 18 % می باشد.
•    در طرح خرید تضمینی برق، تولید انرژی خورشیدی در مصرف تاثیری خواهد داشت؟
خیر، تولید انرژی خورشیدی با کنتوری جداگانه و با تعرفه های مصوبه وزیر محترم نیرو در سال 95 محاسبه و خریده خواهد شد.
•    سیستم‌های خورشیدی چگونه کار می‌کنند؟‌
یک سیستم فتوولتائیک یا PV از قسمت‌های مختلفی تشکیل شده است. پنل‌های خورشیدی، زیرساخت نصب پنل‌ها روی پشت‌بام یا محل نصب، سیم‌کشی سیستم الکتریکی، و یک مبدل قسمت‌های اصلی این سیستم هستند. از هنگام طلوع خورشید تا غروب خورشید پنل‌های خورشیدی الکتریسیته مستقیم یا DC تولید می‌کنند و به مبدل می‌فرستند. این مبدل برق مستقیم را به برق متناوب یا AC تبدیل می‌کند که مورد نیاز مصرف خانگی است. برق متناوب به تجهیزات الکتریکی خانگی منتقل می‌شود و مصرف می‌شود.
در صورت تمایل و هزینه کردن بیشتر می‌توان یک سیستم ذخیره انرژی که همان ردیف‌های باتری است نیز تعبیه شود تا برای تعداد روزهای مشخصی الکتریسیته برای مصرف ذخیره شود.
•    آیا سایه بر عملکرد سیستم خورشیدی تاثیر می‌گذارد؟‌
سایه ممکن است یک مسئله جدی باشد زیرا پنل‌های خورشید با دریافت نور مستقیم خورشید  عملکرد بهینه را دارا هستند. در نتیجه برای بهترین عملکرد و تولید بیشینه بهتر است از حداقل سایه نیز دوری شود.
•    آیا سیستم خورشیدی باعث افزایش مالیات بر املاک می‌شود؟
خیر. سیستم خورشیدی باعث افزایش قیمت ملک شما بدون تاثیر بر روی مالیات آن می‌شود.
•    سیستم خورشیدی چقدر ارزش ملک را افزایش می‌دهد؟
خانه‌های دارای سیستم خورشیدی ۱۷٪ بیشتر مورد توجه و ۲۰٪ زودتر از خانه‌های دیگر در کشور‌های مختلف فروش رفته‌اند. با توجه به تحقیقات آزمایشگاه ملی آمریکا متوسط ارزش افزوده سیستم خورشیدی به املاک برابر ۵۰۰۰ هزار دلار برای هر کیلووات است که مصرف متوسط هر خانه مسکونی به طور متوسط برابر ۳.۱ کیلووات است.
•    چقدر می‌توان توسط سیستم خورشیدی از لحاظ مالی ذخیره کرد؟
با توجه به سایز سیستم خورشیدی شما و مصرف روزانه شما می‌توان به تخمینی از ذخیره و مستقل شدن از سیستم شبکه برقی دست پیدا کرد. با در نظر گرفتن مقدار کمی هزینه راه‌اندازی اولیه، سیستم خورشیدی از روز اول شروع به پرداخت هزینه صرف شده برای خود می‌کند و باید در نظر داشت که شما از شبکه برقی مصرفی ندارید و قیمت برق هر ساله افزایش می‌یابد. به صورت معمول بازگشت سرمایه در طول عمر کارکرد سیستم ۲۰ درصد بیشتر از هزینه کلی برای سیستم خواهد بود.
•    چه تجهیزاتی برای یک سیستم فتوولتاییک بکار می رود؟
بطور کلی یک سیستم فتوولتایی از 4 عضو اصلی تشکیل یافته است.
1- پنلهای خورشیدی
2- باتری
3- اینورتر (تبدیل کننده برق DC به AC)
4- شارژکنترل
•    آیا قیمت پایین تر همیشه بهترین انتخاب است؟ مقایسه دو سیستم را چگونه انجام دهیم؟
موردی که باید دقت شود توجه به طراحی، میزان توان پنل و ظرفیت باطری در وهله اول و بعد از آن برندهای استفاده شده و ضمانت نامه‌ها است. باید واقع بین باشیم که یک سیستم با 300 وات پنل توانایی تولید 3000 وات در روز را به هیچ عنوان ندارد.پس باید به خروجی و میزان پنل و باطری دقت کرد.
•    استهلاک، تعمیر و نگهداری سیستم های خورشیدی به چه صورت است؟
چون قطعات مکانیکی – الکتریکی و الکترونیکی در آن بکار نرفته استهلاکی ندارد. برای کارایی هر چه بیشتر بهتر است سطوح جذب نور همواره تمیز باشد و پس از بارش برف یا جمع شدن غبار روی سطح کلکتور ها تمیز شود.
•    آیا سیستم های خورشیدی نیازمند تعمیرات و نگهداری زیادی می باشند ؟
یک سیستم خورشیدی تقریبا نیاز به هیچ نوع نگهداری و تعمیراتی نمی باشد، تنها نیازمند سرویس های دوره ای می باشد هر سه سال یکبار سیستم خورشیدی تست شود تا اطمینان حاصل کنیم برفک وجود ندارد و به همراه آن ph مایعی که داخل پنل ها جریان دارد نیز کنترل می شود تا سیستم بتواند بیشترین طول عمر ممکن را داشته باشد.
•    اینورتر چیست؟
اینورتر برق DC (باتری یا سلول خورشیدی) را گرفته و آن را تبدیل به برق AC یا برق خانگی جهت روشن کردن وسایل الکترونیکی می کند.
•    آیا سیستم های خورشیدی در ایران توجیه اقتصادی دارند؟
باید دقت شود برای مناطق محروم از برق استفاده از هر نوع سیستم خورشیدی چه چراغ های خورشیدی برای نورپردازی محوطه و چه استفاده از سیستم های تامین برق خورشیدی دارای توجیه اقتصادی است.
همچنین برای مناطق بهره مند از برق استفاده از چراغ های خورشیدی در محوطه ها توجیه اقتصادی دارد چرا که هزینه های کابل، حفر کانال، عایق کاری، تابلو برق و … حذف می شوند.
علاوه بر این موارد سیستم های متصل به شبکه با توجه به تزریق برق به شبکه سراسری و همچنین با توجه به خرید تضمینی 20 ساله برق توسط دولت و شرکت برق هر سیستم خورشیدی بین 4 تا 5 سال بازگشت سرمایه دارد.
•    سایت های خورشیدی جهت نصب پنل های فتوولتائیک چگونه انتخاب می شوند؟
سایت ها باید با معیارهای لازم فیزیکی همخوانی داشته باشند، از جمله اینکه جهت آنها رو به جنوب باشد (جنوب مغناطیسی) به خوبی در معرض آفتاب قرار داشته باشند ( آفتاب گیر باشند) و فضای لازم و همچنین ساختار مناسبی برای نصب پنل های فتوولتائیک داشته باشند.