1. تركيب ومبدأ النظام الشمسي الكهروضوئي
يتكون النظام الشمسي الكهروضوئي من الأجزاء الثلاثة التالية: مكونات الخلايا الشمسية؛ وحدات تحكم الشحن والتفريغ، والعاكسات، وأدوات الاختبار ومراقبة الكمبيوتر وغيرها من المعدات الإلكترونية للطاقة؛ والبطاريات أو غيرها من معدات تخزين الطاقة وتوليد الطاقة المساعدة.
تتميز أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بالخصائص التالية:
- لا أجزاء دوارة، لا ضوضاء.
- لا تلوث الهواء ولا تصريف مياه الصرف الصحي.
- لا توجد عملية احتراق، ولا حاجة للوقود؛
- صيانة بسيطة وتكاليف صيانة منخفضة؛
- موثوقية واستقرار تشغيلي جيد؛
- باعتبارها مكونًا رئيسيًا، تتمتع الخلايا الشمسية بعمر خدمة طويل، ويمكن أن يصل عمر الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البلورية إلى أكثر من 25 عامًا؛
يمكن بسهولة زيادة توليد الطاقة حسب الحاجة.
تستخدم الأنظمة الكهروضوئية على نطاق واسع. يمكن تقسيم الأشكال الأساسية لتطبيقات الأنظمة الكهروضوئية إلى فئتين: أنظمة توليد الطاقة المستقلة وأنظمة توليد الطاقة المتصلة بالشبكة. مجالات التطبيق الرئيسية هي بشكل رئيسي في الطائرات الفضائية، وأنظمة الاتصالات، ومحطات ترحيل الموجات الدقيقة، والأقراص الدوارة التلفزيونية التفاضلية، ومضخات المياه الكهروضوئية وإمدادات الطاقة المنزلية في المناطق التي لا توجد بها كهرباء. مع تطور التكنولوجيا واحتياجات التنمية المستدامة للاقتصاد العالمي، بدأت البلدان المتقدمة في تعزيز توليد الطاقة الكهروضوئية الحضرية المتصلة بالشبكة بطريقة مخططة، وذلك بشكل رئيسي بناء أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية على الأسطح المنزلية وأنظمة مركزية واسعة النطاق على مستوى ميغاواط. أنظمة توليد الطاقة المتصلة بالشبكة. وفي الوقت نفسه، تم الترويج بقوة لتطبيق أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية في وسائل النقل والإضاءة الحضرية.
الأنظمة الكهروضوئية لها مقاييس وأشكال تطبيق مختلفة. على سبيل المثال، يمتد نطاق النظام على نطاق واسع، يتراوح من 0.3 إلى 2 وات من مصابيح الحدائق الشمسية إلى محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية بمستوى ميجاوات، مثل معدات توليد الطاقة المنزلية على الأسطح بقدرة 3.75 كيلو وات ومشروع Dunhuang بقدرة 10 ميجاوات. كما أن نماذج طلباتها متنوعة ويمكن استخدامها على نطاق واسع في العديد من المجالات مثل التطبيقات المنزلية والنقل والاتصالات والتطبيقات الفضائية. على الرغم من أن الأنظمة الكهروضوئية تختلف في الحجم، إلا أن تكوينها ومبادئ عملها هي نفسها في الأساس. الشكل 4-1 عبارة عن رسم تخطيطي لنظام كهروضوئي نموذجي يزود أحمال التيار المستمر. يحتوي على عدة مكونات رئيسية في النظام الكهروضوئي:
مصفوفة الوحدات الكهروضوئية: تتكون من عناصر الخلايا الشمسية (وتسمى أيضًا وحدات الخلايا الكهروضوئية) متصلة على التوالي وبالتوازي وفقًا لمتطلبات النظام. يقوم بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية ناتجة تحت ضوء الشمس. وهو المكون الأساسي للنظام الشمسي الكهروضوئي.
البطارية: تخزن الطاقة الكهربائية الناتجة عن مكونات الخلايا الشمسية. عندما يكون الضوء غير كاف أو في الليل، أو عندما يكون طلب الحمل أكبر من الطاقة المولدة من مكونات الخلايا الشمسية، يتم إطلاق الطاقة الكهربائية المخزنة لتلبية الطلب على الطاقة للحمل. إنها بطارية تخزين النظام الشمسي الكهروضوئي. الأجزاء الوظيفية. حاليًا، تُستخدم بطاريات الرصاص الحمضية بشكل شائع في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية. بالنسبة للأنظمة ذات المتطلبات الأعلى، عادةً ما يتم استخدام بطاريات الرصاص الحمضية المختومة ذات صمام التفريغ العميق، وبطاريات الرصاص الحمضية عميقة التفريغ والممتصة للسوائل، وما إلى ذلك.
جهاز التحكم: يحدد ويتحكم في ظروف شحن وتفريغ البطارية، ويتحكم في إخراج الطاقة من مكونات الخلايا الشمسية والبطارية إلى الحمل حسب طلب الطاقة للحمل. إنه جزء التحكم الأساسي في النظام بأكمله. مع تطور صناعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، أصبحت وظائف وحدات التحكم أكثر قوة، وهناك اتجاه لدمج جزء التحكم التقليدي والعاكس ونظام المراقبة. على سبيل المثال، تقوم وحدات التحكم من سلسلة SPP وSMD الخاصة بـ AES بدمج الوظائف الثلاث المذكورة أعلاه.
العاكس: في نظام إمداد الطاقة الشمسية الكهروضوئية، إذا كان هناك حمل تيار متردد، فيجب استخدام جهاز عاكس لتحويل طاقة التيار المستمر الناتجة عن مكونات الخلايا الشمسية أو طاقة التيار المستمر الصادرة عن البطارية إلى طاقة التيار المتردد التي تتطلبها حمولة.
مبدأ العمل الأساسي لنظام إمداد الطاقة الشمسية الكهروضوئية هو شحن البطارية بالطاقة الكهربائية المولدة من مكونات الخلايا الشمسية تحت إشعاع الشمس، أو توفير الطاقة مباشرة للحمل عند تلبية طلب الحمل. إذا كانت أشعة الشمس غير كافية أو في الليل، تقوم البطارية بتزويد الطاقة إلى حمل التيار المستمر تحت سيطرة وحدة التحكم. بالنسبة للأنظمة الكهروضوئية التي تحتوي على أحمال تيار متردد، يجب إضافة عاكس لتحويل طاقة التيار المستمر إلى طاقة تيار متردد. تأتي تطبيقات النظام الكهروضوئي بأشكال عديدة، لكن المبادئ الأساسية تظل كما هي. بالنسبة للأنواع الأخرى من الأنظمة الكهروضوئية، تختلف آلية التحكم ومكونات النظام فقط وفقًا للاحتياجات الفعلية. سيتم وصف الأنواع المختلفة من الأنظمة الكهروضوئية بالتفصيل أدناه.