سیستم های خورشیدی به منظور تبدیل مستقیم انرژی خورشید به برق بدون نیاز به سیستم های مکانیکی واسطه را سیستم فوتوولتاییک می نامند. صفحات جاذب نور مورد استفاده در این نوع سیستم های خورشیدی را صفحات خورشیدی می نامند. در اصلاح به صفحه های جاذب خورشیدی، پنلهای خورشیدی یا سلول های خورشیدی و یا صفحات فوتوولتاییک یا سلولهای فوتوولتاییک می گویند.

سیستم های فتوولتاییك را می توان به طور كلی به سه بخش اصلی تقسیم نمود:

1. پنل های خورشیدی:

   این بخش در واقع مبدل انرژی تابشی خورشید به انرژی الكتریكی بدون واسطه مكانیكی می باشد. لازم به ذكر است، جریان و ولتاژ خروجی از این پنل ها DC می باشد. این پنل ها طوری ساخته شده اند كه در برابر همه سختی های محیط مانند سرمای شدید قطبی، گرمای بیابان، رطوبت استوایی و بادهای شدید مقاومت می كنند با این حال جنس این وسایل از شیشه بوده و در اثر ضربات سنگین ممكن است بشكنند.

2. تولید توان مطلوب یا بخش كنترل:

   این بخش در واقع كلیه مشخصات سیستم را كنترل كرده و توان تولیدی پنل ها را طبق طراحی انجام شده و نیاز مصرف كننده به بار یا باتری تزریق یا كنترل می كند.

   لازم به ذکر است که در این بخش مشخصات و عناصر تشكیل دهنده با توجه به نیازهای بار الكتریكی، مصرف كننده و نیز شرایط آب و هوایی محلی تغییر می كند. بنابراین خرابی احتمالی در هر بخش یا اطلاعات مربوط به هر قسمت را می توان از بخش کنترل گرفت. این مجموعه از زیر مجموعه یا بخش های متعددی تشکیل شده است که شامل: باطری، شارژ کنترل، MPPT ، اینورتر و سیستم کنترل می باشد. لازم به ذکر است برای هر مصرف کننده لزوما از تمام بخش های مذکور استفاده نمی گردد، بلکه طبق مشخصات و نیاز های هر مصرف کننده، بخش تولید توان مطلوب از بعضی از زیر بخش های مذکور، تشکیل می گردد. بنابراین وظایف کنترل کننده به شرح زیر می باشد:

• تطبیق عملکرد کلیه اجزاء سیستم (شاملMPPT، شارژ کنترل و ...)

• فرمان به بخش های مختلف در مواقع لزوم

• جمع آوری اطلاعات از عملکرد سیستم

• اطلاع رسانی از اجزاء سیستم.

• حفاظت کل سیستم

• حفاظت سیستم زمین

3. ذخیره کننده انرژی و باطری

   انرژی تابشی خورشید در طی روز متغیر می باشد، بنابراین در بسیاری از کاربردهای انرژی خورشیدی منبع ذخیره انرژی لازم است تا انرژی الکتریکی تولید شده از نور خورشید در طول روز ذخیره شده و در مواقع پیک بار و یا نبود خورشید مورد استفاده قرار می گیرد.

در این گزارش به شرح مختصری از هر کدام از زیر مجموعه ها یا زیر بخش های مذکور پرداخته می شود.

شارژ کنترل و واحد کنترل بار

   وظیفه اصلی این بخش عبارت است از کنترل وضعیت شارژ و دشارژ باطری ها. بطوریکه از حداکثر عمر مفید آن ها استفاده گردد و از دو بخش شارژ و واحد کنترل ولتاژ بار تشکیل شده است. بخش شارژ، وضعیت شارژ باطری ها را از نظر جریان و ولتاژ ورودی، دمای محیط و غلظت الکترولیت و ... کنترل کرده و در مواقع لزوم، طبق طراحی های انجام شده عملکرد لازم را متناسب با شرایط و وضعیت باطری ها بر سیستم اعمال می کند به گونه ای که طول عمر مفید را افزایش داده و امکان استفاده از بیشترین ظرفیت قابل دسترس باطری ها را نیز در اختیار مصرف کننده قرار دهد. وظیفه بخش دیگر تنظیم و کنترل سیکل دشارژ باطری ها و جلوگیری از کاهش طول عمر و فرسودگی باطری ها می باشد.

   به طور خلاصه وظیفه این دستگاه عبارتست از:

* تست ولتاژ خروجی پنل ها

* تست جریان خروجی پنل ها

* تست ولتاژ خروجی باطری ها

* تست جریان خروجی باطری ها

* تست دمای محیط

* تست غلظت الکترولیت باطری ها

* تصمیم گیری قطع یا وصل ولتاژ و جریان خروجی پنل ها جهت شارژ باطری ها

* تصمیم گیری قطع یا وصل ولتاژ و جریان خروجی پنل ها جهت مصرف کننده

MPPT

   این سیستم در واقع یک مبدل DC-DC تطبیق امپدانس بین مقاومت دینامیکی پنل های خورشیدی و مصرف کننده را تامین می نماید. از این سیستم می توان در سیستم های مستقل و هم در سیستم های متصل به شبکه سراسری برق استفاده نمود.

اینورتر، مبدل DC/AC

   تبدیل توان از صورت DC به AC توسط یک مبدل (اینورتر) صورت می گیرد. در سیستم های فتوولتاییک برق حاصله بصورت DC می باشد و از آنجاییکه اغلب بارهای موجود در صنعت و مصارف الکتر کیی با برق AC کار می کنند، می توان این برق را توسط یک دستگاه اینورتر تبدیل نموده و مشخصه های آن را مانند ولتاژ و فرکانس با مولفه های مورد نیاز مصرف کننده مطابقت داد.

اینورترها را می توان به 3 گروه زیر تقسیم نمود:

* اینورتر مستقل (Stand Alone Inverter)

   این نوع اینورتر توان DC ذخیره شده در باطری ها را به توان AC تبدیل می کند. انتخاب اینورتر برای یک سیستم قدرت مستلزم ماکزیمم بار تغذیه شونده، ماکزیمم اضافه جهش مورد نیاز، ولتاژ خروجی مورد نیاز، ولتاژ باطری ورودی و سایر مشخصات، قابل انتخاب است. سایز یک اینورتر با استفاده از ماکزیمم خروجی پیوسته آن سنجیده می شود، که این مقدار بایستی بیشتر از توان مصرفی بارهای AC استفاده شونده تحت کنترل باشد.

* اینورترهای همزمان (Synchronous Inverter)

   این اینورترها توان DC را به توان AC تبدیل کرده و آن را به شبکه تزریق می کنند. این اینورترها مستقیما به آرایه PV متصل شده و زمانی که خورشید در حال تابش می باشد، الکتریسیته تولید شده از آرایه های PV به اینورتر تزریق می شود. چنانچه توان تولیدی بیشتر از توان مصرفی باشد، این تفاوت به شبکه اعمال می شود و چنانچه توان مصرفی بیشتر از توان تولیدی باشد این کمبود از طریق شبکه جبران می شود.

* اینورتر چند منظوره((Multi Function Inverter

   این اینورترها به طور همزمان هم می توانند بعنوان یک اینورتر مستقل و هم یک اینورتر همزمان عمل کنند. این نوع اینورتر علاوه بر اتصال به خطوط شبکه قدرت به بانک های باطری نیز متصل است. در زمانی که باطری ها از طریق یک منبع نیرو مثلا آرایه های فتوولتاییک شارژ شده باشند، بارهای مورد استفاده خواهند بود و چنانچه باطری ها دشارژ باشند، شبکه قدرت این وظیفه را بر عهده دارد.

3 . مصرف كننده یا بار الكتریكی:

   با توجه به خروجی DC پنلهای فتوولتاییك، مصرف كننده می تواند دو نوع DC یا AC باشد، همچنین با آرایشهای مختلف پنلهای فتوولتاییك می توان نیاز مصرف كنندگان مختلف را با توانهای متفاوت تامین نمود.

  به همین علت سیستم های فتوولتاییک بیشترین بازار تجاری را در زمینه کاربرد انرژی های نو بخود اختصاص داده اند. لازم به ذکر است که مصرف کننده های فتوولتاییک یاد شده می توانند در رنج توانی متفاوت باشند.

• بار DC

   بار بطور مستقیم بر ویژگی های کل سیستم PV اثر می گذارد. بارهای بیش از اندازه که به نیرویی بیشتر از نیروی تولیدی مدول ها و یا ذخیره باطری نیاز دارند، سبب از کار افتادن سیستم می شوند. مانند لامپ های هالوژنی،بارهای حرارتی مصرف کنندگان ( توستر ، هویه و گرم کننده های آب و هوا)، بارهای القایی شامل موتور یا آهنربای الکتریکی.

• بار AC

   بار AC در سیستم فتوولتاییک که شامل اینورتر است استفاده می شود. در حالت کلی تلاش بر این است که بارهای AC محدود شود چرا که در تبدیل DC به AC در اینورتر، اتلاف انرژی رخ می دهد. برای مثال لامپ های روشنائی فلورسنت و سدیم کم فشار AC دارای بازده بیشتری هستند.

سیستم ذخیره کننده انرژی

   وجود منبع ذخیره در سیستم فتوولتاییک بسیار مهم است و سیستم های فتوولتاییک را می توان بر اساس سیستم های ذخیره ساز به دو دسته کلی با منبع ذخیره و بدون منبع ذخیره تقسیم بندی کرد.

   منبع ذخیره خود می تواند به دو نوع زیر تعریف گردد:

1 .بر اساس بار مصرفی :

   (محصول تولیدی ذخیره شود): مثلا در پمپاژ خورشیدی در طی روز و در زمان وجود خورشید و برق حاصل از پنل ها، آب لازم را در مخزن ذخیره جمع آوری شده و در مواقع عدم وجود خورشید و برق فتوولتاییک، از حجم آب ذخیره شده در مخزن استفاده نمود.

2 . ذخیره به صورت الکتروشیمیایی:

   (ذخیره درباطری ها): در این روش انرژی الکتریکی تولیدی از پنل های فتوولتاییک در منبع ذخیره ساز الکتروشیمیایی (باطری) ذخیره می شود و در مواقع لزوم مصرف می گردد.

   سیستم های ذخیره ساز مزیت های عمده ای را برای سیستم دارد که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• افزایش عملکرد سیستم فتوولتاییک و زمان کاربرد
• ذخیره انرژی خورشیدی تبدیل شده به انرژی الکتریکی
• تامین انرژی الکتر کیی مورد نیاز در زمان عدم وجود تابش خورشید
• قابلیت اتصال بصورت سری و موازی برای دستیابی به توان های بیشتر