مقدمه:

امروزه حجم زیادی از انرژی خورشیدی به مصرف خانگی اختصاص دارد.

به دلیل گران شدن انرژی های فسیلی، محققان به دنبال استفاده از انرژی های نو و تجدیدپذیر برای استفاده در مصارف خانگی هستند.

با توجه به میزان تابش موثر خورشید در کشور ایران، استفاده ازانرژی خورشیدی در مصارف خانگی به شدت در حال توسعه می باشد.

این رهیافت نه تنها منجر به تولید یک انرزی پاک می شود و سازگار بامحیط زیست است، بلکه لوازم و تجهیزات آن نیز نیاز به هزینه زیادی برای تعمیرات و نگهداری نخواهند داشت.

به طور کلی دو نوع فناوری در زمینه مصارف خانگی وجود دارد:

۱-فناوری off-grid یا منفصل از شبکه

۲-فناوری on-grid یا متصل به شبکه

مشکل فناوری off-grid استفاده از باتری ها در ذخیره انرژی می باشد که نگهداری این باتری ها مشکل و طول عمر آنها نیز نسبت به سایر تجهیزات خورشیدی مثل پنل ها کمتراست.

فناوری جدیدتر on-grid ، برای ذخیره انرژی از خود شبکه برق استفاده می کند و بنابراین با حذف باتری ها و شارژکنترلر، هزینه های نصبو طول عمر کارکرد سیستم افزایش می یابد.

یکی از پارامترهای تاثیرگذار در انرژی های نو، قیمت تمام شده و مدت زمان برگشت سرمایه است.

در این مقاله با معرفی اجمالی این دو فناوری به بررسی هزینه ها و قیمت تمام شده هرکدام و مدت بازگشت سرمایه در آنها پرداخته شده است.

مزایای استفاده از سیستم خورشیدی مستقل از شبکه(آنگرید):

 امروزه سیستم‌های فتوولتاییک متصل به شبکه در بسیاری از کشور‌های جهان در واحد‌های کوچک از ۱ کیلووات الی ۵ کیلووات در بام منازل مسکونی و در واحد‌های بزرگ‌تر به صورت نیروگاه‌های فتوولتاییک نصب و راه اندازی شده است.

از مزایای این سیستم می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

نصب و راه اندازی آسان

بازده‌ی بالا و عدم نیاز به تجهیزات جانبی پیچیده

عدم نیاز به باتری جهت ذخیره انرژی الکتریکی

طراحی سیستم‌های فتوولتاییک متصل به شبکه( آنگرید)، به گونه‌ای است که هم زمان و به طور موازی با شبکه‌ی برق سراسری توان تولید می‌نمایند.

یکی از اجزاء اصلی سیستم‌های فتوولتاییک متصل به شبکه، مبدل الکترونیک قدرت است که برق DC تولیدی توسط آرایه‌های فتوولتاییک را متناسب با ولتاژ و فرکانس شبکه به برق AC تبدیل نموده و در صورت عدم نیاز، به طور خودکار انتقال نیرو را قطع می‌نماید.

به طورکلی ارتباطی دو جانبه میان سیستم‌های فتوولتاییک و شبکه‌ی برق وجود دارد، به نحوی که اگر برق DC تولیدی توسط سیستم‌های فتوولتاییک بیش از نیاز بار مصرفی محلی باشد مازاد آن به شبکه‌ی برق سراسری تغذیه می‌گردد.

در هنگام شب و مواقعی که به دلایل اقلیمی امکان استفاده از نور خورشید وجود ندارد، بار الکتریکی مورد نیاز سایت توسط شبکه‌ی برق سراسری تأمین می‌گردد.

همچنین در کاربرد‌ های متصل به شبکه در صورتی که سیستم فتوولتاییک به دلیل تعمیرات از مدار خارج گردد، برق مورد نیاز مصرف محلی از طریق شبکه‌ی برق سراسری تأمین خواهد شد.

نکته مهمی که در این واحد‌ها باید رعایت شود این است که اگر به هر دلیلی شبکه‌ی سراسری قدرت قطع شود، واحد خورشیدی نیز باید تولید را متوقف سازد و بار‌های مصرفی قطع شوند.

جهت شارش توان بین شبکه‌ی سراسری و واحد خورشیدی به صورت دو طرفه می‌باشد.

این دو طرفه بودن تبادل توان به این معنی است که در صورت بیش از حد بودن توان تولیدی واحد خورشیدی، بخشی از آن صرف بار می‌شود و باقیمانده‌ی آن به شبکه‌ی سراسری تزریق می‌شود و در صورت کمبود توان و یا عدم تولید توان توسط واحد خورشیدی، نیاز بار از طریق شبکه برطرف می‌شود.

همانگونه که توضیح داده شد اگر به هر دلیل شبکه بی برق شود، واحد خورشیدی نیز باید تولید توان و تزریق آنرا متوقف سازد.

این تشخیص و توقف، توسط مبدل الکترونیک قدرت واحد خورشیدی صورت می‌پذیرد.

در برخی موارد برای افزایش قابلیت اعتماد سیستم، از سیستم‌های ذخیره کننده انرژی که عمدتاً باتری هستند، استفاده می‌شود.

بنابراین سیستم‌های متصل به شبکه‌ی سراسری برق را می‌توان به دو گروه دارای سیستم ذخیره و بدون سیستم ذخیره طبقه بندی کرد.

سیستم‌های فتوولتاییک متصل به شبکه‌ی برق مجهز به سیستم ذخیره به خصوص برای خانه‌های مسکونی و محل‌های تجاری کوچک بسیار مناسب هستند، زیرا در این سیستم‌ها از انرژی ذخیره شده برای بار‌های حساس مانند: یخچال، روشنایی، آسانسور، پمپ‌های آبرسانی و … استفاده می‌شود.

در شرایط معمولی که شبکه‌ی سراسری برق دار است، سیستم فتوولتاییک برای شارژ باتری و تغذیه‌ی بار محلی انرژی تولید می‌نماید و در صورتی که اضافه تولید داشته باشد به شبکه‌ی سراسری توان تزریق می‌نماید و در صورت کمبود تولید، توان مورد نیاز را از شبکه‌ی سراسری دریافت می‌نماید.

در هر صورت باتری و یا دیگر ذخیره ساز‌ های انرژی در حالت شارژ کامل به سر می‌برند.

 مبدل الکترونیک قدرت توسط آرایه‌ی خورشیدی تغذیه می‌شود که خروجی آن به باتری به عنوان ذخیره ساز انرژی بار محلی و بار حساس متصل است.

رابطه‌ی بین شبکه‌ی اصلی و واسط واحد خورشیدی (پانل اصلی) از نظر شارش توان به صورت دو طرفه مشخص شده است که همانگونه توضیح داده شد کمبود و بیشبود توان از این طریق جبران می‌شود.

همچنین رابطه تبادل توان بین واسط واحد خورشیدی و مبدل الکترونیک قدرت واحد خورشیدی نیز به صورت دو طرفه می‌باشد، زیرا در صورتی که شبکه‌ی سراسری برق دار باشد، باتری باید در شارژ کامل باشد،

اما ممکن است در این حالت به هر دلیل واحد خورشیدی هیچ تولیدی نداشته باشد؛ بنابراین برای شارژ کردن باتری می‌توان از شبکه‌ی اصلی کمک گرفت.

برای مثال در روز‌های بارانی که تولید توان واحد خورشیدی کم و یا صفر است برای شارژ باتری از شبکه‌ی قدرت استفاده می‌شود.

در زمانی که شبکه قدرت برق دار باشد مبدل الکترونیک قدرت باتری را شارژ می‌نماید و در صورتی که شبکه بی برق باشد این مبدل از باتری به عنوان منبع انرژی استفاده می‌نماید.

مبدل در صورت قطع شبکه اصلی، کلید بین خود و واسط واحد خورشیدی را باز و کلید بین خود و بار حساس را در صورتی که توانایی عملکرد مستقل از شبکه برای تولید فرکانس مناسب را داشته باشد، می‌بندد.