مقدمة في تصنيف أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية

بشكل عام، نقوم بتقسيم الأنظمة الكهروضوئية إلى أنظمة مستقلة، وأنظمة متصلة بالشبكة، وأنظمة هجينة. إذا كان وفقًا لنموذج طلب النظام الكهروضوئي الشمسي وحجم التطبيق ونوع الحمل، فيمكن تقسيم نظام إمداد الطاقة الكهروضوئية بمزيد من التفاصيل. يمكن أيضًا تقسيم الأنظمة الكهروضوئية إلى الأنواع الستة التالية: نظام الطاقة الشمسية الصغيرة (SmallDC)؛ نظام DC بسيط (SimpleDC)؛ نظام الطاقة الشمسية الكبيرة (LargeDC)؛ نظام إمداد الطاقة بالتيار المتردد والتيار المستمر (AC/DC)؛ نظام متصل بالشبكة (UtilityGridConnect)؛ نظام إمداد الطاقة الهجين (الهجين)؛ نظام هجين متصل بالشبكة. يتم شرح مبدأ العمل وخصائص كل نظام أدناه.

1. نظام الطاقة الشمسية الصغيرة (SmallDC)

ما يميز هذا النظام هو أنه لا يوجد سوى حمل DC في النظام وأن طاقة الحمل صغيرة نسبيًا. النظام بأكمله لديه هيكل بسيط وسهل التشغيل. استخداماته الرئيسية هي الأنظمة المنزلية العامة ومنتجات DC المدنية المختلفة ومعدات الترفيه ذات الصلة. على سبيل المثال، هذا النوع من النظام الكهروضوئي يستخدم على نطاق واسع في المنطقة الغربية من بلدي، والحمل عبارة عن مصباح DC لحل مشكلة إضاءة المنزل في المناطق التي لا يوجد بها كهرباء.

2. نظام DC البسيط (SimpleDC)

ما يميز 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 توجد بطارية أو وحدة تحكم في النظام. النظام ذو بنية بسيطة ويمكن استخدامه مباشرة. توفر المكونات الكهروضوئية الطاقة للحمل، مما يلغي الحاجة إلى تخزين الطاقة وإطلاقها في البطارية، بالإضافة إلى فقدان الطاقة في وحدة التحكم، وتحسين كفاءة استخدام الطاقة.

3 نظام الطاقة الشمسية واسع النطاق (LargeDC)

بالمقارنة مع النظامين الكهروضوئيين المذكورين أعلاه، فإن هذا النظام الكهروضوئي لا يزال مناسبًا لأنظمة إمداد الطاقة بالتيار المستمر، ولكن هذا النوع من النظام الكهروضوئي الشمسي عادة ما يكون لديه طاقة تحميل كبيرة. من أجل ضمان إمكانية توفير الحمل بشكل موثوق بمصدر طاقة مستقر، فإن النظام المقابل له المقياس كبير أيضًا، ويتطلب مجموعة وحدات كهروضوئية أكبر وحزمة بطارية شمسية أكبر. تشمل نماذج التطبيقات الشائعة الخاصة به الاتصالات، والقياس عن بعد، وإمدادات الطاقة لمعدات المراقبة، وإمدادات الطاقة المركزية في المناطق الريفية، وإشارات المنارة، وأضواء الشوارع، وما إلى ذلك. 4 نظام إمداد الطاقة بالتيار المتردد والتيار المستمر (AC/DC)

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. من حيث هيكل النظام، فهو يحتوي على محولات أكثر من الأنظمة الثلاثة المذكورة أعلاه لتحويل طاقة التيار المستمر إلى طاقة تيار متردد. الطلب على تحميل التيار المتردد. بشكل عام، استهلاك طاقة الحمل لهذا النوع من النظام كبير نسبيًا، 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.

5 نظام متصل بالشبكة (UtilityGridConnect)

أكبر ميزة لهذا النوع من نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية هو أن طاقة التيار المستمر الناتجة عن المصفوفة الكهروضوئية يتم تحويلها إلى طاقة تيار متردد تلبي متطلبات شبكة الطاقة الرئيسية بواسطة العاكس المتصل بالشبكة، ثم يتم توصيلها مباشرة بالشبكة الرئيسية. في النظام المتصل بالشبكة، لا يتم توفير الطاقة المولدة بواسطة المصفوفة الكهروضوئية إلى التيار المتردد فقط، بل 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، سيتم تشغيلها بواسطة الشبكة.

6 نظام إمداد الطاقة الهجين (الهجين)

بالإضافة إلى استخدام مصفوفات وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، يستخدم هذا النوع من أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية أيضًا مولدات الديزل 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، مزايا الأنظمة الكهروضوئية المستقلة المذكورة أعلاه هي صيانة أقل، ولكن العيب هو أن إنتاج الطاقة يعتمد على الطقس وغير مستقر. بالمقارنة مع نظام واحد مستقل عن الطاقة، يمكن لنظام إمداد الطاقة الهجين الذي يستخدم مولدات الديزل والمصفوفات الكهروضوئية توفير الطاقة التي لا تعتمد على الطقس. مزاياها هي:

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

2. لديه قابلية تطبيقية عالية للنظام.

3. بالمقارنة مع نظام مولد الديزل أحادي الاستخدام، فهو يتمتع بصيانة أقل ويستخدم وقودًا أقل.

4. كفاءة أعلى في استهلاك الوقود.

5. مرونة أفضل لمطابقة التحميل.

النظام الهجين له عيوبه الخاصة:

1. التحكم أكثر تعقيدًا.

2. المشروع الأولي كبير نسبيا.

3. يتطلب صيانة أكثر من النظام المستقل.

4. التلوث والضوضاء.

7. نظام إمداد الطاقة الهجين المتصل بالشبكة (الهجين)

مع تطور صناعة الإلكترونيات الضوئية الشمسية، أصبح هناك نظام إمداد طاقة هجين متصل بالشبكة يمكنه الاستفادة بشكل شامل من مصفوفات وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية والأنابيب الرئيسية وآلات النفط الاحتياطية. عادة ما يتم دمج هذا النوع من النظام مع 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 البطارية لزيادة تحسين معدل ضمان مصدر طاقة تحميل النظام، مثل نظام العاكس SMD الخاص بـ AES. يمكن للنظام توفير طاقة مؤهلة للأحمال المحلية ويمكن أن يعمل كمزود طاقة غير منقطع (UPS) عبر الإنترنت. ويمكنه أيضًا توفير الطاقة للشبكة أو الحصول على الطاقة من الشبكة.

عادة ما يكون وضع عمل النظام هو العمل 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 بشكل مباشر لتلبية طلب الحمل. إذا تجاوزت الطاقة المولدة من الوحدة الكهروضوئية طلب الحمل الفوري، فيمكن إرجاع الطاقة الزائدة إلى الشبكة؛ إذا كانت الطاقة المولدة من الوحدة الكهروضوئية غير كافية، فسيتم تنشيط 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 انقطاع التيار الكهربائي، أو انقطاع التيار الكهربائي، أو انقطاع التيار الكهربائي، إذا كانت الجودة غير مؤهلة، فسيقوم النظام تلقائيًا بفصل الطاقة الرئيسية والتحول إلى وضع العمل المستقل. توفر البطارية والعاكس طاقة التيار المتردد التي يتطلبها الحمل.

بمجرد عودة الطاقة الرئيسية إلى وضعها الطبيعي، أي استعادة الجهد والتردد إلى الحالة الطبيعية المذكورة أعلاه، سيقوم النظام بفصل البطارية والتغيير إلى وضع التشغيل المتصل بالشبكة، مدعومًا بالتيار الكهربائي. في بعض أنظمة إمدادات الطاقة الهجينة المتصلة بالشبكة، يمكن أيضًا دمج وظائف مراقبة النظام والتحكم والحصول على البيانات في شريحة التحكم. المكونات الأساسية لهذا النظام هي وحدة التحكم والعاكس.