بالحديث عن تكوين نظام توليد الطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة، فإن إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية وإنتاج الطاقة الشمسية الصغيرة

يتكون نظام توليد الطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة بشكل أساسي من جهاز توليد الطاقة الكهروضوئية الشمسية، وجهاز تخزين الطاقة، ووحدة تحكم، وعاكس. فيما يلي شرح موجز لكل جزء. يمكن أن تتكون أجهزة توليد الطاقة الكهروضوئية الشمسية من السيليكون أحادي البلورة أو السيليكون متعدد البلورات أو السيليكون غير المتبلور. تُسمى مجموعة الخلايا الشمسية المغلفة بالزجاج ومواد خاصة وحدة الخلايا الشمسية؛ وتُوصل وحدات الخلايا الشمسية المتعددة لتشكيل مصفوفة الخلايا الشمسية. يُختار نوع الخلايا الشمسية وتكوينها وفقًا للطاقة المطلوبة للنظام، وبيئة الاستخدام، والتكلفة. نظرًا لتأثر توليد الطاقة الكهروضوئية بشكل مباشر بالظروف الجوية، فإن جهاز تخزين الطاقة يكون متقطعًا وغير مستقر. وللحفاظ على قدرة النظام على توفير الطاقة بشكل مستمر، لا بد من وجود جهاز تخزين طاقة لتخزين جزء من الطاقة الكهربائية وتوفيرها عند غياب ضوء الشمس. في الوقت الحالي، تستخدم أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية البطاريات بشكل أساسي لتخزين الطاقة. من أنواع البطاريات الشائعة الاستخدام بطاريات الرصاص الحمضية، وبطاريات النيكل والكادميوم، وبطاريات الليثيوم أيون، وغيرها. بطارية الرصاص الحمضية: جهد الخلية الواحدة 2 فولت، وعمرها الافتراضي من 500 إلى 1500 دورة شحن. بطارية النيكل والكادميوم: جهد الخلية الواحدة من 1.0 إلى 1.3 فولت، وعمرها الافتراضي 2500 دورة شحن. بطارية الليثيوم أيون: جهد الخلية الواحدة 3.7 فولت، وعمرها الافتراضي من 1000 إلى 10000 دورة شحن. تُعد بطاريات النيكل والكادميوم وبطاريات الليثيوم أيون باهظة الثمن، لكنها تتميز بسعة كبيرة لكل وحدة حجم، وتُستخدم غالبًا في التطبيقات التي تتطلب حجمًا صغيرًا وسعة كبيرة، مثل الهواتف المحمولة والكاميرات وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وغيرها من المنتجات الرقمية. عمومًا، تستخدم أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية غير المتصلة بالشبكة بطاريات الرصاص الحمضية المغلقة. تتميز بطاريات الرصاص الحمضية برخص ثمنها، كما أنها محكمة الإغلاق ولا تحتاج إلى صيانة، مما يجعلها سهلة الاستخدام للغاية. أهم خصائص البطارية هي الجهد والسعة والعمر الافتراضي. وحدة قياس الجهد هي الفولت (V)، ووحدة قياس السعة هي الأمبير-ساعة (Ah)، وعمر دورة الشحن والتفريغ هو عدد مرات الشحن والتفريغ. تتطلب بطارية وحدة التحكم متطلبات محددة للشحن والتفريغ، حيث يؤدي الشحن الزائد والتفريغ الزائد المتكرر إلى تقليل عمرها الافتراضي. لذا، من الضروري التحكم في شحن وتفريغ البطارية، وهي الوظيفة الأساسية لوحدة التحكم. يتم اختيار نقطة تشغيل الطاقة القصوى للخلايا الشمسية بناءً على استهلاك المستخدم للكهرباء، وشحن وتفريغ البطارية، وظروف إضاءة الخلايا الشمسية، مع تنسيق الشحن وتيار الكهرباء. كما تحتاج وحدة التحكم إلى الكشف عن البيانات وحمايتها وعرضها على النظام. تستخدم وحدة التحكم بشكل أساسي دائرة تحويل التيار المستمر (DC-DC) لتحويل الجهد والتيار. للاطلاع على مبدأ تحويل التيار المستمر، يُرجى مراجعة قسم "مبدأ محول التيار المستمر". العاكس هو جهاز يحول طاقة التيار المستمر إلى طاقة تيار متردد، ويستخدم بشكل أساسي دائرة عاكس SPWM كاملة الجسر لتوليد طاقة تيار متردد بموجة جيبية. للاطلاع على مبدأ عمل عاكس SPWM، راجع قسم "مبدأ عمل عاكس SPWM". الأجهزة الكهربائية التي تستخدم التيار المستمر أو المتردد لتشغيل الأحمال الكهربائية. لا تحتوي أجهزة توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية البسيطة على عاكسات، وتُخرج تيارًا مستمرًا فقط، بعضها يُخرج عدة فولتيات مختلفة للتيار المستمر، كما هو موضح في الشكل 2. يستقبل المتحكم طاقة التيار المستمر الخارجة من اللوحة الشمسية، ويتحكم في تيار شحن أو تفريغ البطارية. يقوم المتحكم البسيط بتوصيل البطارية مباشرةً بطرف الإخراج، ويكون جهد خرج النظام مساويًا لجهد البطارية. تحتوي بعض المتحكمات على دوائر تحويل للتيار المستمر، والتي يمكنها إخراج عدة فولتيات مختلفة، مثل 5 فولت، 9 فولت، 12 فولت، وما إلى ذلك، لتناسب مختلف الأجهزة الكهربائية. عادةً ما تكون طاقة خرج هذا النوع من الأنظمة صغيرة، ويُستخدم في الغالب التصميم المحمول.