پنل خورشیدی

پنل خورشیدی

پس از خواندن این آموزش باید بتوانید به سوالات زیر پاسخ دهید:

  • پنل خورشیدی چیست؟
  • پارامترهای تاثیر گذار بر روی پنل خورشیدی کدامند؟
  • نقطه کار بهینه پنل خورشیدی را چگونه محاسبه کنیم؟
  • رابطه بین میزان تابش نور خورشید و عملکرد پنل خورشیدی چگونه است؟
  • رابطه بین میزان دمای پنل خورشیدی و عملکرد پنل چگونه است؟
  • نحوه اتصال پنل های خورشیدی به یکدیگر چگونه است؟
  • دیود کنار گذر در پنل خورشیدی چیست؟
  • دیود مسدود کننده در پنل خورشیدی چیست؟
  • انواع پنل خورشدی را نام ببرید؟

3-2 : پنل های خورشیدی

پنل های خورشیدی اولین جزء تشکیل دهنده سیستم های تولید برق خورشیدی هستند. با استفاده از پنل خورشیدی می توانیم فتون های نور خورشید را دریافت کرده و الکتریسیته تولید کنیم. این پنل ها از کنار هم قرار گرفتن تعدادی سلول خورشیدی تشکیل می شوند .

هر سلول خورشیدی حدود 0.5 ولت ولتاژ در حالت بی باری تولید می کند. در نتیجه اگر بخواهیم یک باتری 12 ولت را با پنل شارژ کنیم باید یک پنل 12 ولت درست کنیم برای ساخت این پنل باید 36 عدد سلول خورشیدی را بصورت سری به هم متصل کنیم. خروجی در حالت بی باری این 36 سلول خورشیدی سری شده در حدود 18 ولت است که در حالت وصل به باتری کاهش پیدا می کند. اگر بخواهیم ولتاژ پنل را زیاد کنیم باید تعداد سلول را افزایش دهیم. مثلاً اگر بخواهیم یک پنل 24 ولت داشته باشد باید تعداد 72 سلول خورشیدی را با یکدیگر سری کنیم.

فیلم آموزشی نحوه کار سلول خورشیدی دوبله شده توسط مهر انرژی (کالاآموز)

 

3-2-1 : عملکرد پنل های خورشیدی

عملکرد الکتریکی پنل های فتوولتائیک را می توان با مشخصه I-V (جریان – ولتاژ) آن بدست آورد (شکل 3-1). منحنی I-V با توجه به دو عامل تابش و دما به ما جریان و ولتاژ مشخصی را می دهد که در حقیقت نقطه کار پنل می باشد. می توانیم با تغییر دادن میزان تابش و دما نقاط کار بیشماری را در منحنی پیدا کنیم. نقطه کار هر پنل معمولاً توسط کارخانه سازنده در پشت پنل چاپ می شود که جریان و ولتاژ پنل را در تابش و دمای مشخص به ما می دهد. این نقطه کار پنل اساس طراحی می باشد.

منحنی ولتاژ جریان پنل خورشیدی

شکل 3-1: منحنی V-I

در برخی مواقع منحنی P-V بجای منحنی I-V برای بررسی عملکرد الکتریکی پنل استفاده می شود. این منحنی نیز مانند منحنی I-V می باشد فقط بجای نمایش جریان، توان را نمایش می دهد. برای بدست آوردن جریان کافی است که توان را تقسیم بر ولتاژ کنیم. با استفاده از منحنی P-V بهتر می توانیم تاثیر تغییرات ولتاژ را بر توان خروجی مشاهده کنیم. شکل 3-2 یک نمونه منحنی ترکیبی P-V و I-V را نمایش می دهد.

منحنی توان ولتاژ جریان پنل خورشیدی

شکل 3-2 : منحنی V-I-P

3-2-2 : پارامترها تاثیر گذار پنل

Voc

ولتاژ مدار باز سیستم را با Voc نمایش می دهند. این ولتاژ نشان دهنده بیشترین ولتاژ DC در منحنی I-V در زمان بی باری پنل می باشد. یعنی این ولتاژ مربوط به زمان مقاومت بی نهایت یا جریان صفر می باشد. در این زمان توان خروجی سیستم صفر است. ولتاژ مدار باز با میزان دما نسبت عکس دارد این بدین معنی است که هر چقدر دما کم شود ولتاژ مدار باز زیاد می شود.

این ولتاژ برای تعیین حداکثر ولتاژ سیستم استفاده می شود. ولتاژ مدار باز در سلول های خورشیدی متفاوت متغییر است برای سلول های خورشیدی کریستالی بین 0.5 تا 0.6 و برای سلول های فیلم نازک اندکی بیشتر است در عوض سلول های فیلم نازک جریان کمتری تولید می کنند و ضریب دمایی متفاوتی دارند.

Isc

جریان اتصال کوتاه را با  نشان می دهند. بیشترین جریان تولیدی پنل در زمانی که پنل اتصال کوتاه (مقاومت صفر) است و ولتاژ صفر می باشد را جریان اتصال کوتاه می گویند. در این زمان توان خروجی نیز صفر است. از این جریان برای محاسبه قطر کابل ها در سیستم و همچنین تجهیزات حفاظتی استفاده می شود.

جریان اتصال کوتاه با میزان تابش خورشید رابطه مستقیم دارد. بدلیل اینکه جریان در پنل های خورشیدی ذاتاً کنترل شده است می توان خروجی پنل ها را به مدت محدود اتصال کوتاه کرد. زیرا بعضی از شارژ کنترلر ها با اتصال کوتاه کردن خروجی پنل ها میزان شارژ ورودی به باتری را تنظیم می کنند.

Pmp

بهترین نقطه کار پنل خورشیدی در منحنی I-V را Pmp می گویند. در این نقطه جریان (Imp) و ولتاژ (Vmp) بیشترین میزان را برای حداکثر کردن توان نسبت به یکدیگر دارند و راندمان پنل در این نقطه ماکزیمم است. نقاط قبل و بعد از نقطه Pmp توان کمتری تولید می کند. همانگونه که از شکل مشخص است مکان این نقطه در زانوی منحنی I-V قرار دارد.

Vmp

بیشترین میزان ولتاژ برای حداکثر کردن توان(Pmp) در منحنی I-V را Vmp می گویند. این ولتاژ معمولاً 70 تا 80 درصد ولتاژ مدار باز است.

Imp

بیشترین میزان جریان برای حداکثر کردن توان(Pmp) در منحنی I-V را Imp می گویند. این جریان معمولاً 90 درصد جریان اتصال کوتاه می باشد.

 

3-2-3 : نقطه کار

یک نقطه مشخص در منحنی I-V که با استفاده از بار الکتریکی متصل شده به پنل می توان آن را پیدا کرد. در حقیقت برای پیدا کردن این نقطه از قانون اهم استفاده می کنیم. بصورت معمول همیشه نقطه کار را نقطه  در نظر می گیریم. با توجه به اینکه Vmp و Imp توسط کارخانه سازنده داده شده است می توانیم مقاومت بار مناسب را محاسبه کنیم. بعنوان مثال اگر پنلی با Vmp=35.8 و Imp=4.89 داشته باشیم مقاومت بار برای اینکه ماکزیمم توان را دریافت کنیم برابر:

Rl=Vmp/Imp=35.8/4.89=7.32

اگر بار متصل شده به پنل ها باتری باشد، ولتاژ باتری نقطه کار تعیین می کند. اگر پنل ها به شارژ کنترلر MPPT (توضیحات در بخش شارژ کنترلر) وصل باشند شارژ کنترلر به صورت اتوماتیک میزان ولتاژ و جریان را برای دریافت حداکثر توان تغییر می دهد. نقطه کار در یک پنل خورشیدی ثابت نمی باشد زیرا به عوامل زیادی وابسته است.

نقاط کار مختلف در منحنی v-i پنل خورشیدی

شکل 3-3 : نقاط کار مختلف در منحنی I-V

 

3-2-4: بررسی نقاط کار سه مصرف کننده

همانطور که بیان شد نقطه کار پنل خورشیدی با توجه به میزان تابش و نوع مصرف کننده تغییر می کند. شکل 3-8 نشان دهنده این تغیرات می باشد.

منحنی ولتاژ جریان پنل خورشیدی برای سه مصرف کننده

شکل 3-8 : منحنی V-I سه مصرف کننده در تابش های متفاوت

با توجه به گفته های قبلی و این در می یابیم که هر مصرف کننده با توجه به مقاومت داخلی خود و همچنین میزان تابش نقطه کار مشخصی دارد. بعبارت دیگر در یک ساعت و شدت تابش مشخص مصرف کننده های مختلف توان های مختلفی را از پنل دریافت می کنند. در ادامه وضعیت هر یک از مصرف کننده ها را بررسی می کنیم:

موتور DC

در ابتدای روز که میزان تابش خورشید کم می باشد میزان جریان تولیدی پنل خورشیدی نیز کم می باشد. پس موتور DC با سرعت کم راه اندازی می شود و هر چقدر که سرعت موتور کم تر باشد مقاومت مدار معادل آن نیز کم تر می شود. با پایین بودن مقاومت مدار معادل، ولتاژ دو سر موتور نیز کم می باشد. با نزدیک شدن به ظهر میزان جریان تولید پنل خورشیدی زیاد می شود. افزایش جریان باعث افزایش سرعت و بالطبع افزایش مقاومت مدار معادل موتور می شود. افزایش مقاومت مدار معادل نیز افزایش ولتاژ را در پی دارد.

همانطور که مشخص است میزان تلفات توان در ابتدای صبح یا عصر زیاد است ولی نکته مثبت این مصرف کننده قرار گرفتن نقطه کار در مکان بهینه در زمان پیک تولید (هنگام ظهر) پنل خورشیدی می باشد. میزان عدم استفاده از توان تولیدی پنل (یا بعبارت دیگر تلفات) در این مصرف کننده 15% می باشد.

باتری

اگر باتری را بصورت مستقیم به پنل خورشیدی متصل کنیم، با توجه به اینکه ولتاژ باتری تقریباً ثابت است، متناسب با حداکثر تابش خورشید و حداکثر جریانی که پنل می تواند تولید کند جریان خود را دریافت می کند. پس توان دریافت شده توسط باتری تقریباً با ولتاژ ثابت دریافت می شود. ثابت بودن ولتاژ باعث می شود که در زمان پیک تولید پنل از حداکثر ظرفیت تولیدی استفاده نشود. میزان ظرفیت استفاده نشده پنل در صورت اتصال مستقیم به باتری حدود 17% می باشد.

مصرف کننده مجهز به MPPT

دنبال کننده های حداکثر توان با بررسی ولتاژ و جریان خروجی پنل نقطه بهینه کار را انتخاب می کنند در نتیجه می توانند حداکثر توان تولیدی پنل خورشیدی را دریافت کنند به طوری میزان ظرفیت استفاده نشده پنل در این نوع مصرف کننده ها صفر می باشد.

 

3-2-5: تاثیر میزان تابش بر عملکرد پنل

تغییرات در میزان تابش نور خورشید بصورت مستقیم بر روی جریان و توان خروجی پنل تاثیر می گذارد (شکل 3-4 و 3-5). بنابراین اگر تابش نور خورشید بر روی پنل زیاد شود، جریان و بالطبع توان تولیدی پنل نیز زیاد می شود (با فرض اینکه دما ثابت است). تاثیر تغییرات تابش بر روی ولتاژ بسیار کم است. زیرا پتانسیل سد که در فصل اول در مورد آن بحث کردیم با تغییر میزان تابش، تغییر چندانی نمی کند.

برای دانلود فایل ادامه آموزش پنل خورشیدی کلیک کنید…

سر فصل های فایل آموزشی :
پنل های خورشیدی – عملکرد پنل خورشیدی –  پارامترهای تاثیر گذار بر روی پنل خورشیدی – نقطه کار پنل خورشیدی – تاثیر میزان تابش بر عملکرد پنل خورشیدی – تاثیر دما بر عملکرد پنل خورشیدی – تاثیر عوامل خارجی بر عملکرد پنل خورشیدی – بررسی نقاط کار پنل خورشیدی در سه مصرف کننده – نحوه سیم کشی پنل خورشیدی – دیود کنار گذر و دیود مسدود کننده در پنل خورشیدی – انواع پنل خورشیدی –
فن آوری نسل اول: سلول های خورشیدی سیلیکونی – سلول خورشیدی مونوکریستال – سلول خورشیدی پلی کریستال – فناوری نسل دوم : سلول های لایه نازک – سلول خورشیدی سیلیکون آمورف – سلول خورشیدی کادمیوم تلوراید – سلول خورشیدی مس ایندیوم گالیوم سلوناید – سلول گالیوم آرسناید – فن آوری نسل سوم – سلول های خورشیدی با مواد آلی – سلول خورشیدی حساس به رنگ – سلول خورشیدی پلیمری – سلول خورشیدی مبتنی بر کریستال های مایع – سلول های خورشیدی متمرکز – سلول های مبتنی بر نقاط کوانتمی

4-18 : محاسبه توان و تعداد پنل در سیستم جدا از شبکه

برای محاسبه توان پنل ها در سیستم جدا از شبکه باید ابتدا انرژی مصرفی در طول 24 ساعت را بدست آورد و با استفاده از معادله 4-10 توان پنل ها را محاسبه می کنیم.

P=E/H*CF

P توان کل پنل ها – E انرژی مصرفی در 24 ساعت – H کمترین ساعت استاندارد تابش (نقشه ساعت تابش در فایل PDF موجود است) – CF ضریب تصحیح سیستم (آموزش در فایل PDF موجود است)

با توجه به رابطه بالا و پنل قابل دسترس، می‌توان تعداد پنل‌ها را نیز محاسبه کرد

N=P/Pp

N تعداد پنل ها – P توان کلی پنل ها – Pp توان پنل در دسترس

مثال :

برای مصرف کننده های زیر در شهر اصفهان چند عدد پنل 100 وات نیاز است؟

لامپ 5 عدد 10 وات و 10 ساعت استفاده – تلویزیون 1 عدد با توان 50 وات و 3 ساعت استفاده

Ec=(5*10*10)+(50*3)=650W

P=650/(4.5*0.75)=193W

N=192/100=2

برای دانلود ادامه فایل آموزشی پنل خورشیدی کلیک کنید …

سرفصل های فایل آموزشی:
ضریب تصحیح سیستم خورشیدی – محاسبه پنل مورد نیاز سیستم خورشیدی مستقل از شبکه – محاسبه انرژی تولیدی سالانه سیستم خورشیدی
دیدگاه شما