پنل خورشیدی و اینورتر؛ اجزای کلیدی پروژه‌های نیروگاه خورشیدی

پروژه‌های خورشیدی در مقیاس نیروگاهی (Utility-Scale) نقشی حیاتی در گذار جهانی به انرژی‌های تجدیدپذیر ایفا می‌کنند. نیروگاه‌های خورشیدی بزرگ‌مقیاس، مقادیر قابل‌توجهی انرژی پاک را به شبکه‌های برق تزریق می‌کنند. در نتیجه با کاهش انتشار کربن راهکارهایی پایدار برای تأمین انرژی ارائه می‌دهند.

برای آنکه این پروژه‌ها با کارایی بالا فعالیت کنند، چندین جزء حیاتی باید در سیستم ادغام شوند؛ از جمله پنل‌های فتوولتائیک خورشیدی (PV)، اینورترهای نیروگاهی، ترانسفورماتورها و سیستم‌های پایش.

در این مطلب از مجله انرژی مهرسان دو جز مهم پروژه‌های خورشید در مقیاس نیروگاهی، پنل‌های خورشیدی و اینورترها، را بررسی خواهیم کرد.

پنل‌ خورشیدی

پایه و اساس احداث سیستم‌های خورشیدی، پنل‌های فتوولتائیک  (PV) یا «Solar PV Panels» هستند. این پنل‌ها با جذب نور خورشید، آن را به جریان مستقیم DC تبدیل می‌کنند. بازدهی و دوام پنل‌ها نقش تعیین‌کننده‌ای در عملکرد کلی سیستم دارد. در پروژه‌های نیروگاهی، معمولاً از پنل‌های با راندمان بالا استفاده می‌شود تا بیشترین تولید انرژی با کمترین استفاده از زمین حاصل شود.

این پنل‌ها معمولاً به‌صورت آرایه‌های بزرگ در کنار هم قرار می‌گیرند و در مقیاس وسیع برق تولید می‌کنند. در ادامه درباره انواع پنل‌های خورشیدی توضیح می‌دهیم:

• پنل‌های خورشیدی مونوکریستالین (Monocrystalline Solar Panels) که از کریستال سیلیکون خالص ساخته شده‌اند و ویژگی‌های آنها بازدهی بالا، طول عمر زیاد، ظاهر مشکی براق و پرهزینه‌تربودن نسبت به سایر انواع است.

• پنل‌های خورشیدی پلی‌کریستالین (Polycrystalline Solar Panels) از از ذرات متعدد سیلیکون ذوب‌شده ساخته می‌شوند. این پنل‌ها با رنگ آبی نسبت به منوکریستال، بازدهی کمتری دارند و قیمت آنها ارزان‌تر است.

• پنل‌های خورشیدی فیلم نازک (Thin-Film Solar Panels) بسیار سبک و انعطاف‌پذیر هستند و بازدهی پایین‌تر از سیلیکونی‌ها ولی مناسب برای کاربردهای قابل‌حمل یا نصب روی سطوح غیرمعمول و انواع آن عبارت‌اند از:
  • پنل‌های سیلیکون آمورف Amorphous Silicon Panels یا  a-Si
  • پنل‌های کادمیم تلوراید Cadmium Telluride Panels یا  CdTe
  • پنل‌های مس ایندیوم گالیوم سلنید Copper Indium Gallium Selenide Panels یا CIGS

• پنل‌های خورشیدی پرک (Passivated Emitter and Rear Contact Solar Panels) یا PERC نسخه بهبودیافته پنل‌های مونوکریستال هستند که با اضافه کردن لایه بازتابی، بازدهی نورگیری و تولید برق بالاتری دارند و در در فضای کم عملکرد عالی دارند.
• پنل‌های خورشیدی دوطرفه (Bifacial Solar Panels) که نور خورشید را از هر دو طرف جذب می‌کنند؛ به‌همین‌دلیل توانایی تولید انرژی بیشتری دارند، مخصوصاً در مکان‌هایی با بازتاب نور زیاد، مثلاً روی شن سفید یا برف.
• پنل‌های خورشیدی یکپارچه با ساختمان  (Building-Integrated Photovoltaics Panels) یا  BIPV که در با مصالح ساختمانی مثل سقف، پنجره یا نما ادغام می‌شوند و علاوه بر تولید انرژی، نقش سازه‌ای و زیبایی‌شناسی هم دارند.

اینورتر

اینورترهای خورشیدی در مقیاس نیروگاهی  (Utility-Scale Inverters)اینورتر یکی از مهم‌ترین اجزای پروژه‌های خورشیدی بزرگ‌مقیاس است. این دستگاه‌ها جریان مستقیم (DC) تولیدشده توسط پنل‌ها را به جریان متناوب (AC) تبدیل می‌کنند تا با شبکه برق سازگار شود. اینورترهای نیروگاهی برای تحمل توان بالا طراحی شده‌اند و جزء ضروری هر مزرعه خورشیدی به شمار می‌روند.

اینورترها با استفاده از مدارهای الکترونیک قدرت، جریان مستقیم پنل‌ها را به جریان متناوب با ولتاژ و فرکانس هماهنگ با شبکه برق تبدیل می‌کنند. علاوه‌براین، اینورترهای مدرن دارای قابلیت‌های پیشرفته‌ای مانند ردیابی نقطه حداکثر توان (MPPT) هستند که بازدهی انرژی را در شرایط متغیر تابش خورشید بهینه می‌سازند.

انواع اینورترهای خورشیدی در مقیاس نیروگاهی

• اینورترهای مرکزی (Central Inverters)  برای نیروگاه‌های بزرگ با صدها یا هزاران پنل، تمام جریان تولیدی از یک مجموعه بزرگ پنل‌ها را به AC تبدیل می‌کند.
• اینورترهای رشته‌ای (String Inverters) برای گروه‌های متوسط پنل‌ها؛ هر رشته پنل به یک اینورتر متصل می‌شود و جریان DC آن به AC تبدیل می‌شود.

• اینورترهای چندرشته‌ای/ماژولار (Multi-String Inverters / Modular Inverters) ترکیبی از چند اینورتر رشته‌ای هستند که در یک سیستم انعطاف‌پذیری بیشتر و قابلیت مدیریت تولید انرژی بهینه دارند.
• اینورترهای هیبریدی (Hybrid Inverters) قابلیت اتصال به منابع ذخیره‌سازی انرژی مانند باتری‌ها را دارند و جریان بین شبکه برق و ذخیره‌سازی انرژی را مدیریت می‌کنند.
• اینورترهای دوطرفه (Bifacial Inverters)  کمتر رایج ‌اند و مخصوص پنل‌های خورشیدی دوطرفه  (Bifacial) با توانایی مدیریت تولید انرژی از هر دو طرف پنل هستند.
• اینورترهای متصل به شبکه (Grid-Tied Inverters) تولید برق مستقیم به شبکه اصلی را بر عهده دارند و اغلب شامل ویژگی‌های محافظتی و هماهنگی با فرکانس و ولتاژ شبکه هستند.
• اینورترهای مستقل، بدون اتصال به شبکه (Off-Grid Inverters / Standalone Inverters) برای سیستم‌هایی که به شبکه برق متصل نیستند و معمولاً با باتری و منابع ذخیره‌سازی انرژی کار می‌کنند.

کاربردهای اینورترهای نیروگاهی

اینورترهای نیروگاهی فقط مبدل ساده DC به AC نیستند؛ بلکه مانند مغز سیستم انرژی تجدیدپذیر عمل می‌کنند؛ یعنی کیفیت توان را تضمین می‌کنند و انرژی منابع متغیر را با شبکه، پایدار و هماهنگ می‌‌کنند. همچنین امکان ذخیره‌سازی و تبادل انرژی را فراهم می‌کنند. در ادامه با جزئیات بیشتری به کاربردهای اینورترهای نیروگاهی می‌پردازیم:

 مزارع خورشیدی  (Solar Farms)

در نیروگاه‌های خورشیدی، هزاران پنل خورشیدی جریان مستقیم (DC) تولید می‌کنند. برق DC برای استفاده در شبکه سراسری یا مصرف عمومی مناسب نیست؛ چون شبکه برق با جریان متناوب (AC) کار می‌کند. اینورترهای نیروگاهی با ظرفیت‌های بالا، مثلاً ۵۰۰ کیلووات تا چند مگاوات، وظایف زیر را به عهده دارند:

• • تبدیل برق DC به  AC
  • هم‌فازسازی خروجی با فرکانس و ولتاژ شبکه؛ مثلاً ۵۰Hz  و ۴۰۰/۲۳۰ ولت یا سطح ولتاژهای بالاتر.
  • کاهش تلفات انرژی و مدیریت هارمونیک‌ها برای جلوگیری از اختلال در شبکه.

برای مثال نیروگاه خورشیدی ۱۰۰ مگاواتی در کرمان که از چندین مگاولت‌آمپر اینورتر نیروگاهی برای تزریق مستقیم انرژی به شبکه سراسری ایران استفاده می‌کند.

سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی  (Battery Energy Storage Systems – BESS)

در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، باتری‌های عظیم (لیتیوم-یون یا سدیم-سولفور) برق را به‌صورت DC ذخیره می‌کنند. اینورترهای نیروگاهی نقش حیاتی دارند؛ هنگام نیاز به تزریق انرژی، برق DC باتری‌ها را به AC شبکه تبدیل کنند و وظایف زیر را به عهده دارند:

• • در زمان مازاد تولید برق؛ مثلاً روزهای آفتابی یا شب‌های کم‌مصرف، جریان AC شبکه را به DC تبدیل و باتری‌ها را شارژ می‌کنند.
  • مدیریت دوسویه‌ی انرژی
  •   ایجاد پایداری در شبکه (Bidirectional Inverter) پشتیبانی در ساعات پیک مصرف، و جلوگیری از خاموشی.

برای مثال پروژه Schwerin در آلمان یک نیروگاه ذخیره‌سازی بزرگ با ظرفیت ۴۰ مگاوات / ۱۳۶ مگاوات‌ساعت است که از باتری‌های لیتیوم-یون استفاده می‌کند. این سیستم با ذخیره انرژی اضافی تولیدشده از باد و خورشید، آن در زمان نیاز به شبکه تزریق می‌کند. هدف اصلی آن تثبیت شبکه و تأمین برق پایدار برای شهرهای اطراف بدون وابستگی به نیروگاه‌های فسیلی است.

پروژه‌های ترکیبی انرژی تجدیدپذیر  (Hybrid Renewable Projects)

در این پروژه‌ها، منابع مختلف انرژی مثل خورشید، باد، و حتی دیزل ژنراتور کنار هم استفاده می‌شوند. چالش اصلی این پروژه‌ها هماهنگ‌سازی منابع مختلف با ویژگی‌های متفاوت، مانند باد متغیر، خورشید روزانه، باتری ذخیره‌ای است. اینورترهای نیروگاهی با سیستم‌های کنترل هوشمند نقش‌های کلیدی زیر را دارند:

• • ادغام خروجی منابع مختل
  • مدیریت لحظه‌ای بر اساس نیاز شبکه
  • کاهش نوسانات توان و تأمین برق پایدار

برای مثال جزیره ایلبورن در اسپانیا با ترکیب توربین‌های بادی، پنل‌های خورشیدی، سیستم ذخیره‌سازی انرژی و یک اینورتر مرکزی، برق پایدار بدون وابستگی به شبکه سراسری تولید می‌کند. این مدل باعث کاهش وابستگی به دیزل و تبدیل جزیره به یکی از نمونه‌های موفق انرژی تجدیدپذیر شده است.

چرا انتخاب درست تجهیزات حیاتی است؟

در نیروگاه‌های خورشیدی مقیاس بزرگ، عملکرد بهینه و ایمنی سیس

تم به کیفیت و تناسب پنل‌ها و اینورترها با طراحی مهندسی دقیق وابسته است. هر دو بخش باید متناسب با نیازهای خاص پروژه و استانداردهای شبکه برق انتخاب شوند. پنل‌های باکیفیت و اینورترهای کارآمد، حداکثر توان ممکن را استخراج کرده و از هدررفت انرژی جلوگیری می‌کنند. همچنین اینورترهای استاندارد با شبکه هماهنگ می‌شوند و با کاهش ریسک نوسانات عملکرد پایدار نیروگاه را تضمین می‌کنند.

پنل‌های خورشیدی و اینورترهای باکیفیت عمر بیشتری دارند و کمتر به به تعمیرات نیاز دارند؛ در نتیجه هزینه‌های بهره‌برداری آنها کمتر است.

تأمین تجهیزات نیروگاهی خورشیدی از مهرسان

ما در مهرسان نوین پارس با ارائه پنل‌ها، اینورترها از برندهای معتبر با اطمینان از سازگاری کامل با طراحی مهندسی پروژه و پشتیبانی و خدمات پس از فروش حرفه‌ای برای بهره‌برداری امن و بهینه نیروگاه در کنار شما هستیم.

همین امروز با مهرسان تماس بگیرید و تجهیزات خورشیدی پروژه خود را از برندهای معتبر تهیه کنید. انتخاب درست تجهیزات، سرمایه‌گذاری برای آینده سبز با انرژی پایدار و موفقیت پروژه شماست.

منابع:

https://www.solaxpower.com/blogs/key-components-of-utility-scale-solar-projects.html