در قرون نوزدهم و بیستم میلادی اولین نسل از نیروگاه‌های برق ساخته شدند در آن زمان هنوز از انرژی تجدید پذیر مانند نیروگاه متصل به شبکه (آنگرید) خورشیدی استفاده نمی‌شد و تولید برق عمدتاً از طریق توربین‌های آبی و بخار انجام می‌شد. رفته‌رفته نیروگاه‌های جدیدتری ظهور کردند که از سوخت‌های فسیلی مانند زغال‌سنگ و نفت بیشتر استفاده می‌کردند و یا از سوخت‌های هسته‌ای و بهره می‌بردند.
ازجمله مشکلات اساسی این نیروگاهها (فسیلی) تأمین سوخت موردنیاز آن‌ها است، سوخت‌های فسیلی که برای تأمین انرژی استفاده می‌شوند تمام‌شدنی هستند درنتیجه بهتر است تا آن را برای نسل‌های بعد نیز ذخیره کنیم و به شکل بی‌رویه و خارج از چارچوب از آن استفاده نکنیم، همچنین هزینه احداث این نیروگاهها بالاست، مسائل ذکرشده تنها بخشی از مشکلات و دغدغه‌های مرتبط با این نیروگاهها است.
کلیه این چالش‌ها و همچنین سرعت خیره‌کننده پیشرفت تکنولوژی باعث شد تا بشر به سمت استفاده از منابع تجدید پذیر برود در بین این منابع، انرژی خورشیدی از پرکاربردترین و محبوب‌ترین‌هاست که می‌تواند به شکل نیروگاه‌های متصل به شبکه (آنگرید) برای تولید برق در شبکه سراسری فعالیت کرده و یکی از مهم‌ترین نقش‌ها را در این زمینه ایفا کند.
مطالبی که در این مقاله می‌خوانید
تعریف نیروگاه متصل به شبکه (آنگرید)
نیروگاه متصل به شبکه (آنگرید) خورشیدی یک سیستم تولید برق است که پرتوی نور خورشید را به وسیله پنل‌های خورشیدی یا سیستم‌های نور متمرکز جذب کرده و به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند، انرژی برق تولید شده به شبکه برق‌رسانی وارد شده و بین مصرف‌کنندگان توزیع می‌شود.
انواع نیروگاه متصل به شبکه (آنگرید)
در زیر دو نوع نیروگاه متصل به شبکه (آنگرید) خورشیدی را بررسی می‌کنیم که بیشترین کاربرد را دارند؛
نیروگاه فتوولتائیک (PV)
این نوع نیروگاه متصل به شبکه (آنگرید)، در حال حاضر مرسوم‌ترین و پراستفاده‌ترین نیروگاه خورشیدی است که با استفاده از پنل‌های خورشیدی نور مستقیم خورشید را به انرژی برق تبدیل می‌کند. این نیروگاه می‌تواند در چند نوع مختلف به‌کاربرده شود به‌عنوان‌مثال در مقیاس بزرگ برای تأسیسات شهری یا سیستم‌های کوچک‌تر که بر روی پشت‌بام قرار می‌گیرد.
این نوع نیروگاه بر اساس مقیاس، پیکربندی، و محل موردنظر به چند دسته تقسیم‌بندی می‌شوند که انواع اصلی آن را شرح می‌دهیم؛
نیروگاه فتوولتائیک در مقیاس کاربردی
نیروگاه‌هایی هستند که با استفاده از زمین‌های وسیع و پنل‌های خورشیدی با ظرفیت بالا، قادر به تولید برق با قدرت بالا هستند. این نیروگاهها که به آن فارم نیز می‌گویند در مقیاس بزرگ اجرا می‌شوند و معمولاً برای تزریق به شبکه سراسری برق از آن‌ها می‌توان بهره برد. ظرفیت این نیروگاهها می‌تواند از چند مگاوات تا صدها مگاوات باشد.
در نیروگاه متصل به شبکه (آنگرید) فتوولتائیک مقیاس کاربردی (بزرگ) از آرایه‌های خورشیدی بر روی زمین یا بر روی سیستم‌های دنبال کننده خورشیدی برای به حداکثر رساندن راندمان تولید انرژی نیروگاه استفاده می‌شود.
نیروگاه فتوولتائیک (PV) تجاری و صنعتی
نیروگاه‌هایی هستند که برای تأمین نیازهای انرژی بخش تجاری و صنعتی استفاده می‌شوند. این نیروگاه متصل به شبکه (آنگرید) با مقیاس‌های متفاوت از چند صد کیلووات تا چند مگاوات مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد، مقیاس موردنظر با توجه به عوامل مختلف مانند میزان نیاز به انرژی، میزان فضای مناسب جهت احداث، بودجه و… متغیر است.
این قبیل نیروگاهها معمولاً بر روی سازه‌های صنعتی، فضاهای تجاری، ادارات و… در مقیاس متوسط و یا تقریباً بزرگ نصب و راه‌اندازی می‌شوند و باعث کاهش هزینه‌های مربوط به برق صنایع شده و حتی به درآمدزایی بیشتر واحدهای صنعتی و تجاری نیز کمک می‌کند.
نیروگاه فتوولتائیک (PV) مسکونی
استفاده از نیروگاه متصل به شبکه (آنگرید) بر روی پشت‌بام یا زمین ساختمان‌های مسکونی یا مشاغل کوچک، یکی از رایج‌ترین کاربردهای نیروگاه فتوولتائیک می‌باشد این نیروگاه در مقیاس کوچک چند کیلووات اجرا و بهره‌برداری می‌شود و مانند سایر نیروگاهها می‌تواند برق تولیدی خود را به شبکه داده و درآمدزایی کند.
نیروگاه فتوولتائیک (PV) شناور
نیروگاه خورشیدی که بر روی آب دریا، دریاچه‌ها و یا برکه‌ها شناور است (به‌وسیله سکوهای مخصوص که از پنل خورشیدی پشتیبانی می‌کنند). این نیروگاه ها مزایایی ازجمله افزایش در دسترس بودن زمین، کاهش تبخیر آب و افزایش خنک‌کنندگی پنل به دلیل نزدیکی به آب را ارائه می دهند.
نیروگاه شناور را می‌توان در مقیاس بزرگ یا تأسیسات کوچک بر روی آب‌های موجود مستقر کرد و در کنار مزایایی که ذکر کردیم، با چالش‌هایی ازجمله شرایط محیطی سخت مانند امواج سنگین و یا اثرات مخرب زیست‌محیطی بر اکوسیستم‌های آبی و حیات‌وحش نیز روبرو است.
نیروگاه خورشیدی متمرکز
نوعی نیروگاه متصل به شبکه (آنگرید) است که با استفاده از آینه‌ها و عدسی‌ها نور خورشید را برای ایجاد گرما با دمای بالا متمرکز می‌کند. گرمای تولیدشده توسط این سیستم به یک گیرنده هدایت می‌شود که در بالای یک برج و یا در یک فرورفتگی سهموی قرار دارد.
گیرنده نور متمرکز خورشید را جذب می‌کند و انرژی حرارتی را به یک محیط سیال مانند آب یا روغن مصنوعی که از طریق آن در گردش است، منتقل می‌کند. سیال موردنظر گرم شده و بخار تولید می‌کند (به‌عنوان‌مثال؛ آب روی لوله‌ها یا تأسیسات گرم قرارگرفته و باعث ایجاد بخار می‌شود)، به‌وسیله بخار تولیدشده توربین حرکت می‌کند، یا سیال به‌طور مستقیم توربین را به حرکت درمی‌آورد.
نیروگاه خورشیدی متمرکز توانایی تولید برق در مقیاس بزرگ را دارد و مزیت اصلی آن توانایی در ذخیره انرژی حرارتی است که اجازه می‌دهد حتی زمانی که نور خورشید در دسترس نیست (مانند شب‌ها) به تولید برق ادامه دهد. این سیستم به‌ویژه برای مناطقی که تابش نور فراوان خورشید وجود دارد، مناسب است و می‌تواند نقش مهمی در کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای ایفا کند و به ترکیب تولید انرژی تنوع بخشد اما به دلیل مشکلات فنی و قیمت‌های بالا، ظرفیت نصب کمتری نسبت به نیروگاه‌های فتوولتائیک در سراسر جهان دارند.
اجزای اصلی نیروگاه متصل به شبکه (آنگرید)
برای راه‌اندازی یک نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه (آنگرید)، لازم است از قطعات و تجهیزات مختلفی استفاده کنیم، که اصلی‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:
پنل خورشیدی
اصلی‌ترین بخش یک نیروگاه آنگرید پنل خورشیدی است که به آن ماژول خورشیدی نیز می‌گویند، که به‌وسیله سلول‌های خورشیدی نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل می‌کند. پنل‌های خورشیدی روی یک قاب مناسب نصب می‌شوند که باید دارای نورگیر کافی، فضای کافی، دسترسی آسان و عدم سایه‌اندازی باشد.
در حال حاضر پنل‌های خورشیدی که مورداستفاده قرار می‌گیرند به سه دسته تقسیم می‌شوند؛ پلی کریستال، مونو کریستال و لایه‌نازک. با توجه به منطقه موردنظر ازنظر آب‌وهوایی و سایر مشخصات مدنظر متخصصین، بهترین گزینه انتخاب شده و استفاده می‌شود. در مقیاس‌های متفاوت نیروگاه متصل به شبکه (آنگرید)، تعداد پنل‌های استفاده‌شده متغیر است به‌عنوان‌مثال در یک نیروگاه خورشیدی بزرگ‌مقیاس ممکن است هزاران پنل خورشیدی در آرایه‌ها به‌کاربرده شود.
اینورتر
جریان مستقیم (DC) تولیدشده با پنل‌های خورشیدی را به جریان متناوب (AC) یا جریان قابل‌استفاده برای مصرف‌کنندگان تبدیل می‌کند. اینورترهای نیروگاه متصل به شبکه (آنگرید) نیز خروجی سیستم را با فرکانس و ولتاژ شبکه برق همگام می‌کنند و همچنین دارای سیستمی هستند که به هنگام قطع برق سراسری، تولید برق را متوقف می‌کنند که باعث جلوگیری از بروز خطرات احتمالی می‌شوند.
اینورترها معمولاً دارای قابلیت نظارت و کنترل محلی و ارتباط با شبکه برق هستند تا بهینه‌سازی تولید و مصرف برق را مدیریت کنند. اینورتر متصل به شبکه دارای سه نوع؛ تک فاز، سه فاز و مرکزی (سه فاز با توان خروجی بالا) می‌باشد.
استراکچر
پنل خورشیدی باید به‌طور ایمن بر روی سازه (استراکچر) نصب شود که بتواند در شرایط مختلف آب و هوایی مقاومت کند. شیب و جهت‌گیری مناسب برای جذب حداکثر انرژی خورشیدی باید لحاظ شود. سازه‌های نیروگاه متصل به شبکه (آنگرید) می‌توانند روی سقف، روی زمین یا در هر مکانی که از لحاظ کارشناسی تائید شده باشد نصب و اجرا شوند.
استراکچرها به انواع مختلف مانند استراکچر با شیب ثابت، متحرک تک‌محور و متحرک دو محور تقسیم می‌شوند. استراکچرهای متحرک با دنبال کردن نور خورشید باعث می‌شوند تا جذب نور خورشید به حداکثر رسیده و درنتیجه تولید انرژی نیز به بیشترین مقدار خود برسد.
تابلو برق، سیم‌کشی و حفاظت برق
نیروگاه متصل به شبکه (آنگرید) خورشیدی دارای تابلو برق گسترده و تجهیزات حفاظتی برای مدیریت و حفاظت از فرآیند تولید برق است. این تجهیزات شامل کلیدهای مدار، رله‌ها، فیوزها و دستگاه‌های حفاظت از نوسانات برای محافظت از تجهیزات در برابر جریان اضافه، اتصال کوتاه و نوسانات ولتاژ است.
یک نیروگاه به سیم‌کشی مناسب برای اتصال پنل‌های خورشیدی، اینورتر و سایر اجزا نیاز دارد. این شامل سیم‌کشی‌های داخلی، سیم‌کشی‌های خارجی، کابل‌ها، کانکتورها، جعبه‌های اتصال و قطع کننده‌های مدار برای محافظت در برابر جریان اضافه یا خطاهای الکتریکی است.
سیستم حفاظت زمین (ارتینگ)
یکی از مهم‌ترین مواردی که باید در حفاظت برق رعایت کرد سیستم اتصال به زمین است تا ایمنی در مواجهه با شوک الکتریکی مانند صاعقه حفظ شود و از وقوع حوادث جلوگیری به عمل آید. مراقبت و نگهداری دوره‌ای سیم‌کشی و تجهیزات برقی در نیروگاه خورشیدی نیز بسیار مهم است تا عملکرد بهینه و پایداری سیستم تضمین شود که شامل بررسی منظم، تست‌های الکتریکی و بررسی مداوم عملکرد تجهیزات است.
شایان‌ذکر است که تجهیزات خاص مورداستفاده در یک نیروگاه متصل به شبکه (آنگرید) می‌تواند بسته به اندازه نیروگاه، مکان نیروگاه و ترجیحات طراح متفاوت باشد.
مزایای نیروگاه متصل به شبکه (آنگرید) خورشیدی
در ادامه تعدادی از مزایای نیروگاه‌های خورشیدی را بررسی می‌کنیم، هر چند که مزایای آن‌ها بسیار بیشتر از موارد نام‌برده است؛
کسب درآمد
به وسیله احداث نیروگاه متصل به شبکه (آنگرید) می‌توان درآمدی پایدار کسب کرد (از کوچک‌مقیاس تا بزرگ‌مقیاس) که میزان این درآمد با توجه به نرخ خرید اعلام‌شده در هر کشور متفاوت است.
کاهش هزینه‌ها
هزینه تولید برق از طریق نیروگاه‌های خورشیدی در دهه‌های اخیر به‌طور قابل‌توجهی کاهش یافته است. پیشرفت‌های در فناوری خورشیدی، تحقیق و توسعه، افزایش مقیاس تولید و سیستم‌های نصب و راه‌اندازی مدرن، هزینه تولید برق خورشیدی را کاهش داده و آن را به یک گزینه اقتصادی تبدیل کرده است.
کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی
با استفاده از نیروگاه‌های خورشیدی، وابستگی به منابع سوخت فسیلی مانند نفت و گاز طبیعی کاهش می‌یابد و به هیچ مواد اولیه‌ای برای تولید برق نیاز ندارد این موضوع به کاهش هزینه‌ها و وابستگی به منابع انرژی خارجی کمک می‌کند و باعث می‌شود تا سبد انرژی متنوع‌تری داشته باشیم.
منابع نامحدود
نور خورشید یک منبع نامحدود است، هرروز تابش می‌کند و نیروگاه متصل به شبکه (آنگرید) خورشیدی از آن برای تولید انرژی استفاده می‌کنند.
انرژی سبز و تمیز
این نیروگاه هیچ‌گونه آلودگی هوا یا انتشار گازهای گلخانه‌ای ندارد و با استفاده از این نیروگاه می‌توان مصرف سوخت‌های فسیلی را کاهش داده و به حفظ محیط‌زیست کمک نمود.
هزینه تعمیرات و نگهداری
این هزینه در نیروگاه متصل به شبکه (آنگرید) خورشیدی بسیار ناچیز بوده در‌حالی‌که در نیروگاه‌های فسیلی این هزینه بسیار زیاد است.
مقاله ی کامل و خوبی بود👌ممنون🌺
با سلام خدمت شما کاربر گرامی،
تشکر از توجه و نظر شما
نکات خوبی در مورد انرژی تجدید پذیر گفته شد. تشکر