مقدمة لتصنيف أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية

بشكل عام، تُقسّم أنظمة الطاقة الكهروضوئية إلى أنظمة مستقلة، وأنظمة متصلة بالشبكة، وأنظمة هجينة. بناءً على شكل تطبيق نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية، ونطاق التطبيق، ونوع الحمل، يُمكن تقسيم نظام إمداد الطاقة الكهروضوئية بمزيد من التفصيل. كما يُمكن تقسيم أنظمة الطاقة الكهروضوئية إلى الأنواع الستة التالية: نظام الطاقة الشمسية الصغير (SmallDC)؛ نظام التيار المستمر البسيط (SimpleDC)؛ نظام الطاقة الشمسية الكبير (LargeDC)؛ نظام إمداد الطاقة بالتيار المتردد والتيار المستمر (AC/DC)؛ نظام متصل بالشبكة (UtilityGridConnect)؛ نظام إمداد الطاقة الهجين (Hybrid)؛ نظام هجين متصل بالشبكة. سيتم شرح مبدأ عمل كل نظام وخصائصه أدناه.

1. نظام الطاقة الشمسية الصغير (SmallDC)

يتميز هذا النظام باعتماده على تيار مستمر فقط، وطاقة حمله صغيرة نسبيًا. يتميز النظام بهيكل بسيط وسهولة في التشغيل. تُستخدم بشكل رئيسي في أنظمة المنازل العامة، ومنتجات التيار المستمر المدنية المتنوعة، ومعدات الترفيه ذات الصلة. على سبيل المثال، يُستخدم هذا النوع من الأنظمة الكهروضوئية على نطاق واسع في المنطقة الغربية من بلدي، وحمله عبارة عن مصباح تيار مستمر لحل مشكلة الإضاءة المنزلية في المناطق التي لا تتوفر فيها الكهرباء.

2. نظام التيار المستمر البسيط (SimpleDC)

يتميز النظام بأن حمله يعمل بالتيار المستمر، ولا توجد متطلبات خاصة لوقت استخدامه. يُستخدم الحمل بشكل رئيسي خلال النهار، لذا لا يحتاج إلى بطارية أو وحدة تحكم. يتميز النظام بهيكل بسيط، ويمكن استخدامه مباشرةً. تُزوّد ​​المكونات الكهروضوئية الحمل بالطاقة، مما يُغني عن تخزين الطاقة وإطلاقها في البطارية، وكذلك عن فقدان الطاقة في وحدة التحكم، مما يُحسّن كفاءة استخدام الطاقة.

3 نظام الطاقة الشمسية واسع النطاق (LargeDC)

بالمقارنة مع النظامين الكهروضوئيين المذكورين أعلاه، لا يزال هذا النظام الكهروضوئي مناسبًا لأنظمة إمداد الطاقة بالتيار المستمر، إلا أن هذا النوع من أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية عادةً ما يكون ذا قدرة حمل عالية. ولضمان توفير طاقة مستقرة وموثوقة للحمل، فإن نظامه المقابل كبير الحجم أيضًا، مما يتطلب مجموعة أكبر من وحدات الطاقة الكهروضوئية وحزمة بطاريات شمسية أكبر. تشمل تطبيقاته الشائعة الاتصالات، والقياس عن بُعد، وإمدادات طاقة معدات المراقبة، وإمدادات الطاقة المركزية في المناطق الريفية، ومنارات الإشارة، وإضاءة الشوارع، وغيرها. 4 أنظمة إمداد طاقة تيار متردد/تيار مستمر (AC/DC)

يختلف هذا النظام الكهروضوئي عن أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الثلاثة المذكورة أعلاه، إذ يوفر الطاقة لأحمال التيار المستمر والمتردد في آنٍ واحد. من حيث هيكل النظام، يحتوي على عدد أكبر من العاكسات مقارنةً بالأنظمة الثلاثة المذكورة أعلاه لتحويل الطاقة المستمرة إلى طاقة مترددة. الطلب على أحمال التيار المتردد. بشكل عام، يُعد استهلاك طاقة الأحمال في هذا النوع من الأنظمة كبيرًا نسبيًا، وبالتالي فإن حجمه كبير نسبيًا. يُستخدم هذا النظام في بعض محطات الاتصالات الأساسية ذات الأحمال المترددة والمستمرة، وفي محطات الطاقة الكهروضوئية الأخرى ذات الأحمال المترددة والمستمرة.

5 نظام متصل بالشبكة (UtilityGridConnect)

الميزة الأبرز لهذا النوع من أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية هي تحويل طاقة التيار المستمر التي تولدها مجموعة الألواح الكهروضوئية إلى طاقة تيار متردد تلبي احتياجات شبكة الكهرباء الرئيسية بواسطة عاكس كهربائي متصل بالشبكة، ثم تُوصل مباشرة بشبكة الكهرباء الرئيسية. في هذا النظام، لا تُزوَّد الطاقة المولدة من مجموعة الألواح الكهروضوئية بالتيار المتردد فقط، بل تُعاد الطاقة الزائدة إلى الشبكة. في الأيام الممطرة أو في الليل، عندما لا تُولِّد مجموعة الألواح الكهروضوئية الكهرباء أو لا تُلبِّي الكهرباء المُولَّدة احتياجات الحمل، تُزوَّد بالطاقة من الشبكة.

6 نظام إمداد الطاقة الهجين (هجين)

بالإضافة إلى استخدام مصفوفات وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، يستخدم هذا النوع من أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية أيضًا مولدات الديزل كمصدر طاقة احتياطي. يهدف استخدام نظام إمداد الطاقة الهجين إلى الاستفادة الشاملة من مزايا تقنيات توليد الطاقة المختلفة وتجنب عيوبها. على سبيل المثال، تتميز أنظمة الطاقة الكهروضوئية المستقلة المذكورة أعلاه بقلة الصيانة، إلا أن عيبها يكمن في اعتماد إنتاج الطاقة على الطقس وعدم استقراره. بالمقارنة مع نظام طاقة واحد مستقل، يمكن لنظام إمداد الطاقة الهجين الذي يستخدم مولدات الديزل ومصفوفات الطاقة الكهروضوئية توفير طاقة لا تعتمد على الطقس. ومن مزاياه:

1. إن استخدام نظام إمداد الطاقة الهجين يمكن أن يحقق أيضًا استخدامًا أفضل للطاقة المتجددة.

2. يتمتع بقدرة عالية على تنفيذ النظام.

3. بالمقارنة مع نظام مولد الديزل للاستخدام مرة واحدة، فهو يحتاج إلى صيانة أقل ويستخدم وقودًا أقل.

4. كفاءة أعلى في استهلاك الوقود.

5. مرونة أفضل لمطابقة الحمل.

النظام الهجين له عيوبه الخاصة:

1. التحكم أكثر تعقيدًا.

2. المشروع الأولي كبير نسبيًا.

3. يتطلب صيانة أكثر من النظام المستقل.

4. التلوث والضوضاء.

7. نظام إمداد الطاقة الهجين المتصل بالشبكة (هجين)

مع تطور صناعة الإلكترونيات الضوئية الشمسية، ظهر نظام إمداد طاقة هجين متصل بالشبكة، قادر على الاستفادة بشكل شامل من مصفوفات وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، ومصادر الطاقة الرئيسية، ووحدات تخزين الزيت الاحتياطي. عادةً ما يُدمج هذا النظام مع وحدة التحكم والعاكس، باستخدام شريحة حاسوبية للتحكم الكامل في تشغيل النظام بأكمله، مع استخدام مصادر طاقة متنوعة بشكل شامل لتحقيق أفضل أداء، كما يُمكنه استخدام البطارية لتحسين معدل ضمان إمداد الطاقة للحمل، مثل نظام العاكس SMD من AES. يوفر هذا النظام طاقة كافية للأحمال المحلية، ويعمل كجهاز UPS متصل بالإنترنت (UPS)، كما يُمكنه إمداد الشبكة بالطاقة أو الحصول عليها منها.

يعمل النظام عادةً بالتوازي مع التيار الكهربائي والطاقة الشمسية. بالنسبة للأحمال المحلية، إذا كانت الطاقة الكهربائية المولدة من الوحدة الكهروضوئية كافية للحمل، فسوف تستخدم الطاقة الكهربائية المولدة من الوحدة الكهروضوئية مباشرةً لتلبية طلب الحمل. إذا تجاوزت الطاقة المولدة من الوحدة الكهروضوئية طلب الحمل المباشر، فيمكن إعادة الطاقة الزائدة إلى الشبكة؛ إذا لم تكن الطاقة المولدة من الوحدة الكهروضوئية كافية، فسيتم تنشيط طاقة المرافق تلقائيًا، وسيتم استخدام طاقة المرافق لتلبية طلب الحمل المحلي. عندما يكون استهلاك الطاقة للحمل أقل من 60٪ من سعة التيار الكهربائي المقدرة لعاكس SMD، فإن التيار الكهربائي سيشحن البطارية تلقائيًا لضمان بقاء البطارية في حالة عائمة لفترة طويلة؛ في حالة فشل التيار الكهربائي، أو فشل التيار الكهربائي أو طاقة التيار الكهربائي إذا كانت الجودة غير مؤهلة، فسيفصل النظام تلقائيًا طاقة التيار الكهربائي ويتحول إلى وضع العمل المستقل. توفر البطارية والعاكس طاقة التيار المتردد المطلوبة للحمل.

بمجرد عودة التيار الكهربائي الرئيسي إلى وضعه الطبيعي، أي عودة الجهد والتردد إلى الوضع الطبيعي المذكور أعلاه، يقوم النظام بفصل البطارية والانتقال إلى وضع التشغيل المتصل بالشبكة، والذي يعتمد على التيار الكهربائي الرئيسي. في بعض أنظمة إمداد الطاقة الهجينة المتصلة بالشبكة، يمكن أيضًا دمج وظائف مراقبة النظام والتحكم فيه وجمع البيانات في شريحة التحكم. المكونات الأساسية لهذا النظام هي وحدة التحكم والعاكس.