استفاده از انرژی خورشیدی (فتوولتائیک) به عنوان یک منبع پایدار و تجدیدپذیر، در سالهای اخیر رشد چشمگیری داشته است. اما تصمیمگیری در مورد نوع سیستم (متصل به شبکه یا جدا از شبکه) مستلزم درک تفاوتهای فنی، تجهیزاتی و ملاحظات اقتصادی هر یک است.
۱. سیستمهای متصل به شبکه (On-Grid)
سیستمهای On-Grid یا Grid-Tied به طور مستقیم به شبکه توزیع برق منطقهای متصل میشوند و متداولترین نوع نیروگاههای خورشیدی در مناطق شهری هستند.
الف) ساختار و تجهیزات فنی
- پنلهای خورشیدی (PV Panels): نور خورشید را به برق DC تبدیل میکنند.
- اینورتر متصل به شبکه (Grid-Tie Inverter): وظیفه اصلی تبدیل برق DC به برق AC استاندارد شبکه و همگامسازی فرکانس و ولتاژ با شبکه برق محلی را دارد.
- کنتور دوطرفه (Bidirectional Meter): توان مصرفی از شبکه و توان تزریق شده به شبکه را اندازهگیری میکند (مبنای محاسبه طرحهای خرید تضمینی یا تهاتر انرژی).
ب) عملکرد و مزایا
- عدم نیاز به باتری: این سیستمها نیاز به بانک باتری ندارند، زیرا برق مازاد تولیدی را به شبکه تزریق کرده و در صورت نیاز شبها از شبکه برق میگیرند. این امر هزینه و پیچیدگی سیستم را به شدت کاهش میدهد.
- سودآوری (فروش برق): در بسیاری از کشورها، امکان فروش برق مازاد به دولت یا تهاتر با برق مصرفی وجود دارد که منجر به بازگشت سرمایه سریعتر میشود (Net Metering).
- راندمان بالا: عدم وجود باتری در مدار، باعث کاهش افت انرژی و افزایش راندمان کلی سیستم میشود.
ج) محدودیتها
- خاموش شدن اجباری (Anti-Islanding): برای حفظ ایمنی کارگران اداره برق، در صورت قطع برق سراسری، اینورتر Grid-Tie فوراً خاموش میشود و نمیتواند برق تولید کند. بنابراین، این سیستم در زمان قطعی برق، برق مصرفکننده را تأمین نمیکند.
۲. سیستمهای جدا از شبکه (Off-Grid)
سیستمهای Off-Grid یا Standalone کاملاً مستقل از شبکه برق عمومی عمل کرده و برای مکانهای دوردست یا مناطقی با قطعی برق طولانیمدت طراحی شدهاند.
الف) ساختار و تجهیزات فنی
- پنلهای خورشیدی: مشابه سیستم On-Grid.
- کنترلکننده شارژ (Charge Controller): از باتریها در برابر شارژ یا دشارژ بیش از حد محافظت کرده و طول عمر آنها را افزایش میدهد.
- بانک باتری (Battery Bank): حیاتیترین و پرهزینهترین بخش. وظیفه ذخیره برق تولیدی در طول روز برای استفاده در شب یا روزهای ابری را دارد.
- اینورتر مستقل (Stand-Alone Inverter): برق DC ذخیره شده در باتری را به AC قابل مصرف تبدیل میکند.
ب) عملکرد و مزایا
- استقلال کامل: تأمین برق 24 ساعته در تمام شرایط، حتی در زمان قطعی برق سراسری.
- عدم نیاز به زیرساخت: مناسب برای مزارع، ویلاها یا کمپهایی که هزینه کشیدن خطوط انتقال برق بسیار بالا است.
ج) محدودیتها
- هزینه اولیه بالا: هزینه باتریها و نگهداری آنها، قیمت اولیه سیستم را به شدت افزایش میدهد.
- پیچیدگی نگهداری: باتریها (مخصوصاً از نوع سرب-اسید) نیاز به نگهداری منظم و تعویض دورهای دارند.
- راندمان پایینتر: به دلیل تلفات انرژی در چرخههای شارژ و دشارژ باتری، راندمان کلی پایینتر است.
۳. مقایسه فنی و اقتصادی (جمعبندی)
معیار | سیستم On-Grid (متصل به شبکه) | سیستم Off-Grid (جدا از شبکه) |
هدف اصلی | کاهش قبض برق و فروش مازاد | تأمین برق مطمئن و استقلال از شبکه |
تجهیزات کلیدی | اینورتر Grid-Tie، کنتور دوطرفه | بانک باتری، کنترلر شارژ، اینورتر مستقل |
هزینه اولیه | پایین | بالا (به دلیل باتری) |
پیچیدگی نصب | متوسط | بالا (به دلیل مدیریت باتری و کابلکشی DC) |
عملکرد در قطعی برق | خاموش میشود (بدون تولید برق) | کار میکند (کاملاً مستقل) |
عمر سیستم | بالا (عمده تجهیزات 20 سال+) | عمر محدود باتری (معمولاً 5 تا 10 سال) |
بازگشت سرمایه (ROI) | سریع (از طریق فروش یا تهاتر برق) | طولانی (فقط از طریق صرفهجویی در هزینه انشعاب برق) |
۴. hybrid سیستمهای هیبریدی (Hybrid Systems)
سیستمهای هیبریدی راه حل میانی هستند. این سیستمها هم به شبکه متصل میشوند و هم بانک باتری دارند.
- مزایا: در طول روز برق تولیدی را مصرف میکنند، مازاد را به باتری میفرستند و در صورت پر شدن باتری به شبکه تزریق میکنند. در زمان قطع برق، اینورتر از حالت Grid-Tie خارج شده و خانه را با استفاده از برق باتری تغذیه میکند.
- کاربرد: بهترین انتخاب برای خانههایی که در شبکه قرار دارند اما به دلیل قطعیهای مکرر برق، نیاز به یک سیستم پشتیبان مطمئن دارند.
۵. نتیجهگیری و انتخاب نهایی
- مناطق شهری و پرنور (با شبکه مطمئن): اگر هدف شما کاهش هزینه برق و کسب درآمد است، سیستم On-Grid با کمترین هزینه و بالاترین راندمان انتخاب اول است.
- مناطق دوردست و بدون شبکه: اگر دسترسی به شبکه برق ندارید، سیستم Off-Grid تنها راه حل است، اما نیاز به طراحی دقیق و سرمایهگذاری سنگین در بخش باتری دارد.
- مناطق با قطعی برق مکرر: سیستمهای هیبریدی بهترین تعادل را بین صرفهجویی در انرژی و حفظ استقلال در زمان بحران فراهم میکنند.
