نظام الضوئية

تنقسم الأنظمة الكهروضوئية عمومًا إلى أنظمة مستقلة وأنظمة متصلة بالشبكة وأنظمة هجينة.وفقًا لنموذج الطلب وحجم التطبيق ونوع الحمل للنظام الشمسي الكهروضوئي، يمكن تقسيمه إلى ستة أنواع.

مقدمة النظام

وفقًا لنموذج الطلب وحجم التطبيق ونوع الحمل لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية، يجب تقسيم نظام إمداد الطاقة الكهروضوئية إلى مزيد من التفاصيل.يمكن أيضًا تقسيم الأنظمة الكهروضوئية إلى الأنواع الستة التالية: نظام إمداد الطاقة الشمسية الصغيرة (Small DC)؛نظام تيار مستمر بسيط (تيار مستمر بسيط) ؛نظام إمداد الطاقة الشمسية الكبير (DC كبير)؛نظام إمداد الطاقة بالتيار المتردد والتيار المستمر (AC/DC)؛نظام متصل بالشبكة (Utility Grid Connect)؛نظام إمداد الطاقة الهجين (الهجين) ؛نظام هجين متصل بالشبكة.يتم وصف مبدأ العمل وخصائص كل نظام أدناه.

نظام امدادات الطاقة

تتمثل خصائص نظام إمداد الطاقة الشمسية الصغيرة في أنه لا يوجد سوى حمل DC في النظام وأن طاقة الحمل صغيرة نسبيًا، والنظام بأكمله له هيكل بسيط وسهل التشغيل.استخداماته الرئيسية هي الأنظمة المنزلية العامة ومنتجات DC المدنية المختلفة ومعدات الترفيه ذات الصلة.على سبيل المثال، في المنطقة الغربية من بلدي، تم استخدام هذا النوع من النظام الكهروضوئي على نطاق واسع، والحمل عبارة عن مصباح DC، والذي يستخدم لحل مشكلة الإضاءة المنزلية في المناطق التي لا يوجد بها كهرباء.

نظام العاصمة

ما يميز هذا النظام هو أن الحمل في النظام هو حمل DC ولا يوجد أي متطلبات خاصة لوقت استخدام الحمل.يتم استخدام الحمل بشكل أساسي خلال النهار، لذلك لا يتم استخدام بطارية في النظام، ولا يلزم وجود وحدة تحكم.النظام ذو بنية بسيطة ويمكن استخدامه مباشرة.توفر الوحدة الكهروضوئية الطاقة للحمل، مما يلغي عملية تخزين وإطلاق الطاقة في البطارية، بالإضافة إلى فقدان الطاقة في وحدة التحكم، وتحسين كفاءة استخدام الطاقة.ويشيع استخدامه في أنظمة ضخ المياه الكهروضوئية، وبعض المعدات المؤقتة التي تعمل بالطاقة خلال النهار وبعض المرافق السياحية.يوضح الشكل 1 نظام مضخة DC PV بسيط.وقد تم استخدام هذا النظام على نطاق واسع في البلدان النامية حيث لا توجد مياه صنبور نقية للشرب، وقد أنتج فوائد اجتماعية جيدة.

نظام الطاقة الشمسية على نطاق واسع

بالمقارنة مع النظامين الكهروضوئيين المذكورين أعلاه، فإن النظام الكهروضوئي الذي يعمل بالطاقة الشمسية على نطاق واسع لا يزال مناسبًا لنظام الطاقة DC، ولكن هذا النوع من النظام الكهروضوئي الشمسي عادة ما يكون لديه طاقة تحميل كبيرة.من أجل ضمان إمدادات طاقة مستقرة للحمل، فإن حجم النظام المقابل كبير أيضًا، ويجب أن يكون مجهزًا بمجموعة أكبر من الوحدات الكهروضوئية وحزمة بطارية أكبر.تشمل نماذج التطبيق الشائعة الاتصالات، والقياس عن بعد، وإمدادات الطاقة لمعدات المراقبة، وإمدادات الطاقة المركزية في المناطق الريفية، ومنارات المنارة، وأضواء الشوارع، وما إلى ذلك. ويستخدم هذا النموذج في بعض محطات الطاقة الكهروضوئية الريفية المبنية في بعض المناطق التي لا توجد بها كهرباء في غرب بلدي. البلاد، ومحطات الاتصالات الأساسية التي بنتها شركة تشاينا موبايل وتشاينا يونيكوم في المناطق النائية التي لا توجد بها شبكات كهرباء تستخدم أيضًا هذا النظام الكهروضوئي لإمدادات الطاقة.مثل مشروع محطة الاتصالات الأساسية في وانجيازهاي، شانشي.

نظام إمداد الطاقة بالتيار المتردد والتيار المستمر

يختلف هذا النظام الكهروضوئي عن أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الثلاثة المذكورة أعلاه، ويمكنه توفير الطاقة لكل من أحمال التيار المستمر والتيار المتردد في نفس الوقت، ويحتوي على محولات أكثر من الأنظمة الثلاثة المذكورة أعلاه من حيث هيكل النظام، والذي يستخدم لتحويل طاقة التيار المستمر إلى تيار متردد. الطاقة لتلبية احتياجات متطلبات تحميل التيار المتردد.عادةً ما يكون استهلاك طاقة الحمل لمثل هذا النظام كبيرًا نسبيًا أيضًا، وبالتالي فإن حجم النظام كبير نسبيًا أيضًا.يتم استخدامه في بعض محطات الاتصالات الأساسية ذات أحمال التيار المتردد والتيار المستمر ومحطات الطاقة الكهروضوئية الأخرى ذات أحمال التيار المتردد والتيار المستمر.

نظام متصل بالشبكة

أكبر ميزة لهذا النظام الشمسي الكهروضوئي هو أن التيار المباشر الناتج عن المصفوفة الكهروضوئية يتم تحويله إلى تيار متردد يلبي متطلبات الشبكة الرئيسية من خلال العاكس المتصل بالشبكة ومن ثم توصيله مباشرة بالشبكة الرئيسية.خارج الحمل، يتم تغذية الطاقة الزائدة مرة أخرى إلى الشبكة.في الأيام الممطرة أو في الليل، عندما لا تقوم المجموعة الكهروضوئية بتوليد الكهرباء أو عندما لا تتمكن الكهرباء المولدة من تلبية طلب الحمل، يتم تشغيلها بواسطة الشبكة.نظرًا لأن الطاقة الكهربائية يتم إدخالها مباشرة إلى شبكة الطاقة، يتم حذف تكوين البطارية، ويتم حفظ عملية تخزين البطارية وإطلاقها.ومع ذلك، يلزم وجود عاكس مخصص متصل بالشبكة في النظام لضمان أن طاقة الخرج تلبي متطلبات طاقة الشبكة من حيث الجهد والتردد والمؤشرات الأخرى.بسبب مشكلة كفاءة العاكس، سيظل هناك بعض فقدان الطاقة.غالبًا ما تكون هذه الأنظمة قادرة على استخدام طاقة المرافق ومجموعة من وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية بالتوازي كمصادر طاقة لأحمال التيار المتردد المحلية.يتم تقليل معدل نقص طاقة التحميل للنظام بأكمله.علاوة على ذلك، يمكن للنظام الكهروضوئي المتصل بالشبكة أن يلعب دورًا في تنظيم ذروة شبكة الطاقة العامة.وفقًا لخصائص النظام المتصل بالشبكة، نجحت شركة Soying Electric في تطوير عاكس متصل بالشبكة الشمسية منذ عدة سنوات، وهو مصمم خصيصًا لإعادة تدوير الطاقة الكهربائية بمكاسب وخسائر مختلفة.وقد تم إحراز تقدم كبير، وتم التغلب على سلسلة من الصعوبات الفنية في النظام المتصل بالشبكة.

نظام العرض المختلط

بالإضافة إلى مجموعة وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية المستخدمة في هذا النظام الكهروضوئي الشمسي، يتم استخدام مولد الزيت أيضًا كمصدر طاقة احتياطي.الغرض من استخدام نظام إمداد الطاقة الهجين هو الاستفادة بشكل شامل من مزايا تقنيات توليد الطاقة المختلفة وتجنب عيوبها.على سبيل المثال، تتمثل مزايا الأنظمة الكهروضوئية المستقلة المذكورة أعلاه في قلة الصيانة، والعيب هو أن إنتاج الطاقة يعتمد على الطقس وغير مستقر.

يمكن لنظام إمداد الطاقة الهجين الذي يستخدم مجموعة من مولدات الديزل والمصفوفات الكهروضوئية أن يوفر طاقة مستقلة عن الطقس مقارنة بالنظام المستقل ذو الطاقة الواحدة.

نظام العرض المختلط المتصل بالشبكة

مع تطور صناعة الإلكترونيات الضوئية الشمسية، ظهر نظام إمداد طاقة هجين متصل بالشبكة يمكنه الاستفادة بشكل شامل من مصفوفات وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية وطاقة المرافق ومولدات النفط الاحتياطية.عادةً ما يدمج هذا النوع من الأنظمة وحدة التحكم والعاكس، باستخدام شريحة كمبيوتر للتحكم الكامل في تشغيل النظام بأكمله، واستخدام مصادر الطاقة المختلفة بشكل شامل لتحقيق أفضل حالة عمل، ويمكن أيضًا استخدام البطاريات لزيادة تحسين قوة تحميل النظام معدل ضمان العرض، مثل نظام العاكس SMD AES.يمكن للنظام توفير طاقة مؤهلة للأحمال المحلية ويمكنه العمل كمزود طاقة غير منقطع (UPS) عبر الإنترنت.يمكن أيضًا توفير الطاقة أو الحصول عليها من الشبكة.عادة ما يكون وضع عمل النظام هو العمل بالتوازي مع الطاقة التجارية والطاقة الشمسية.بالنسبة للحمل المحلي، إذا كانت الطاقة المولدة من الوحدات الكهروضوئية كافية لاستخدام الحمل، فسيتم استخدام الطاقة المولدة من الوحدات الكهروضوئية مباشرة لتوفير احتياجات الحمل.إذا تجاوزت الطاقة المولدة من الوحدات الكهروضوئية الطلب على الحمل المباشر، فيمكن أيضًا إرجاع الطاقة الزائدة إلى الشبكة؛إذا كانت الطاقة المولدة من الوحدات الكهروضوئية غير كافية، فسيتم تمكين طاقة المرافق تلقائيًا، وسيتم استخدام طاقة المرافق لتوفير طلب الحمل المحلي.عندما يكون استهلاك الطاقة للحمل أقل من 60% من سعة التيار الكهربائي المقدرة لعاكس SMD، سيقوم التيار الكهربائي بشحن البطارية تلقائيًا لضمان أن البطارية في حالة عائمة لفترة طويلة؛في حالة فشل التيار الكهربائي، أي انقطاع التيار الكهربائي أو التيار الكهربائي إذا لم تكن الجودة على مستوى المعيار، فسيقوم النظام تلقائيًا بفصل طاقة التيار الكهربائي والتحول إلى وضع العمل المستقل، وسيتم توفير طاقة التيار المتردد التي يتطلبها الحمل بواسطة البطارية والعاكس.بمجرد عودة التيار الكهربائي إلى الوضع الطبيعي، أي عودة الجهد والتردد إلى الحالة الطبيعية المذكورة أعلاه، سيقوم النظام بفصل البطارية، والتغيير إلى الوضع المتصل بالشبكة، وتزويد الطاقة من التيار الكهربائي.في بعض أنظمة إمدادات الطاقة الهجينة المتصلة بالشبكة، يمكن أيضًا دمج وظائف مراقبة النظام والتحكم والحصول على البيانات في شريحة التحكم.المكونات الأساسية لمثل هذا النظام هي وحدة التحكم والعاكس.

النظام الكهروضوئي خارج الشبكة

يعد نظام توليد الطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة نوعًا جديدًا من مصادر الطاقة التي تولد الكهرباء من الوحدات الكهروضوئية، وتدير شحن وتفريغ البطارية من خلال وحدة التحكم، وتوفر الطاقة الكهربائية لحمل التيار المستمر أو حمل التيار المتردد من خلال العاكس .يستخدم على نطاق واسع في الهضاب والجزر والمناطق الجبلية النائية والعمليات الميدانية ذات البيئات القاسية.يمكن استخدامه أيضًا كمصدر طاقة لمحطات الاتصالات الأساسية، وصناديق الإضاءة الإعلانية، وأضواء الشوارع، وما إلى ذلك. يستخدم نظام توليد الطاقة الكهروضوئية طاقة طبيعية لا تنضب، والتي يمكن أن تخفف بشكل فعال من تعارض الطلب في المناطق التي تعاني من نقص الطاقة وحل مشاكل الحياة والتواصل في المناطق النائية.تحسين البيئة الإيكولوجية العالمية وتعزيز التنمية البشرية المستدامة.

وظائف النظام

الألواح الكهروضوئية هي مكونات لتوليد الطاقة.تقوم وحدة التحكم الكهروضوئية بضبط الطاقة الكهربائية المولدة والتحكم فيها.من ناحية، يتم إرسال الطاقة المعدلة إلى حمل التيار المستمر أو حمل التيار المتردد، ومن ناحية أخرى، يتم إرسال الطاقة الزائدة إلى حزمة البطارية للتخزين.عندما لا تتمكن الكهرباء المولدة من تلبية احتياجات الحمل عندما تقوم وحدة التحكم بإرسال طاقة البطارية إلى الحمل.بعد شحن البطارية بالكامل، يجب أن تتحكم وحدة التحكم في عدم شحن البطارية بشكل زائد.عندما يتم تفريغ الطاقة الكهربائية المخزنة في البطارية، يجب أن يتحكم جهاز التحكم في البطارية حتى لا يتم تفريغها بشكل زائد لحماية البطارية.عندما لا يكون أداء وحدة التحكم جيدًا، سيؤثر ذلك بشكل كبير على عمر خدمة البطارية ويؤثر في النهاية على موثوقية النظام.وتتمثل مهمة البطارية في تخزين الطاقة حتى يمكن تشغيل الحمولة ليلاً أو في الأيام الممطرة.العاكس مسؤول عن تحويل طاقة التيار المستمر إلى طاقة تيار متردد لاستخدامها بواسطة أحمال التيار المتردد.