سیستم هاي فتوولتاییک متصل به شبکه

بطور کلی سیستم هاي فتوولتاییک با توجه کاربردشان به دو گروه دسته بندي می شوند
واحدهاي فتوولتاییک متصل به شبکه.
واحدهاي فتوولتاییک مجزا از شبکه.
لازم به ذکر است که کاربري دیگر سیستمهاي فتوولتاییک به صورت چندگانه 2 میباشد که در این حالت سیستم فتوولتاییک در کنار منابع دیگر مانند توربین باد یا دیزل، تغذیه بار را انجام میدهند.

سیستم هاي فتوولتاییک متصل به شبکه
به منظور تقویت شبکه ي سراسري برق و جلوگیري از فشار الکتریکی وارده بر نیروگاه ها در طی روز، استفاده از سیستم هاي فتوولتاییک متصل به شبکه سراسري برق به صورت متمرکز و یا غیرمتمرکز از جمله راه حل هاي این مشکل می باشد. امروزه سیستم هاي فتوولتاییک متصل به شبکه در بسیاري از کشورهاي جهان در واحدهاي کوچک از 1 کیلووات الی 5 کیلووات در بام منازل مسکونی و در واحدهاي بزرگ تر به صورت نیروگاه هاي فتوولتاییک نصب و راه اندازي شده است. از مزایاي این سیستم می توان به موارد زیر اشاره کرد.

نصب و راه اندازي آسان.
بازده ي بالا و عدم نیاز به تجهیزات جانبی پیچیده.
عدم نیاز به باتري جهت ذخیره انرژي الکتریکی.

طراحی سیستم هاي فتوولتاییک متصل به شبکه، به گونه اي است که هم زمان و به طور موازي با شبکه ي برق سراسري
توان تولید می نمایند. یکی از اجزاء اصلی سیستم هاي فتوولتاییک متصل به شبکه، مبدل الکترونیک قدرت است که برق DC تولیدي توسط آرایه هاي 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 می نماید. به طورکلی ارتباطی دو جانبه میان سیستم هاي فتوولتاییک و شبکه ي تولیدي وجود دارد به نحوی که اگر برق DC تولیدی توسط سیستم هاي فتوولتاییک بیش از نیاز بار مصرفی محلی باشد.

مازاد آن به شبکه ي برق سراسري تغذیه می گردد و در هنگام شب و مواقعی که به دلایل اقلیمی امکان استفاده از نور خورشید وجود ندارد، بار الکتریکی مورد نیاز سایت توسط شبکه ي برق سراسري تأمین می گردد. همچنین در کاربردهاي متصل به شبکه در صورتی که سیستم فتوولتاییک به دلیل تعمیرات از مدار خارج گردد، برق مورد نیاز مصرف محلی از طریق شبکه ي برق سراسري تأمین خواهد شد. نکته مهمی که در این واحدها باید رعایت شود این است که اگر به هر دلیلی شبکه ي سراسري قدرت قطع شود، واحد خورشیدي نیز باید تولید را متوقف سازد و بارهاي مصرفی قطع شوند.
شکل زیر طرحی از سیستم فتوولتاییک متصل به شبکه ي برق بدون باتري ذخیره ساز را نشان می دهد.

همانگونه که در شکل مشاهده می شود، جهت شارش توان بین شبکه ي سراسري و واحد خورشیدي به صورت دو طرفه می باشد. این دو طرفه بودن تبادل توان به این معنی است که در صورت بیش از حد بودن توان تولیدي واحد خورشیدي، بخشی از آن صرف بار می شود و باقیمانده ي آن به شبکه ي سراسري تزریق می شود و در صورت کمبود توان و یا عدم تولید توان توسط واحد خورشیدي، نیاز بار از طریق شبکه برطرف می شود.

همانگونه که توضیح داده شد اگر به هر دلیل شبکه بی برق شود، واحد خورشیدي نیز باید تولید توان و تزریق آنرا متوقف سازد. این تشخیص و توقف، توسط مبدل الکترونیک قدرت واحد خورشیدي صورت می پذیرد. در برخی موارد براي افزایش قابلیت اعتماد سیستم، از سیستم هاي ذخیره کننده انرژي که عمدتاً باتري هستند، استفاده می شود. بنابراین سیستم هاي متصل به شبکه ي سراسري برق را می توان به دو گروه داراي سیستم ذخیره و بدون سیستم ذخیره طبقه بندي کرد.

سیستم هاي فتوولتاییک متصل به شبکه ي برق مجهز به سیستم ذخیره به خصوص براي خانه هاي مسکونی و محل هاي تجاري کوچک بسیار مناسب هستند، زیرا در این سیستم ها از انرژي ذخیره شده براي بارهاي حساس مانند :
یخچال، روشنایی، آسانسور، پمپ هاي آبرسانی و غیره استفاده می شود. در شرایط معمولی که شبکه ي سراسري برق دار است، سیستم فتوولتاییک براي شارژ با تري و تغذیه ي بار محلی انرژي تولید می نماید و در صورتیکه اضافه تولید داشته باشد به شبکه ي سراسري توان تزریق می نماید و در صورت کمبود تولید، توان مورد نیاز را از شبکه ي سراسري دریافت می نماید. در هر صورت باتري و یا دیگر ذخیره سازهاي انرژي در حالت شارژ کامل به سر می برند.

شکل زیر، طرحی از سیستم فتوولتاییک متصل به شبکه ي برق داراي باتري ذخیره را نشان می دهد. همانگونه که  در این شکل مشخص شده است، مبدل الکترونیک قدرت توسط آرایه ي خورشیدي تغذیه می شود که خروجی آن به باتري به عنوان ذخیره ساز انرژي بار محلی و بار حساس متصل است. رابطه ي بین شبکه ي اصلی و واسط واحد خورشیدي (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 می شود. همچنین رابطه تبادل توان بین واسط واحد خورشیدي و مبدل الکترونیک قدرت واحد خورشیدي نیز به صورت دو طرفه می باشد زیرا در صورتیکه شبکه ي سراسري برق دار باشد، باتري باید در شارژ کامل باشد اما ممکن است در این حالت به هر دلیل واحد خورشیدي هیچ تولیدي نداشته باشد. بنابراین براي شارژ کرد ن
باتري می توان از شبکه ي اصلی کمک گرفت. براي مثال در روزهاي بارانی که تولید توان واحد خورشیدي کم و یا صفر است براي شارژ باتري از شبکه ي قدرت استفاده می شود. در زمانی که شبکه قدرت برق دار باشد مبدل الکترونیک قدرت، باتري را شارژ می نماید و در صورتیکه شبکه بی برق باشد این مبدل از باتري به عنوان منبع انرژي استفاده می نماید مبدل در صورت قطع شبکه اصلی، کلید بین خود و واسط واحد خورشیدي را باز و کلید بین خود و بار حساس را در صورتیکه توانایی عملکرد مستقل از شبکه براي تولید فرکانس مناسب را داشته باشد، می بندد.