يعد النظام الكهروضوئي ، وكذلك النظام الكهروضوئي أو نظام الطاقة الشمسية ، نظامًا للطاقة مصممًا لتوفير الطاقة الشمسية القابلة للاستخدام من خلال وحدات الطاقة الشمسية. تتكون من مجموعة من المكونات ، بما في ذلك الألواح الشمسية لاستيعاب وتحويل أشعة الشمس إلى كهرباء ، وعاكس للطاقة الشمسية لتغيير التيار الكهربائي من DC إلى AC ، وكذلك التركيب ، والكابلات ، والملحقات الكهربائية الأخرى لإنشاء نظام عمل . ويمكن أيضًا استخدام نظام تتبع الطاقة الشمسية لتحسين الأداء الكلي للنظام ، ويتضمن حلًا مدمجًا للبطارية ، حيث من المتوقع أن تنخفض أسعار أجهزة التخزين. بالمعنى الدقيق للكلمة ، تشمل المجموعة الشمسية فقط مجموعة من الألواح الشمسية ، الجزء المرئي من نظام الكهروضوئية ، ولا تشمل جميع الأجهزة الأخرى ، وغالبا ما تلخص كتوازن للنظام (BOS). وعلاوة على ذلك ، فإن الأنظمة الكهروضوئية تحول الضوء مباشرة إلى كهرباء ولا ينبغي الخلط بينها وبين تكنولوجيات أخرى ، مثل الطاقة الشمسية المركزة أو الطاقة الشمسية الحرارية ، التي تستخدم للتدفئة والتبريد.

وتتراوح الأنظمة الكهروضوئية من أنظمة صغيرة مدمجة على الأسطح أو أنظمة متكاملة مع قدرات تتراوح من بضعة إلى عشرات الكيلوواط ، إلى محطات طاقة كبيرة الحجم بمئات الميجاوات. في الوقت الحاضر ، معظم الأنظمة الكهروضوئية متصلة بالشبكة ، في حين أن الأنظمة خارج الشبكة أو القائمة بذاتها تمثل جزءًا صغيرًا فقط من السوق.

تعمل الأنظمة الكهروضوئية ، بصمت وبدون أي أجزاء متحركة أو انبعاثات بيئية ، على أن تصبح تطبيقات سوق متخصصة في تكنولوجيا ناضجة تستخدم لتوليد الكهرباء. يستعيد نظام السطح الطاقة المستثمرة من أجل التصنيع والتركيب في غضون 0.7 إلى عامين وينتج حوالي 95 في المائة من صافي الطاقة المتجددة النظيفة على مدى فترة خدمة تبلغ 30 سنة.

بسبب النمو الهائل في الخلايا الكهروضوئية ، انخفضت أسعار الأنظمة الكهروضوئية بسرعة في السنوات الأخيرة. ومع ذلك ، فإنها تختلف حسب السوق وحجم النظام. في عام 2014 ، بلغت أسعار الأنظمة السكنية 5 كيلووات في الولايات المتحدة حوالي 3.29 دولار لكل واط ، بينما انخفضت أسعار أنظمة الأسطح حتى 100 كيلوواط إلى 1.24 يورو لكل واط في السوق الألمانية التي تم اختراقها بشدة. في الوقت الحاضر ، تمثل الوحدات الكهروضوئية الشمسية أقل من نصف التكلفة الإجمالية للنظام ، تاركة الباقي لمكونات BOS المتبقية والتكاليف الناعمة ، والتي تشمل اكتساب العملاء ، والتصريح ، والتفتيش والتوصيل البيني ، وعمل التركيب وتكاليف التمويل.
النظام الحديث

نطاق النظام
تصنف أنظمة الخلايا الضوئية بشكل عام إلى ثلاثة قطاعات متميزة من السوق: السطح السكني ، والسطح التجاري ، ونظم مقياس المرافق الأرضية. تتراوح قدراتها من بضعة كيلووات إلى مئات الميغاوات. يبلغ حجم النظام السكني النموذجي حوالي 10 كيلووات ويتم تركيبه على سطح مائل ، في حين قد تصل الأنظمة التجارية إلى نطاق ميجاوات ويتم تثبيتها بشكل عام على الأسطح المنخفضة المنحدرة أو حتى المسطحة.على الرغم من أن الأنظمة المثبتة على الأسطح صغيرة الحجم وتعرض تكلفة أعلى لكل واط من التركيبات كبيرة الحجم ، إلا أنها تمثل أكبر حصة في السوق. غير أن هناك اتجاها متناميا نحو محطات طاقة أكبر على نطاق المرافق ، خاصة في منطقة “الحزام الشمسي” في الكوكب ([19]).

فائدة على نطاق
تعتبر المنتزهات الشمسية الكبيرة الحجم أو المزارع محطات توليد الطاقة وقادرة على توفير إمدادات الطاقة لأعداد كبيرة من المستهلكين. يتم تغذية الكهرباء المولدة في شبكة النقل التي تعمل بمحطات توليد مركزية (محطة متصلة بالشبكة أو مرتبطة بالشبكة) ، أو مدمجة مع واحد أو أكثر من مولدات الكهرباء المحلية للتغذية بشبكة كهربائية صغيرة (مصنع هجين). في حالات نادرة يتم تخزين الكهرباء المولدة أو استخدامها مباشرة من قبل مصنع الجزيرة / المستقل. يتم تصميم الأنظمة الكهروضوئية بشكل عام من أجل ضمان أعلى إنتاجية للطاقة لاستثمار معين.بعض محطات الطاقة الكهربائية الضوئية الكبيرة مثل Solar Star و Waldpolenz Solar Park و Topaz Solar Farm تغطي عشرات أو مئات الهكتارات ولديها مخرجات طاقة تصل إلى مئات الميغاوات.
على السطح ، المحمول ، والمحمولة

نظام PV صغير قادر على توفير كهرباء AC كافية لتشغيل منزل واحد ، أو حتى جهاز معزول على شكل AC أو DC كهربائي. على سبيل المثال ، قد تحتوي سواتل رصد الأرض العسكرية والمدنية وأضواء الشوارع وعلامات البناء والحركة والسيارات الكهربائية والخيام التي تعمل بالطاقة الشمسية والطائرات الكهربائية على أنظمة فلطائية ضوئية متكاملة لتوفير مصدر طاقة أساسي أو إضافي في شكل طاقة AC أو DC ، اعتمادا على التصميم ومتطلبات الطاقة. في عام 2013 ، شكلت أنظمة الأسطح 60 في المائة من المنشآت العالمية. ومع ذلك ، هناك اتجاه بعيدًا عن أنظمة الأسقف الكهروضوئية على مستوى السطح ونحوها ، حيث يتحول تركيز المنشآت الكهروضوئية الجديدة أيضًا من أوروبا إلى بلدان في منطقة الحزام الشمسي على كوكب الأرض حيث تكون معارضة المزارع الشمسية المركبة على الأرض أقل حدة. توفر الأنظمة الكهروضوئية المحمولة والمتنقلة طاقة كهربائية مستقلة عن توصيلات المرافق ، لتشغيل “خارج الشبكة”. هذه الأنظمة شائعة الاستخدام في السيارات الترفيهية والقوارب التي يوجد بها تجار تجزئة متخصصون في هذه التطبيقات والمنتجات التي تستهدفهم تحديدًا. بما أن المركبات الترفيهية (RV) تحمل عادة البطاريات وتعمل بالإضاءة وأنظمة أخرى على طاقة DC ذات فولتية اسمي 12 فولت ، تعمل أنظمة RV PV عادة في نطاق فلطية يتم اختياره لشحن البطاريات بقوة 12 فولت مباشرةً ، وإضافة نظام PV يتطلب لوحات فقط ، وحدة تحكم المسؤول ، والأسلاك. عادة ما تكون الأنظمة الشمسية على مركبات الاستجمام مقيدة في القوة الكهربائية بالحجم الفيزيائي لمساحة RV. هذا هو السبب في زيادة الكفاءة من الألواح الشمسية لهذه التطبيقات.

بناء متكامل
في المناطق الحضرية وشبه الضاحية ، تستخدم عادة المصفوفات الضوئية على أسطح المباني لتكميل استخدام الطاقة ؛ في كثير من الأحيان سيكون للمبنى اتصال بشبكة الطاقة ، وفي هذه الحالة ، يمكن إعادة الطاقة التي تنتجها المجموعة الكهروضوئية إلى الأداة المساعدة في نوع من اتفاقية القياس الصافي. تستخدم بعض المرافق ، مثل Solvay Electric في سولفاي ، نيويورك ، أسطح المنازل للعملاء التجاريين وأعمدة الهاتف لدعم استخدام الألواح الكهروضوئية. أشجار الطاقة الشمسية هي عبارة عن صفائف ، كما يوحي الاسم ، تحاكي شكل الأشجار ، وتوفر الظل ، وفي الليل يمكن أن تعمل كأنوار الشوارع.

أداء
يرتبط عدم اليقين في الإيرادات بمرور الوقت في الغالب بتقييم المورد الشمسي وأداء النظام نفسه. في أفضل الحالات ، تكون حالات عدم اليقين عادةً 4٪ لتقلب المناخ من سنة إلى أخرى ، و 5٪ لتقدير الموارد الشمسية (في المستوى الأفقي) ، و 3٪ لتقدير التشعيع في مستوى الصفيف ، و 3٪ للطاقة تصنيف الوحدات ، 2 ٪ للخسائر الناجمة عن الأوساخ والأوساخ ، 1.5 ٪ عن الخسائر الناجمة عن الثلوج ، و 5 ٪ لمصادر الخطأ الأخرى. ﯾﻌﺗﺑر ﺗﺣدﯾد اﻟﺧﺳﺎﺋر اﻟﻘﺎﺑﻟﺔ ﻟﻟﺗﺣﮐم واﻻﺳﺗﺟﺎﺑﺔ ﻟﮭﺎ أﻣرًا ﺣﯾوﯾًﺎ ﻟ forﯾرادات وﮐﻔﺎءة O & amp؛ M. قد يكون رصد أداء الصفيف جزءًا من الاتفاقيات التعاقدية بين مالك الصفيف ، والباني ، والأداة التي تشتري الطاقة المنتجة. في الآونة الأخيرة ، تتيح طريقة إنشاء “الأيام الاصطناعية” باستخدام بيانات الطقس المتاحة والتحقق باستخدام حقل اختبار Open Solar Outdoors إمكانية التنبؤ بأداء الأنظمة الكهروضوئية بدرجة عالية من الدقة. يمكن استخدام هذه الطريقة لتحديد آليات الفقدان على مقياس محلي – مثل تلك الناتجة عن الثلج أو تأثيرات الطلاء السطحي (على سبيل المثال مسعور أو ماء) على فقدان التلوث أو الثلج. (على الرغم من أن بيئات الثلوج الكثيفة ذات التداخل الأرضي الشديد يمكن أن تؤدي إلى خسائر سنوية من الثلوج بنسبة 30٪). وقد سمح الوصول إلى الإنترنت بتحسن إضافي في مراقبة الطاقة والاتصالات. أنظمة مخصصة متوفرة من عدد من البائعين. بالنسبة للأنظمة الكهروضوئية الشمسية التي تستخدم أجهزة microinverters (على مستوى اللوحة DC إلى تحويل التيار المتردد) ، يتم توفير بيانات طاقة الوحدة تلقائيًا. تتيح بعض الأنظمة تعيين تنبيهات الأداء التي تؤدي إلى تحذيرات الهاتف / البريد الإلكتروني / النص عند الوصول إلى حدود. توفر هذه الحلول بيانات لمالك النظام والمثبت. يستطيع القائمون على التثبيت مراقبة العديد من عمليات التثبيت عن بعد ، والاطلاع على حالة القاعدة المركبة بالكامل.

المكونات
يتكون النظام الكهروضوئي لإمدادات الطاقة السكنية أو التجارية أو الصناعية من المجموعة الشمسية وعدد من المكونات التي يتم تلخيصها في كثير من الأحيان على أنها توازن النظام (BOS). هذا المصطلح مرادف لمكونات “توازن النبات” qv BOS تشمل معدات التكييف الهيكلي والهياكل للتركيب ، عادةً واحد أو أكثر من التيار المباشر إلى محولات التيار المتردد ، والمعروف أيضًا باسم المحولات ، وجهاز تخزين الطاقة ، ونظام الأرفف الذي يدعم المجموعة الشمسية ، الأسلاك الكهربائية والوصلات البينية ، وتركيب للمكونات الأخرى.

اختياريًا ، قد يشتمل توازن النظام على أيٍّ من أو كل ما يلي: مقياس عائد الطاقة الائتمانية المتجددة ، وأقصى معدل تعقب للطاقة (MPPT) ، ونظام البطارية والشاحن ، ونظام تعقب الطاقة الشمسية GPS ، وبرنامج إدارة الطاقة ، وأجهزة استشعار الإشعاع الشمسي ، ومقياس شدة الريح ، أو ملحقات خاصة بكل مهمة مصممة لتلبية المتطلبات المتخصصة لمالك النظام. بالإضافة إلى ذلك ، يتطلب نظام CPV عدسات بصرية أو مرايا وأحيانًا نظام تبريد.

غالبًا ما يتم استخدام المصطلحين “المجموعة الشمسية” و “النظام الكهروضوئي” بشكل غير صحيح ، على الرغم من حقيقة أن المجموعة الشمسية لا تشمل النظام بأكمله. علاوة على ذلك ، غالباً ما تستخدم “الألواح الشمسية” كمرادف لـ “وحدة الطاقة الشمسية” ، على الرغم من أن اللوحة تتكون من سلسلة من وحدات متعددة. مصطلح “النظام الشمسي” هو أيضا تسمية خاطئة تستخدم في كثير من الأحيان لنظام الكهروضوئية.

مجموعة الشمسية
يتم تغليف الخلايا الشمسية التقليدية c-Si ، التي عادة ما تكون سلكية في سلسلة ، في وحدة شمسية لحمايتها من الطقس. تتكون الوحدة من زجاج مقسى كغطاء ، وناعمة ومرنة ، وظهر خلفي مصنوع من مادة مقاومة للعوامل الجوية ومقاومة للحريق ، وإطار من الألومنيوم حول الحافة الخارجية. موصلة كهربائياً ومثبتة على هيكل داعم ، وحدات الطاقة الشمسية بناء سلسلة من الوحدات ، وغالباً ما تسمى الألواح الشمسية. تتكون المجموعة الشمسية من واحدة أو العديد من هذه الألواح. إن المجموعة الضوئية ، أو المجموعة الشمسية ، عبارة عن مجموعة مرتبطة من وحدات الطاقة الشمسية. نادرا ما تكون القوة التي يمكن أن تنتجها وحدة واحدة كافية لتلبية متطلبات المنزل أو الأعمال التجارية ، لذلك يتم ربط الوحدات معًا لتشكيل مصفوفة. تستخدم معظم المصفوفات الكهروضوئية عاكسًا لتحويل طاقة التيار المستمر التي تنتجها الوحدات إلى تيار متناوب يمكنه تشغيل الأضواء والمحركات والحمولات الأخرى. يتم توصيل الوحدات النمطية في صفيف PV عادة في المسلسل لأول مرة للحصول على الجهد المطلوب ؛ ثم يتم توصيل السلاسل الفردية بالتوازي للسماح للنظام بإنتاج تيار أكثر. يتم قياس الألواح الشمسية عادة تحت STC (شروط الاختبار القياسية) أو PTC (شروط اختبار PVUSA) ، بالواط. تتراوح تقييمات اللوحات النموذجية من أقل من 100 واط إلى أكثر من 400 واط. يتكون تصنيف الصفيف من مجموعة من تصنيفات اللوحة ، بالواط ، أو كيلووات ، أو ميجاوات.

الوحدة والكفاءة
تبلغ مساحة الوحدة الكهروضوئية النموذجية “150 وات” حوالي متر مربع. ومن المتوقع أن تنتج هذه الوحدة 0.75 كيلوواط ساعي (kWh) كل يوم ، في المتوسط ​​، بعد الأخذ في الاعتبار الطقس وخط العرض ، لإشعال 5 ساعات شمسية في اليوم. في السنوات العشر الأخيرة ، زادت كفاءة متوسط ​​وحدات السيليكون البلورية القائمة على رقاقة البسكويت من حوالي 12 ٪ إلى 16 ٪ وزادت كفاءة وحدة CdTe من 9 ٪ إلى 13 ٪ خلال نفس الفترة. خرج الوحدة النمطية والحياة المتدهورة عن طريق زيادة درجة الحرارة. مع السماح للهواء المحيط بالتدفق ، وإذا أمكن ، فإن الوحدات الكهروضوئية تقلل من هذه المشكلة. تكون أعمار الوحدات الفعالة عادة 25 سنة أو أكثر. تختلف فترة استرداد الاستثمار في التركيبات الشمسية الكهروضوئية بشكل كبير وهي عادة ما تكون أقل فائدة من حساب عائد الاستثمار. وبينما يُحسب عادةً ما بين 10 و 20 سنة ، فإن فترة الاسترداد المالي قد تكون أقصر بكثير بالحوافز.

نظرًا للجهد المنخفض للخلية الشمسية الفردية (عادة 0.5 فولت) ، يتم توصيل عدة خلايا (انظر أيضًا النحاس المستخدم في الأنظمة الكهروضوئية) في سلسلة في تصنيع “صفح”. يتم تجميع الصفائح في حاوية واقية من الطقس ، مما يجعل وحدة الطاقة الشمسية أو الألواح الشمسية. قد يتم بعد ذلك دمج الوحدات معًا في مجموعة ضوئية. في عام 2012 ، يمكن للألواح الشمسية المتاحة للمستهلكين تحقيق كفاءة تصل إلى حوالي 17٪ ، في حين أن الألواح المتوفرة تجارياً يمكن أن تصل إلى 27٪. لقد تم تسجيل أن مجموعة من معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية قد خلقت خلية يمكن أن تصل إلى 44.7٪ من الكفاءة ، مما يجعل آمال العلماء في الوصول إلى عتبة الكفاءة بنسبة 50٪ أكثر جدوى.

التظليل والأوساخ
الناتج الكهربي للخلايا الضوئية شديد الحساسية للتظليل. آثار هذا التظليل معروفة. عندما يتم تظليل جزء صغير من خلية أو وحدة نمطية أو صفيف ، بينما يكون الباقي في ضوء الشمس ، ينخفض ​​الإنتاج بشكل كبير بسبب “الدوران القصير” الداخلي (يتم عكس مسار الإلكترونات عبر الجزء المظلل من تقاطع pn). إذا كان التيار المسحوب من سلسلة خلايا الخلايا ليس أكبر من التيار الذي يمكن إنتاجه بواسطة الخلية المظللة ، فإن التيار (وبالتالي الطاقة) الذي تم تطويره بواسطة السلسلة يكون محدودًا. إذا توفر الجهد الكافي من بقية الخلايا في سلسلة ، فسيتم إجبار التيار عبر الخلية عن طريق كسر التقاطع في الجزء المظلل. هذا الجهد الانهيار في الخلايا المشتركة هو بين 10 و 30 فولت. بدلاً من إضافة الطاقة التي تنتجها اللوحة ، تمتص الخلية المظللة الطاقة وتحولها إلى حرارة. نظرًا لأن الجهد العكسي لخلية مظللة أكبر بكثير من الجهد الأمامي للخلية المضيئة ، يمكن لخلية مظللة واحدة امتصاص قوة العديد من الخلايا الأخرى في السلسلة ، مما يؤثر بشكل غير متناسب على إخراج اللوحة. على سبيل المثال ، قد تسقط خلية مظللة 8 فولت ، بدلاً من إضافة 0.5 فولت ، عند مستوى تيار معين ، وبالتالي تمتص الطاقة التي تنتجها 16 خلية أخرى. ومن المهم ، بالتالي ، عدم تثبيت التركيب الكهروضوئي بالأشجار أو العوائق الأخرى.

تم تطوير عدة طرق لتحديد التظليل من الأشجار إلى الأنظمة الكهروضوئية على كل من المناطق الكبيرة باستخدام LiDAR ، ولكن أيضًا على مستوى نظام فردي باستخدام sketchup. لقد تجاوزت معظم الوحدات الثنائيات بين كل خلية أو سلسلة من الخلايا التي تقلل من تأثيرات التظليل وتفقد فقط قوة الجزء المظلل من المصفوفة. المهمة الرئيسية لدخول الصمام الثنائي هي إزالة البقع الساخنة التي تتشكل على الخلايا التي يمكن أن تسبب المزيد من الضرر للمصفوفة ، وتسبب الحرائق. يمكن امتصاص أشعة الشمس بواسطة الغبار أو الثلج أو أي شوائب أخرى على سطح الوحدة. هذا يمكن أن يقلل من الضوء الذي يضرب الخلايا. بشكل عام ، تكون هذه الخسائر المجمّعة على مدار العام صغيرة حتى بالنسبة إلى المواقع في كندا. سيؤدي الاحتفاظ بسطح وحدة نظيفة إلى زيادة أداء الإخراج على مدار عمر الوحدة. وجدت شركة Google أن تنظيف الألواح الشمسية المركبة بعد 15 شهرًا زاد من إنتاجها بنسبة 100٪ تقريبًا ، إلا أنه تم تنظيف المصفوفات المائلة بنسبة 5٪ بشكل كاف من مياه الأمطار.

العزلة والطاقة
يتكون التشمس الشمسي من الأشعة المباشرة والمنتشرة والمنعكسة. يتم تعريف عامل الامتصاص للخلية الكهروضوئية بأنه جزء من الإشعاع الشمسي الحادث الذي تمتصه الخلية. في وقت الظهيرة في يوم صافٍ عند خط الاستواء ، تصل طاقة الشمس إلى كيلو متر مربع على سطح الأرض إلى مستوى عمودي على أشعة الشمس. على هذا النحو ، يمكن للصفائف الكهروضوئية تتبع الشمس خلال كل يوم لتحسين جمع الطاقة بشكل كبير. ومع ذلك ، فإن أجهزة التعقب تضيف تكلفة ، وتتطلب الصيانة ، لذلك من الشائع أكثر أن تحتوي الفلاتر الكهروضوئية على حوامل ثابتة تميل المصفوفة وتواجه ظهر الشمس (تقريبًا جنوب في النصف الشمالي من الكرة الأرضية أو شمالًا في نصف الكرة الجنوبي). يمكن تغيير زاوية الإمالة ، من الوضع الأفقي ، للموسم ، ولكن إذا كانت ثابتة ، فيجب تعيينها لإعطاء مخرجات الصفيف الأمثل خلال ذروة الطلب على الكهرباء في عام نموذجي لنظام مستقل. لا تتطابق زاوية إمالة الوحدة النمطية المثالية بالضرورة مع زاوية الإمالة للحصول على أقصى إنتاج طاقة مجموعة سنوي. يمكن تعظيم الاستفادة من النظام الكهروضوئي لبيئة محددة حيث ينبغي أن يتم تنفيذ قضايا التدفق الشمسي ، والتلوث ، وخسائر الثلوج حيز التنفيذ. بالإضافة إلى ذلك ، أظهر العمل الأخير أن التأثيرات الطيفية يمكن أن تلعب دورًا في اختيار المواد الكهروضوئية المثلى. على سبيل المثال ، يمكن للبيضة الطيفية أن تلعب دورًا مهمًا في المخرجات اعتمادًا على السطح المحيط بالنظام الكهروضوئي ونوع مادة الخلايا الشمسية. بالنسبة للطقس وخطوط العرض في الولايات المتحدة وأوروبا ، يتراوح التشمس النموذجي من 4 كيلو واط في الساعة / م² / يوم في المناخات الشمالية إلى 6.5 كيلووات في الساعة / م² / يوم في المناطق المشمسة. قد يتوقع التركيب الكهروضوئي في خطوط العرض الجنوبية لأوروبا أو الولايات المتحدة أن ينتج 1 كيلو واط في الساعة / م² / يوم. يمكن أن ينتج التركيب الكهروضوئي النموذجي 1 كيلوواط في أستراليا أو خطوط العرض الجنوبية لأوروبا أو الولايات المتحدة 3.5-5 كيلووات ساعة في اليوم ، ويعتمد ذلك على الموقع والتوجيه والإمالة والتشوه وعوامل أخرى. في الصحراء الكبرى ، مع غطاء أقل سحابة وزاوية أفضل للطاقة الشمسية ، يمكن للمرء أن يحصل بشكل مثالي على أقرب إلى 8.3 كيلووات في الساعة / م² / اليوم بشرط أن لا تهب الرياح الحالية تقريبا الرمال على الوحدات. تبلغ مساحة الصحراء أكثر من 9 ملايين كيلومتر مربع. 90،600 كيلومتر مربع ، أو حوالي 1 ٪ ، يمكن أن تولد الكثير من الكهرباء مثل جميع محطات توليد الطاقة في العالم مجتمعة.

متزايد
يتم تجميع الوحدات في صفائف على نوع من نظام التركيب ، والتي يمكن تصنيفها كمثبت أرضي أو جبل سقف أو جبل. بالنسبة للمتنزهات الشمسية ، يتم تثبيت رف كبير على الأرض ، والوحدات المركبة على الحامل. بالنسبة للمباني ، تم تصميم العديد من الرفوف المختلفة للأسقف المائلة. للأسقف المسطحة ، وتستخدم رفوف ، وصناديق وبناء حلول متكاملة. يمكن أن تكون رفوف الألواح الشمسية المركبة فوق الأعمدة ثابتة أو متحركة ، انظر أدوات التتبع أدناه. تعد حوامل الأعمدة الجانبية مناسبة للمواقف حيث يكون للقطب شيئًا آخر مثبتًا في قمته ، مثل مثبت ضوئي أو هوائي. يرفع تركيب القطب ما يمكن أن يكون خلافًا لمركبة أرضية فوق ظلال الأعشاب والماشية ، وقد يلبي متطلبات الكود الكهربائي فيما يتعلق بعدم إمكانية الوصول إلى الأسلاك المكشوفة. تكون الألواح المركبة على الأعمدة مفتوحة لمزيد من تبريد الهواء على الجانب السفلي ، مما يزيد من الأداء. يمكن تشكيل مجموعة متعددة من الرفوف العلوية في مرآب لوقوف السيارات أو أي هيكل آخر. الحامل الذي لا يتبع الشمس من اليسار إلى اليمين قد يسمح بالتغيير الموسمي لأعلى أو لأسفل.

الكابلات
نظرًا لاستخدامها الخارجي ، فقد تم تصميم كابلات الطاقة الشمسية خصيصًا لتكون مقاومة للأشعة فوق البنفسجية وتقلبات درجات الحرارة العالية للغاية ولا تتأثر بشكل عام بالطقس. يحدد عدد من المعايير استخدام الأسلاك الكهربائية في الأنظمة الكهروضوئية ، مثل IEC 60364 من قبل اللجنة الكهرتقنية الدولية ، في القسم 712 “أنظمة تزويد الطاقة الكهروضوئية الشمسية (PV)” ، المعيار البريطاني BS 7671 ، الذي يتضمن الأنظمة المتعلقة بالجيل الصغير والأنظمة الضوئية ، ومعايير الولايات المتحدة UL4703 ، في موضوع 4703 “الأسلاك الكهروضوئية”.

المقتفي
يعمل نظام التتبع الشمسي على إمالة الألواح الشمسية طوال اليوم. اعتمادا على نوع نظام التتبع ، فإن اللوحة إما تستهدف مباشرة الشمس أو المنطقة الأكثر سطوعًا في سماء مظلمة جزئياً. وتعزز أجهزة التعقب بشكل كبير أداء الصباح الباكر والمتأخر في فترة الظهيرة ، مما يزيد من إجمالي كمية الطاقة التي ينتجها النظام بنسبة تتراوح من 20٪ إلى 25٪ بالنسبة إلى جهاز تعقب أحادي المحور وحوالي 30٪ أو أكثر لمُحرك المحور المزدوج ، اعتمادًا على خط العرض. المتتبعات فعالة في المناطق التي تتلقى جزءًا كبيرًا من ضوء الشمس مباشرةً. في حالة الضوء المنتشر (أي تحت السحابة أو الضباب) ، يكون للتتبع قيمة ضئيلة أو معدومة. نظرًا لأن معظم أنظمة الخلايا الكهروضوئية المركزة حساسة جدًا لزاوية ضوء الشمس ، فإن أنظمة التعقب تسمح لها بإنتاج قوة مفيدة لأكثر من فترة وجيزة كل يوم. تعمل أنظمة التتبع على تحسين الأداء لسببين رئيسيين. أولاً ، عندما تكون لوحة الطاقة الشمسية متعامدة مع ضوء الشمس ، فإنها تتلقى المزيد من الضوء على سطحها مما لو كانت مائلة.ثانيًا ، يتم استخدام الضوء المباشر بشكل أكثر كفاءة من الضوء المائل. يمكن للطلاء الخاص المضاد للانعكاس تحسين كفاءة الألواح الشمسية للضوء المباشر والزاوي ، مما يقلل إلى حد ما من فائدة التتبع.

غالبًا ما يُنظر إلى المتتبعات وأجهزة الاستشعار لتحسين الأداء على أنها اختيارية ، إلا أن أنظمة التتبع يمكن أن تزيد من الإنتاج القابل للتطبيق بنسبة تصل إلى 45٪. فالمصابيح الكهروضوئية التي تقترب أو تتجاوز ميغاوات واحدة تستخدم غالبًا أجهزة التعقب الشمسي. المحاسبة عن السحب ، وحقيقة أن معظم العالم ليس على خط الاستواء ، وأن الشمس تغرب في المساء ، القياس الصحيح للطاقة الشمسية هو التشوه – متوسط ​​عدد كيلو واط / ساعة للمتر المربع الواحد في اليوم الواحد. بالنسبة للطقس وخطوط العرض في الولايات المتحدة وأوروبا ، تتراوح درجة التشمس النموذجية من 2.26 كيلو واط في الساعة / متر مربع في اليوم في المناخات الشمالية إلى 5.61 كيلو واط في الساعة / م² / يوم في المناطق المشمسة.

بالنسبة للأنظمة الضخمة ، يمكن للطاقة التي اكتسبتها باستخدام أنظمة التتبع أن تفوق التعقيد الإضافي (يمكن للتتبعين زيادة الكفاءة بنسبة 30٪ أو أكثر). بالنسبة للأنظمة الكبيرة جدًا ، تعد الصيانة الإضافية للتتبع ضررًا كبيرًا. التتبع غير مطلوب للألواح المسطحة والأنظمة الضوئية منخفضة التركيز. بالنسبة للأنظمة الضوئية عالية التركيز ، يعد تتبع المحور المزدوج ضرورة. تؤثر اتجاهات الأسعار على التوازن بين إضافة المزيد من الألواح الشمسية الثابتة مقابل وجود عدد أقل من الألواح التي تتعقب. عندما تنخفض أسعار الألواح الشمسية ، يصبح المتتبعون خيارًا أقل جاذبية.

العاكس
الأنظمة المصممة لتوفير التيار المتناوب (AC) ، مثل التطبيقات المتصلة بالشبكة تحتاج إلى محول لتحويل التيار المباشر (DC) من الوحدات الشمسية إلى AC. يجب أن تزود المحولات المتصلة بالشبكة بتزويد التيار المتردد بالكهرباء في شكل جيبي ، متزامنة مع تردد الشبكة ، وتحد من التغذية بالجهد إلى أعلى من الجهد الكهربائي للشبكة ويفصل من الشبكة إذا تم إيقاف تشغيل شبكة الكهرباء. تحتاج محولات الانطلاق إلى الجزر فقط إلى إنتاج الفولتية والترددات المنظّمة في الموجات الجيبية ، حيث لا يلزم التزامن أو التنسيق مع إمدادات الشبكة.

قد يتصل العاكس الشمسي بسلسلة من الألواح الشمسية. في بعض التركيبات يتم توصيل العاكس الصغير بالطاقة الشمسية في كل لوحة شمسية.لأسباب تتعلق بالسلامة ، يتم توفير قاطع دارة على جانب التيار المتردد والتيار المستمر لتمكين الصيانة. قد يتم توصيل خرج التيار المتردد من خلال عداد الكهرباء في الشبكة العامة. يحدد عدد الوحدات النمطية في النظام مجموع واط DC التي يمكن توليدها بواسطة الصفيف الشمسي ؛ومع ذلك ، فإن العاكس يحكم في النهاية كمية AC واط التي يمكن توزيعها للاستهلاك. على سبيل المثال ، فإن النظام الكهروضوئي الذي يحتوي على 11 كيلووات (DC) (kWDC) بقيمة الوحدات الكهروضوئية ، مقترنًا بعاكس تيار متردد بقوة 10 كيلو وات (kWAC) ، سوف يقتصر على ناتج العاكس البالغ 10 كيلوواط. واعتبارًا من عام 2014 ، بلغت كفاءة التحويل للمحوّلات الحديثة أكثر من 98 في المائة. في حين يتم استخدام محولات الأوتار في الأنظمة الكهروضوئية التجارية السكنية إلى متوسطة الحجم ، فإن العاكسات المركزية تغطي السوق التجارية الكبيرة والمرافق العامة. وتبلغ حصة السوق للمحول المركزي والأوتوماتيكي حوالي 50 في المائة و 48 في المائة على التوالي ، مما يترك أقل من 2 في المائة لعوامل تحويل دقيقة.

يعتبر الحد الأقصى لتعقب نقطة القدرة (MPPT) تقنية تستخدمها المحولات المتصلة بالشبكة للحصول على أقصى قدر ممكن من الطاقة من المجموعة الفولت ضوئية. من أجل القيام بذلك ، يقوم نظام MPPT الخاص بالعاكس رقميًا بتجميع مخرجات الطاقة لمجموعة الطاقة الشمسية المتغيرة دائمًا ويطبق المقاومة المناسبة لإيجاد نقطة القوة القصوى المثلى.

Anti-islanding هي آلية حماية تقوم بإيقاف العاكس على الفور مما يمنعها من توليد طاقة التيار المتردد عندما لا يكون الاتصال بالحمل موجودًا. يحدث هذا ، على سبيل المثال ، في حالة التعتيم. وبدون هذه الحماية ، سيصبح خط الإمداد “جزيرة” بقوة محاطًا بـ “بحر” من الخطوط غير المزودة بالطاقة ، حيث تستمر المجموعة الشمسية في توصيل التيار المستمر أثناء انقطاع التيار الكهربائي. يعتبر الجنيح خطراً على عمال المرافق ، الذين قد لا يدركون أن دارة تيار متردد ما زالت تعمل بالطاقة ، وقد تمنع إعادة الاتصال التلقائي للأجهزة.

اكتب	قوة	الكفاءة(أ)	سوق  حصة(ب)	ملاحظات
العاكس سلسلة	حتى 100 كيلوواط p (c)	98٪	50٪	التكلفة (ب) 0.15 يورو لكل ذروة واط. سهل ليحل محل.
العاكس المركزي	فوق 100 كيلو واط ص	98.5٪	48٪	0.10 يورو لكل واط – الذروة. موثوقية عالية. تباع في الغالب مع عقد خدمة.
الصغير العاكس	نطاق الطاقة وحدة	90٪ -95٪	1.5٪	0.40 يورو لكل واط – الذروة. سهولة الاستبدال.
محول DC / DC محسن الطاقة	نطاق الطاقة وحدة	98.8٪	غ	0.40 يورو لكل واط – الذروة. سهولة الاستبدال. لا يزال هناك حاجة العاكس. حوالي 0.75 جيجاواط P مثبتة في 2013.
المصدر: بيانات من قبل IHS 2014 ، تصريحات Fraunhofer ISE 2014 ، من: تقرير Photovoltaics ، تم تحديثه في 8 سبتمبر 2014 ، ص. 35 ، PDF ملاحظات : (أ) أفضل الكفاءات المعروضة ، (ب) يتم تقدير حصة السوق والتكلفة لكل واط ، (ج) كيلووات p = كيلو واط – الذروة

البطارية
على الرغم من أن الأنظمة الكهروضوئية لا تزال باهظة الثمن ، إلا أنها تستخدم بشكل متزايد بطاريات قابلة لإعادة الشحن لتخزين الفائض لاستخدامه لاحقًا في الليل. تعمل البطاريات المستخدمة لتخزين الشبكة أيضًا على استقرار الشبكة الكهربائية من خلال تسوية أحمال الذروة ، وتلعب دورًا مهمًا في الشبكة الذكية ، حيث يمكن شحنها خلال فترات انخفاض الطلب وتغذية طاقتها المخزنة في الشبكة عند ارتفاع الطلب.

تشتمل تقنيات البطاريات الشائعة المستخدمة في الأنظمة الكهروضوئية الحالية على بطارية الحمضية المحتوية على صمام – وهي نسخة معدلة من بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية والنيكل والكادميوم وبطاريات الليثيوم أيون. بالمقارنة مع الأنواع الأخرى ، تتمتع بطاريات الرصاص الحمضية بعمر أقصر وكثافة طاقة أقل. ومع ذلك ، فبسبب موثوقيتها العالية وانخفاض تفريغها الذاتي ، فضلاً عن انخفاض تكاليف الاستثمار والصيانة ، فإنها في الوقت الحالي هي التكنولوجيا السائدة المستخدمة في الأنظمة الكهروضوئية السكنية الصغيرة النطاق ، حيث لا تزال بطاريات الليثيوم أيون قيد التطوير وحوالي 3.5 مرة. مكلفة كبطاريات الرصاص الحمضية. علاوة على ذلك ، نظرًا لأن أجهزة التخزين للأنظمة الكهروضوئية تكون ثابتة ، فإن انخفاض الطاقة وكثافة الطاقة وبالتالي زيادة وزن بطاريات الرصاص الحمضية ليست بالقدر نفسه من الأهمية ، على سبيل المثال ، في مجال النقل الكهربائي ، أما البطاريات القابلة لإعادة الشحن الأخرى التي تعتبر من الأنظمة الكهروضوئية الموزعة فتتضمن الصوديوم بطاريات الأكسدة والكبريت والفاناديوم ، وهما نوعان بارزان من الملح المصهور وبطارية التدفق ، على التوالي.في عام 2015 ، أطلقت محركات تسلا Powerwall ، وهي بطارية ليثيوم أيون قابلة لإعادة الشحن بهدف إحداث ثورة في استهلاك الطاقة.

كما تحتاج الأنظمة الكهروضوئية التي تحتوي على حل متكامل للبطارية إلى وحدة تحكم في الشحن ، حيث يتطلب الجهد المتغير والتيار من المصفوفة الشمسية ضبطًا ثابتًا لمنع حدوث تلف من الشحن الزائد. قد تقوم وحدات التحكم في الشحن الأساسية ببساطة بتشغيل الألواح الكهروضوئية وإيقاف تشغيلها ، أو قد تقلل نبضات الطاقة حسب الحاجة ، وهي استراتيجية تسمى PWM أو تشكيل عرض النبضة. ستحتوي وحدات التحكم في الشحن الأكثر تقدما على منطق MPPT في خوارزميات شحن البطارية. قد تقوم وحدات التحكم بالشحن أيضًا بتحويل الطاقة إلى غرض آخر بخلاف شحن البطارية. وبدلاً من مجرد إيقاف الطاقة الكهروضوئية المجانية عند عدم الحاجة إليها ، قد يختار المستخدم تسخين الهواء أو الماء بمجرد امتلاء البطارية.

الرصد والقياس
يجب أن يكون القياس قادراً على تجميع وحدات الطاقة في كلا الاتجاهين أو استخدام مترين. تتراكم العديد من الأمتار ثنائية الاتجاه ، وبعض الأنظمة تستخدم مترين ، ولكن العداد أحادي الاتجاه (مع الحجب) لن يتراكم الطاقة من أي تغذية ناتجة إلى الشبكة. في بعض البلدان ، يتطلب تركيب أكثر من 30 kWp تردد ومراقبة الجهد مع فصل جميع المراحل. ويتم ذلك عندما يتم توليد المزيد من الطاقة الشمسية مما يمكن استيعابه من قبل المرافق ، ولا يمكن تصدير الفائض أو تخزينه. كان مشغلو الشبكات يحتاجون تاريخيا إلى توفير خطوط نقل الطاقة وقدرة التوليد. الآن هم بحاجة إلى توفير التخزين. هذا هو عادة تخزين المياه ، ولكن يتم استخدام وسائل أخرى للتخزين. في البداية تم استخدام التخزين بحيث يمكن لمولدات التحميل الأساسي العمل في المخرج الكامل. مع الطاقة المتجددة المتغيرة ، هناك حاجة إلى التخزين للسماح بتوليد الطاقة متى كان متاحًا ، والاستهلاك عند الحاجة إليه.

المتغيران اللذان يقوم بهما مشغل الشبكة يقوم بتخزين الكهرباء عند الحاجة إليه ، أو نقله إلى المكان المطلوب. إذا فشل كلاهما ، فإن التركيبات التي تزيد عن 30 كيلوبايت يمكن أن تغلق أوتوماتيكياً ، على الرغم من أن جميع المحولات تعمل فعليًا على تنظيم الجهد وتوقف عن تزويد الطاقة إذا كان الحمل غير ملائم. لدى مشغلي الشبكات خيار الحد من التوليد الزائد من الأنظمة الكبيرة ، على الرغم من أن ذلك يتم بشكل أكثر شيوعًا مع طاقة الرياح من الطاقة الشمسية ، وينتج عنه خسارة كبيرة في الإيرادات. تتميز المحولات ثلاثية الطور بالخيار الفريد لتزويد الطاقة التفاعلية التي يمكن أن تكون مفيدة في مطابقة متطلبات الحمولة.

يجب مراقبة الأنظمة الكهروضوئية للكشف عن الأعطال وتحسين تشغيلها. هناك العديد من إستراتيجيات المراقبة الفوتوفولتية اعتمادًا على ناتج التركيب وطبيعته. يمكن إجراء المراقبة في الموقع أو عن بعد. يمكن قياس الإنتاج فقط ، واسترداد جميع البيانات من العاكس أو استرداد جميع البيانات من معدات الاتصال (تحقيقات ، متر ، وما إلى ذلك). يمكن تخصيص أدوات المراقبة للإشراف فقط أو تقديم وظائف إضافية. قد تشمل أجهزة التحويل المنفصلة وأجهزة التحكم في شحن البطارية المراقبة باستخدام بروتوكولات وبرامج خاصة بمصنع معين. قد يكون قياس استهلاك الطاقة للعاكس محدودًا وغير مناسب لأغراض قياس العائد. يمكن لنظام اقتناء البيانات من طرف ثالث مراقبة العديد من العواكس ، باستخدام بروتوكولات الشركة المصنعة للعاكس ، وكذلك الحصول على معلومات متعلقة بالطقس. قد تقوم العدادات الذكية المستقلة بقياس إجمالي إنتاج الطاقة لنظام صفيف PV. ويمكن استخدام تدابير منفصلة مثل تحليل صور الأقمار الصناعية أو مقياس الإشعاع الشمسي (مقياس البيرانومتر) لتقدير مجموع التشميس للمقارنة. يمكن عرض البيانات التي يتم جمعها من نظام مراقبة عن بعد عبر شبكة الويب العالمية ، مثل OSOTF.