اوایل دهه ۹۰ میلادی، با پیشرفت فناوری‌ها، توجه بیشتری به سمت سیستم‌های خورشیدی هیبریدی جلب شد. در این دوره، افزایش سریعی در استفاده از ترکیب انرژی خورشیدی با ذخیره‌سازی باتری مشاهده شد. در چند سال گذشته، استفاده از انرژی خورشیدی با افزایش آگاهی مردم از سازگاری آن با محیط زیست، افزایش یافته است.

این وبلاگ با هدف ارائه یک مرور کلی کامل از سیستم خورشیدی هیبریدی، تعریف آن، نحوه عملکرد آن، اهمیت آن، انواع پنل‌های هیبریدی، مزایا و معایب هر نوع و موارد دیگر، تهیه شده است.

سیستم خورشیدی هیبریدی چیست؟

یک سیستم خورشیدی هیبریدی شامل پنل‌های خورشیدی، یک اینورتر هیبریدی و ذخیره‌سازی باتری برای ایجاد یک راه‌حل انرژی بدون وقفه است. پنل‌های خورشیدی نور خورشید را ذخیره کرده و آن را به برق تبدیل می‌کنند، در حالی که ذخیره‌سازی باتری انرژی اضافی را برای استفاده بعدی ذخیره می‌کند.

عملکرد این سیستم از یک پنل خورشیدی هیبریدی شروع می‌شود که به جذب نور خورشید و سپس تبدیل آن به برق DC (جریان مستقیم) کمک می‌کند. برق DC از پنل خورشیدی هیبریدی با کمک یک اینورتر به AC (جریان متناوب) تبدیل می‌شود. سپس انرژی خورشیدی اضافی تولید شده در طول روز در یک ذخیره‌سازی باتری ذخیره می‌شود تا در شب یا روزهای ابری برای تأمین مداوم برق استفاده شود. این سیستم‌ها بهترین ویژگی‌های سیستم‌های خورشیدی متصل به شبکه و خارج از شبکه را ترکیب می‌کنند و عملکرد مداوم انرژی خورشیدی را تضمین می‌کنند. هنگامی که انرژی خورشیدی و باتری کافی نیستند، اتصال شبکه برق را از شبکه می‌گیرد و همچنین انرژی اضافی را به شبکه صادر می‌کند. به این ترتیب سیستم‌های خورشیدی هیبریدی حتی در هنگام خاموشی نیز قابل استفاده هستند!

یک سیستم خورشیدی هیبریدی چگونه کار می‌کند؟

اجزای مختلفی در عملکرد سیستم فتوولتائیک هیبریدی دخیل هستند. اجزای درگیر به شرح زیر است –

پنل‌های خورشیدی (آرایه PV) – آنها روی پشت بام یا سازه زمینی نصب می‌شوند تا حداکثر نور خورشید را برای تبدیل انرژی خورشیدی به برق DC دریافت کنند.

اینورترها – آنها برق DC تولید شده توسط پنل‌های خورشیدی را به برق AC تبدیل می‌کنند که سپس توسط لوازم خانگی استفاده می‌شود. انواعی از اینورترها وجود دارند که شامل اینورترهای رشته‌ای، میکرواینورترها و اینورترهای هیبریدی هستند که همگی ورودی‌های خورشیدی و باتری را مدیریت می‌کنند.

باتری‌ها – این باتری‌ها انرژی خورشیدی اضافی تولید شده را ذخیره می‌کنند تا بتوان پس از غروب آفتاب، زمانی که نور خورشید کم است یا در روزهای ابری از آن استفاده کرد. این باتری‌ها شامل یک سیستم مدیریت باتری هستند که به نظارت بر شارژ و دشارژ باتری کمک می‌کند تا استفاده و طول عمر آن را بهینه کند.

اتصال به شبکه – هنگامی که باتری و انرژی خورشیدی کافی نیستند، اتصال به شبکه به پشتیبان‌گیری از منبع تغذیه کمک می‌کند و اجازه می‌دهد انرژی خورشیدی اضافی به شبکه بازگردانده شود. برخی از مناطق وجود دارند که می‌توانند برای صادرات انرژی اضافی به شبکه، اعتبار کسب کنند. جریان انرژی – برای افزایش بهره‌وری جریان انرژی، مدیریت انرژی به نظارت و کنترل جریان آن در سیستم کمک می‌کند. همچنین دارای فناوری هوشمندی است که به ذخیره برق در مواقع نیاز کمک می‌کند.

مکانیزم ذخیره‌سازی – شامل استفاده از باتری‌ها برای صرفه‌جویی در دسترسی به انرژی خورشیدی تولید شده از طریق پنل‌های خورشیدی است. هنگامی که تولید انرژی خورشیدی کم می‌شود، باتری‌ها به تولید برق کمک می‌کنند تا قطعی برق وجود نداشته باشد.نمودار کارکرد سیستم خورشیدی هیبریدی

انواع پنل‌های خورشیدی هیبریدی

این نوع پنل‌های خورشیدی هیبریدی شامل پنل خورشیدی مونوکریستالی، پنل خورشیدی پلی کریستالی، پنل خورشیدی فتوولتائیک یکپارچه ساختمانی (BIPV) و پنل خورشیدی فیلم نازک است. در زیر شرح مختصری از هر نوع به همراه مزایا و معایب آنها آمده است.

پنل خورشیدی هیبریدی مونوکریستالی
پنل‌های خورشیدی مونوکریستالی دارای سلول‌های خورشیدی ساخته شده از یک کریستال سیلیکون هستند. خلوص کریستالی مونوکریستالی بالاتر از خورشیدی پلی کریستالی است. راندمان پنل‌های خورشیدی مونوکریستالی از 16 تا 24 درصد متغیر است. این پنل‌های خورشیدی دوره تولید انرژی طولانی‌تری دارند.

مزایا –

مونوکریستالی طول عمر بیشتری دارد، حدود 25 سال یا بیشتر دوره گارانتی.

اگر فضای محل شما محدود است، این پنل‌های خورشیدی انتخاب مناسبی هستند زیرا این پنل‌ها در مقایسه با سایر پنل‌های خورشیدی، برق بیشتری در هر متر مربع تولید می‌کنند. بنابراین این نوع پنل خورشیدی نرخ راندمان بالاتری دارد.

تولید برق در این نوع پنل خورشیدی از اوایل صبح تا اواخر شب انجام می‌شود زیرا در شرایط کم نور عملکرد بهتری دارند.

معایب

1. مونوکریستال و تولید آن در مقایسه با سایر پنل‌های خورشیدی گران است.
2. در طول فرآیند تولید مونوکریستال، سیلیکون به دلیل برش به ویفرهای سیلیکونی از میله‌های استوانه‌ای سیلیکونی، هدر می‌رود. این یکی از دلایل گران بودن مونوکریستال است.
3. از آنجایی که مونوکریستال از یک ساختار کریستالی واحد تشکیل شده است، باید با نهایت دقت حمل و نصب شود زیرا بسیار شکننده است.

پنل خورشیدی هیبریدی پلی کریستالی
این پنل خورشیدی از چندین قطعه سیلیکون ذوب شده تشکیل شده است. میزان راندمان پلی کریستالی بین 14 تا 20 درصد است. خلوص کریستالی در پلی کریستالی کمتر است. دوره تولید در مقایسه با پنل‌های مونوکریستال کمتر است.

مزایا –

1. تولید پلی کریستالی نسبت به مونوکریستال ارزان‌تر است که باعث می‌شود هزینه کمتری داشته باشد.
2. ضایعات سیلیکون کمتر است زیرا ذوب شده و سپس در قالب‌های مربعی ریخته می‌شود که منجر به هدر رفتن کمتر می‌شود.
3. این یک انتخاب سازگارتر با محیط زیست است زیرا ردپای کربن کمتر است.

معایب –

در مقایسه با پنل‌های مونوکریستالی، برای تولید همان مقدار انرژی به فضای بیشتری نیاز دارد. بنابراین از نظر فضا کارایی کمتری دارند و نصب آنها می‌تواند دشوار باشد.

نرخ راندمان پایین‌تری دارد.

میزان خلوص سیلیکون در این پنل‌ها کم است و محصول نهایی ممکن است در مقایسه با پنل‌های مونوکریستالی، یکنواختی کمتری داشته باشد.

پنل خورشیدی فتوولتائیک یکپارچه با ساختمان (BIPV)

این یک محصول یا سیستم تولید انرژی خورشیدی است که در قسمت‌هایی از ساختمان مانند سقف‌ها و پنجره‌ها ادغام می‌شود. این پنل خورشیدی از یکی از این دو فناوری استفاده می‌کند: سلول‌های خورشیدی کریستالی و سلول‌های خورشیدی فیلم نازک. میانگین راندمان این پنل حدود 5 تا 10 درصد است.

مزایا –

این نوع پنل‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که از نظر بصری جذاب به نظر برسند. به راحتی در معماری ساختمان ادغام می‌شوند.

با کمک این سیستم، برق در محل تولید می‌شود که به صرفه‌جویی در هزینه‌های انرژی و همچنین کاهش هزینه‌های آب و برق کمک می‌کند.

وقتی این پنل‌ها را انتخاب می‌کنید، دولت مشوق‌ها یا یارانه‌هایی را برای ادغام این سیستم در ساختمان‌های خود ارائه می‌دهد که سرمایه‌گذاری‌های بیشتری را در چنین فناوری‌هایی جذب می‌کند.

معایب –

نصب این نوع پنل نیاز به برنامه‌ریزی مناسب دارد تا با طراحی و ساخت ساختمان‌ها تداخل نداشته باشد.

از آنجایی که فرآیند نصب پیچیده است، تعمیر و نگهداری این پنل‌ها نیز گران است.

بازده مستقیماً به طراحی، محل و جهت ساختمان بستگی دارد.

پنل خورشیدی فیلم نازک
مانند سایر پنل‌های خورشیدی، پنل‌های فیلم نازک از طریق اثر فتوولتائیک انرژی نور را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند.برخلاف سیستم‌های سنتی، پنل‌های خورشیدی فیلم نازک، سلول‌های نسل دوم سبک و انعطاف‌پذیری هستند. هر سلول از سه بخش اصلی تشکیل شده است: ماده فتوولتائیک، یک صفحه رسانا و یک لایه محافظ. انواع مختلفی از پنل‌های خورشیدی فیلم نازک وجود دارد، یعنی پنل‌های سیلیکون آمورف (a-Si)، پنل‌های تلورید کادمیوم (CdTe)، پنل‌های دی‌سلنید گالیوم ایندیوم مس (CIGS) و پنل‌های فتوولتائیک آلی (OPV).

مزایا –

این نوع پنل‌ها عموماً سبک و نصب آنها آسان است.

پنل‌های فیلم نازک در شرایط کم نور به خوبی کار می‌کنند و همین امر آنها را قابل اعتمادتر می‌کند.

هزینه تولید آنها در مقایسه با سایر پنل‌های سیلیکونی کم است.

معایب:

این نوع پنل خورشیدی طول عمر عملیاتی کوتاه‌تری دارد.

پنل‌های خورشیدی فیلم نازک در مقایسه با سایر پنل‌های سیلیکونی کریستالی، نرخ بازده کمتری دارند.

پنل‌های فیلم نازک از کادمیوم استفاده می‌کنند و دفع آنها دشوار است، بنابراین برای محیط زیست نگران کننده است.

مزایای سیستم‌های خورشیدی هیبریدی
مزایای برتر سیستم‌های خورشیدی هیبریدی

امنیت انرژی بهبود یافته
با وعده تامین برق مداوم حتی در شرایط بد آب و هوایی یا قطعی برق، سیستم‌های خورشیدی هیبریدی به عنوان یک انتخاب عالی ثابت شده‌اند. وقتی هوا ابری است یا حتی وقتی شبکه برق قطع است، نیازی به نگرانی نیست زیرا شما یک منبع برق بدون وقفه خواهید داشت.

صرفه‌جویی در هزینه و بازگشت سرمایه

اغلب گفته می‌شود که سیستم‌های خورشیدی هیبریدی یک سرمایه‌گذاری یک‌باره هستند و این اشتباه نیست. این سیستم‌ها نه تنها شما را از افزایش هزینه‌های برق در سال‌های آینده نجات می‌دهند، بلکه لازم نیست ثروت خود را صرف خرید سوخت کنید زیرا برای راه‌اندازی این سیستم‌ها نیازی به سوخت نیست. جدا از این مزایا، ارزش ملک شما نیز پس از نصب این منابع قابل اعتماد در محل شما افزایش می‌یابد. بنابراین اگر سرمایه‌گذاری اولیه و بازگشت سرمایه شما را مقایسه کنیم، این معامله فقط در درازمدت به نفع شما خواهد بود.

مزایای زیست‌محیطی

پس از نصب سیستم‌های خورشیدی هیبریدی، می‌توانید با افتخار بگویید که از انرژی پاک و تجدیدپذیر استفاده می‌کنید. نور خورشید پاک‌ترین منبع انرژی است و برخلاف گاز طبیعی، زغال سنگ یا سوخت هسته‌ای، استفاده از آن نه بر میزان دسترسی به آن در سیاره ما تأثیری می‌گذارد و نه هیچ محصول جانبی خطرناک دیگری را در محیط زیست ما آزاد می‌کند. همچنین، ردپای کربن را کاهش می‌دهد و منبع پایداری برای تولید برق است.

فرآیند نصب

برای بهره‌مندی هرچه بیشتر از سیستم‌های خورشیدی هیبریدی خود، باید اطمینان حاصل کنید که فرآیند نصب با دقت انجام می‌شود تا بتوانید از مزایای کامل آن بهره‌مند شوید. برای بهره‌وری مادام‌العمر، نکات کلیدی وجود دارد که باید هنگام تهیه یک سیستم هیبریدی در نظر بگیرید.