سیستم خورشیدی آفگرید و آنگرید چیست؟ راهنمای جامع سیستم‌های خورشیدی

خورشید؛این منبع تجدیدپذیر، هر روز تابش می‌کند و نیروگاه‌های خورشیدی از آن برای تولید انرژی استفاده می‌کنند. استفاده از انرژی خورشیدی ، بدون هرگونه آلودگی و آلایندگی برای محیط زیست است و با کاهش استفاده از سوخت‌های فسیلی مضر، به کاهش انتشار دی‌اکسید کربن و گازهای گلخانه‌ای کمک شایانی می‌کند و گامی مهم در جهت داشتن زمینی پاک‌تر محسوب می‌شود.

در دنیای انرژی خورشیدی، دو نوع اصلی سیستم برای تامین برق وجود دارد: سیستم‌های متصل به شبکه (آن گرید) و سیستم‌های مستقل از شبکه (آف گرید). تفاوت اصلی این دو سیستم در اتصال یا عدم اتصال آن‌ها به شبکه سراسری برق عمومی است. سیستم‌های آن‌گرید نیروی تولیدی از پنل‌های خورشیدی را به شبکه سراسری برق منتقل می‌کنند، در حالی که سیستم‌های آف‌گرید کاملا مستقل عمل کرده و به ذخیره باتری متکی هستند. این مقاله از مجموعه گیتا انرژی به صورت کامل و جامع به بررسی تفاوت‌ها، اجزا، مزایا و معایب سیستم‌های خورشیدی آن گرید و آف گرید می‌پردازد تا به انتخاب بهترین گزینه برای نیازهای مختلف کمک کند.

سیستم خورشیدی آنگرید چیست و چگونه کار می‌کند؟

سیستم های خورشیدی آنگرید، نیروگاه‌های خورشیدی هستند که پرتو نور خورشید را به وسیله پنل‌های خورشیدی جذب کرده و به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. انرژی برق تولید شده به شبکه برق‌رسانی وارد شده و بین مصرف‌کنندگان توزیع می‌شود. در این سیستم، پنل‌های خورشیدی نور خورشید را به برق جریان مستقیم (DC) تبدیل می‌کنند. سپس، یک اینورتر آن‌گرید این برق DC را به برق جریان متناوب (AC) شهری تبدیل کرده و مستقیما به شبکه سراسری تزریق می‌کند.

یکی از ویژگی‌های برجسته سیستم‌های آن‌گرید، امکان “نت مترینگ” (Net Metering) است. در این فرآیند، جریان برق هم از شبکه به خانه کاربر و هم از خانه کاربر به شبکه باز می‌گردد. هر انرژی مازادی که بیش از نیاز مصرفی تولید شود، به شبکه برق سراسری فروخته می‌شود و برای کاربر اعتبار یا درآمد ایجاد می‌کند. در زمان‌هایی که تولید انرژی خورشیدی کمتر از مصرف است (مانند شب یا روزهای ابری)، برق مورد نیاز از شبکه تامین می‌گردد. در ایران نیز، قراردادهای بلندمدت ۲۰ ساله خرید تضمینی برق با شرکت توزیع برق منعقد می‌شود. نرخ خرید تضمینی برق هر سال تغییر می‌کند و می‌توان آن را از سازمان انرژی‌های تجدیدپذیر و بهره‌وری برق ایران (ساتبا) دریافت کرد. این سیاست دولتی، نیروگاه‌های خورشیدی آن‌گرید را نه تنها به یک راهکار برای کاهش هزینه‌ها، بلکه به یک فرصت سرمایه‌گذاری با بازدهی بلندمدت تبدیل می‌کند.

اجزای اصلی سیستم آنگرید

برای راه‌اندازی یک نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه، لازم است از قطعات و تجهیزات مختلفی استفاده شود که اصلی‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

• پنل‌ خورشیدی: این تجهیزات هسته اصلی سیستم هستند که نور خورشید را به انرژی الکتریکی قابل استفاده تبدیل می‌کنند.
• اینورتر آن‌گرید: وظیفه اصلی اینورتر خورشیدی تبدیل جریان مستقیم (DC) تولیدی از پنل‌ها به جریان متناوب (AC) است که برای راه‌اندازی وسایل خانگی و تزریق به شبکه مناسب است. اینورترهای آن‌گرید در انواع مختلفی موجود هستند:
  • مرکزی (Central): معمول‌ترین نوع اینورتر خورشیدی در سیستم‌های بزرگ است که عموما سه فاز بوده و چندین پنل خورشیدی را به هم متصل می‌کند. نصب نسبتا ساده و کم‌هزینه‌ای دارد اما در تابش کم بهره‌وری خوبی نخواهد داشت.
  • رشته‌ای (String): این نوع اینورتر کاربرد تجاری و مسکونی دارد. یک رشته از پنل‌های خورشیدی به اینورتر وصل می‌شود و مشکل عدم تطابق جریان در پنل‌های خورشیدی با تابش‌های متفاوت را حل می‌کند.
  • میکرو اینورتر (Microinverter): اینورترهای میکرو به هر پنل به صورت مستقل متصل می‌شوند و عمل می‌کنند. این نوع به دلیل ردیابی نقطه حداکثر توان جداگانه در هر ماژول، قابلیت استخراج انرژی بیشتری را دارد، حتی اگر برخی پنل‌ها سایه داشته باشند. زمان نصب و راه‌اندازی آن‌ها کمتر است و خطر قوس الکتریکی در آن‌ها کمتر است.
• سازه و قفسه خورشیدی (Racking): پنل‌های خورشیدی به طور ایمن بر روی سازه‌هایی (استراکچر) نصب می‌شوند که بتوانند در شرایط مختلف آب و هوایی مقاومت کنند. شیب و جهت‌گیری مناسب برای جذب حداکثر انرژی خورشیدی باید لحاظ شود.
• نت متر (Net Meter): این وسیله یکی از اجزای کلیدی است که سیستم خورشیدی را به شبکه برق شهری متصل می‌کند و برای اندازه‌گیری میزان برق وارد شده به شبکه و برق مصرف شده از آن به کار می‌رود.
• تجهیزات نظارت بر عملکرد: این سیستم اطلاعاتی در مورد میزان برق تولیدی در هر ساعت، روز یا سال ارائه می‌دهد و می‌تواند هرگونه تغییر در عملکرد را تشخیص دهد.
• تجهیزات حفاظتی: تابلوهای حفاظتی DC و AC جزء الزامات نصب سیستم‌های آن‌گرید محسوب می‌شوند، چرا که لازمه صدور مجوز برای تزریق انرژی به شبکه برق سراسری است. این تجهیزات علاوه بر مسائل مربوط به الزامات ساتبا، از اهمیت بالایی به منظور حفاظت از تجهیزات نیروگاه خورشیدی و همچنین حفاظت از جان انسان در برابر خطراتی مانند برق‌گرفتگی یا آتش‌سوزی برخوردارند.

برای اطلاعات بیشتر درباره نحوه انتخاب و نصب اجزای مختلف سیستم خورشیدی، به صفحه [نصب پنل خورشیدی] مراجعه کنید.

مزایا و معایب سیستم آن گرید

در این بخش با ما همراه باشید تا به مزایا و معایب سیتم آن گرید اشاره کنیم.

مزایا سیستم خورشیدی آن گرید:

• کاهش یا حذف قبض برق و درآمدزایی: با فروش برق مازاد به شبکه، هزینه‌های برق به شدت کاهش می‌یابد یا حتی به درآمد تبدیل می‌شود.
• عدم نیاز به باتری: این سیستم نیازی به باتری‌های گران‌قیمت ذخیره‌سازی برق ندارد، که به کاهش سرمایه‌گذاری اولیه و هزینه‌های نگهداری کمک می‌کند.
• نگهداری آسان‌تر: این سیستم‌ها قطعات الکتریکی کمتری دارند و عدم وجود باتری، نگهداری آن‌ها را بسیار ساده‌تر می‌کند.
• مقرون به صرفه در نصب اولیه: هزینه‌های نصب سیستم‌های آن‌گرید معمولاً ۲۰ تا ۳۰ درصد کمتر از سیستم‌های آف‌گرید است.
• انعطاف‌پذیری بالا: در صورت کمبود تولید خورشیدی، برق مورد نیاز به راحتی از شبکه تامین می‌شود و نیازی به نگرانی بابت کمبود انرژی نیست.
• مناسب برای اکثر مناطق ایران: از نظر شرایط آب و هوایی، بیشتر نقاط ایران برای تاسیس نیروگاه خورشیدی مناسب است.

معایب آن گرید:

• وابستگی به شبکه: در صورت قطع برق سراسری، سیستم آن‌گرید نیز از کار می‌افتد. این توقف عملکرد یک ویژگی طراحی حیاتی است که برای محافظت از کارگران شرکت برق در حین تعمیرات شبکه صورت می‌گیرد و از بازگشت برق به خطوط قطع شده جلوگیری می‌کند.
• عدم استقلال کامل انرژی: مصرف‌کننده نمی‌تواند به طور کامل از شبکه جدا شود و در زمان قطع برق از آن استفاده کند.
• انگیزه کمتر برای صرفه‌جویی: در شرایطی که نیروی مازاد به درستی استفاده نمی‌شود (مثلاً باتری برای ذخیره وجود ندارد)، ممکن است هدر رود.
• نیاز به مجوز: برای تزریق برق به شبکه سراسری، اخذ مجوز از مراجع ذی‌ربط و رعایت استانداردهای حفاظتی الزامی است.

کاربردهای رایج سیستم آنگرید

سیستم‌های آن‌گرید برای منازل مسکونی، مشاغل کوچک و بزرگ، و پروژه‌های تجاری و صنعتی که در مناطق دارای دسترسی به شبکه برق قرار دارند، ایده‌آل هستند. هدف اصلی در این کاربردها، کاهش هزینه‌های برق مصرفی و بهره‌مندی از درآمد حاصل از فروش انرژی مازاد است. این نیروگاه‌ها در مقیاس کوچک (چند کیلووات) برای مصارف خانگی و در مقیاس بزرگ (چند مگاوات) به عنوان نیروگاه‌های فتوولتائیک برای تامین برق شهرها و صنایع اجرا و بهره‌برداری می‌شوند.

آف گرید چیست و چگونه کار می‌کند؟

سیستم‌های خورشیدی آف‌ گرید، به سیستم‌هایی گفته می‌شود که به هیچ عنوان به شبکه برق عمومی متصل نیستند و به طور کاملا مستقل عمل می‌کنند. این سیستم‌ها برای تامین تمام نیازهای الکتریکی خود، به انرژی خورشیدی و ذخیره‌سازی آن متکی هستند. در این سیستم، پنل‌های خورشیدی برق DC تولید می‌کنند. این برق ابتدا توسط یک شارژ کنترلر خورشیدی مدیریت شده و سپس در باتری‌های خورشیدی ذخیره می‌شود. در نهایت، یک اینورتر آف‌گرید، برق DC ذخیره شده در باتری‌ها را به برق AC مورد نیاز لوازم برقی خانه یا محل مصرف تبدیل می‌کند. این مکانیزم ذخیره‌سازی، امکان استفاده از برق تولیدی در شب یا در روزهای ابری که تولید خورشیدی کم است، را فراهم می‌سازد. اینورتر آفگرید نیازی به برق شبکه برای تبدیل ولتاژ ندارد و فقط برق DC باتری را به AC تبدیل می‌کند.

اجزای اصلی سیستم آف گرید

سیستم آف گرید شامل این اجزا است:

• پنل‌های خورشیدی: همانند سیستم آن‌گرید، این پنل‌ها مسئول جذب نور خورشید و تولید برق DC هستند. در یک سیستم فتوولتائیک جدا از شبکه، بیش از ۵۰ درصد از هزینه سیستم برای تامین پنل‌ها اختصاص خواهد یافت.
• شارژ کنترلر خورشیدی: این دستگاه بین پنل‌ها و باتری‌ها قرار می‌گیرد و ولتاژ و جریان خروجی از پنل را تنظیم می‌کند. وظیفه اصلی آن حفاظت از باتری‌ها در برابر شارژ و دشارژ بیش از حد است که به افزایش طول عمر باتری کمک شایانی می‌کند.
• باتری خورشیدی: این جزء حیاتی‌ترین بخش سیستم آف‌گرید است. باتری‌ها انرژی الکتریکی مازاد تولید شده در طول روز را ذخیره می‌کنند تا در زمان‌هایی که نور خورشید وجود ندارد (شب) یا میزان آن ناکافی است (روزهای ابری)، انرژی مورد نیاز سیستم را تامین کنند. باتری‌های سرب-اسید نسبت به سایر فناوری‌ها هزینه کمتری دارند، اما باتری‌های لیتیوم-یون و لیتیوم-آهن-فسفات کارآمدتر هستند. عمر مفید باتری‌ها معمولاً ۲ تا ۵ سال است و پس از اتمام عمر، نیاز به تعویض دارند که هزینه‌های بالایی را به همراه دارد. این موضوع نشان می‌دهد که فناوری باتری، به ویژه از نظر هزینه و طول عمر، یک عامل محدودکننده مهم برای سیستم‌های آف‌گرید است و پیشرفت در این زمینه می‌تواند به گسترش این سیستم‌ها کمک شایانی کند.
• اینورتر آف‌گرید: این اینورتر برق DC ذخیره شده در باتری را به برق ۲۲۰ ولت AC مورد نیاز لوازم خانگی تبدیل می‌کند. برای وسایل موتوری (مانند یخچال یا فن) که جریان راه‌اندازی بالایی دارند، اینورتر باید حداقل ۳ برابر ظرفیت آن‌ها انتخاب شود تا بتواند جریان ضربه را تحمل کند. اینورترهای تمام سینوسی برای مصرف‌کننده‌های موتوری مناسب‌ترند.
• تجهیزات حفاظتی: حفاظت در سیستم‌های آف‌گرید، علاوه بر حفظ جان افراد و جلوگیری از آتش‌سوزی، شامل افزایش طول عمر باتری‌ها و جلوگیری از خرابی شارژ کنترلر و اینورترها نیز می‌شود. با وجود اینکه برای نیروگاه‌های آف‌گرید مبحث مجوز مانند آن‌گرید مطرح نیست، برخی افراد از موضوع حفاظتی چشم‌پوشی می‌کنند. این اقدام، هرچند ممکن است هزینه اولیه را کاهش دهد، اما می‌تواند منجر به خطرات جدی مانند آتش‌سوزی یا خرابی تجهیزات شود و بر اهمیت رعایت استانداردهای ایمنی، حتی در غیاب الزامات قانونی، تاکید دارد.

مزایا و معایب سیستم آف گرید

در این بخش به همه مزایا و معایب سیستم آف گرید اشاره می کنیم.

مزایا آف گرید:

• استقلال کامل انرژی: مهمترین مزیت، عدم وابستگی به شبکه برق و تامین برق در هر زمان و مکان، حتی در دورترین نقاط. این سیستم‌ها تحت تاثیر قطع برق سراسری قرار نمی‌گیرند و برق شما قطع نمی‌شود.
• مناسب برای مناطق دورافتاده: ایده‌آل برای مکان‌هایی که دسترسی به برق شهری وجود ندارد یا انشعاب برق پرهزینه است.
• کاهش آلودگی صوتی و زیست‌محیطی: جایگزینی پاک و بی‌صدا برای ژنراتورهای دیزلی پرصدا و آلاینده.
• کنترل کامل بر مصرف: کاربر بر تولید و مصرف برق خود کنترل کامل دارد.

معایب آفگرید:

• هزینه اولیه بالا: به دلیل نیاز به باتری و شارژ کنترلر، هزینه نصب و راه‌اندازی سیستم‌های آف‌گرید معمولاً بالاتر است.
• هزینه‌های نگهداری بالا و عمر کوتاه باتری: باتری‌ها قطعه مصرفی هستند و دارای عمر مفید نسبتاً کوتاهی (۲ تا ۵ سال) می‌باشند و تعویض دوره‌ای آن‌ها هزینه‌های بالایی را به همراه دارد.
• نیاز به فضای زیاد برای نصب: به خصوص برای باتری‌ها و تعداد پنل‌های بیشتر برای تامین انرژی کافی.
• اتلاف انرژی: در صورت پر بودن ظرفیت باتری‌ها، انرژی مازاد تولیدی ممکن است هدر رود.
• پیچیدگی محاسبات و طراحی: طراحی و محاسبه یک سیستم آف‌گرید شامل تعیین دقیق میزان مصرف توان، اندازه پنل‌های خورشیدی، و ظرفیت باتری‌ها است که نیاز به تخصص و محاسبات مهندسی دقیق دارد.
• حساسیت به آب و هوای نامساعد طولانی‌مدت: در روزهای ابری طولانی یا فصول سرد با تابش کمتر، تولید برق کاهش می‌یابد و ذخیره باتری ممکن است کافی نباشد.

کاربردهای اصلی سیستم آف‌ گرید

• برق‌ رسانی به مناطق روستایی دوردست و ویلاها: این سیستم‌ها برای تامین برق واحدهای مسکونی و ویلاهای دور از شبکه بسیار مناسب هستند.
• تامین برق چاه‌های کشاورزی فاقد برق.
• روشنایی معابر، تابلوهای تبلیغاتی حاشیه اتوبان‌ها و چراغ‌های راهنمایی و رانندگی.
• سایت‌های مخابراتی و ایستگاه‌های پایش که در مناطق صعب‌العبور قرار دارند:
• پمپ‌های آبرسانی

آن‌ گرید در برابر آف‌ گرید کدام برای شما مناسب است؟

برای درک بهتر تفاوت‌های کلیدی بین سیستم‌های آن‌ گرید و آف‌ گرید، جدول زیر یک مقایسه جامع را ارائه می‌دهد:

عوامل مؤثر در انتخاب سیستم خورشیدی مناسب

انتخاب سیستم خورشیدی مناسب یک تصمیم مهم است که به عوامل متعددی بستگی دارد:

• دسترسی به شبکه برق: این مهم‌ترین عامل است. اگر به شبکه سراسری دسترسی دارید، سیستم آن‌گرید اغلب مقرون به صرفه‌تر و ساده‌تر است. اگر دسترسی ندارید یا قصد دارید کاملاً مستقل باشید، آف‌گرید تنها گزینه شماست.
• هدف اصلی (کاهش قبض یا استقلال کامل): اگر هدف اصلی شما کاهش هزینه‌های برق و فروش مازاد به شبکه است، آن‌گرید مناسب است. اگر استقلال کامل از شبکه، تامین برق در مناطق دورافتاده و ایمنی در برابر قطعی برق مد نظر است، آف‌گرید گزینه ایده‌آل است.
• بودجه اولیه و بلندمدت: آن‌گرید هزینه نصب اولیه کمتری دارد. آف‌گرید به دلیل نیاز به باتری و شارژ کنترلر، هزینه اولیه و نگهداری بالاتری دارد.
• نیاز به برق پشتیبان در زمان قطعی: اگر در زمان قطعی برق شبکه نیاز به برق دارید، سیستم آن‌گرید به تنهایی کافی نیست. در این صورت، باید به فکر سیستم “هیبریدی” (ترکیبی) باشید که بهترین ویژگی‌های هر دو سیستم را ترکیب کرده و باتری پشتیبان نیز دارد. سیستم‌های هیبریدی انعطاف‌پذیری بالایی را ارائه می‌دهند و می‌توانند به عنوان یک راه‌حل جامع برای تامین انرژی در شرایط مختلف عمل کنند.
• میزان مصرف انرژی: برای مصارف خانگی پایین در مناطق شهری، آن‌گرید ممکن است مقرون به صرفه نباشد، اما در مناطق دور از شبکه آف‌گرید مفید است.
• شرایط آب و هوایی منطقه: میزان تابش خورشید و تعداد روزهای ابری/بارانی در انتخاب و طراحی سیستم (به خصوص برای آف‌گرید که به ذخیره‌سازی متکی است) اهمیت دارد.

توصیه نهایی

سیستم‌های خورشیدی آن‌گرید و آف‌گرید، هر یک با ویژگی‌ها، مزایا و معایب خاص خود، راهکارهای متفاوتی برای بهره‌برداری از انرژی خورشید ارائه می‌دهند. آن‌گرید برای کاهش هزینه‌های برق و کسب درآمد در مناطق دارای شبکه مناسب است، در حالی که آف‌گرید استقلال کامل انرژی را برای مناطق دورافتاده یا کاربرانی که به دنبال خودکفایی هستند، فراهم می‌آورد.

با توجه به رشد روزافزون تقاضا برای استفاده از سیستم‌های خورشیدی به صورت آنگرید و آفگرید، نیاز به نیروهای متخصص بیش از گذشته احساس می‌شود. از همین رو، آموزش پنل خورشیدی  نقش مهمی در آماده‌سازی افراد برای ورود به بازار کار ایفا می‌کند. این آموزش‌ها شامل مباحثی همچون شناخت تجهیزات، طراحی سیستم، نصب اصولی، سیم‌کشی ایمن، و راه‌اندازی اینورتر و باتری می‌شود. شرکت در دوره‌های معتبر مانند دوره برق خورشیدی گیتا انرژی، علاوه بر ارائه گواهینامه قابل ترجمه، مسیر تبدیل شدن به یک متخصص حرفه‌ای را هموار می‌سازد . دوره برق خورشیدی گیتا انرژی دوره ای جامع است و تمامی مباحثی که برای طراحی و نصب انواع نیروگاه خورشیدی نیاز دارید آموزش می بینید

انتخاب سیستم خورشیدی مناسب یک تصمیم مهم و نیازمند بررسی دقیق نیازهای مصرف انرژی، بودجه در دسترس (هم اولیه و هم بلندمدت)، شرایط جغرافیایی محل نصب و هدف اصلی از نصب سیستم (کاهش قبض، استقلال کامل، یا ترکیبی از هر دو) است. به دلیل پیچیدگی‌های فنی و اقتصادی، توصیه می‌شود که قبل از تصمیم‌گیری نهایی، حتما با متخصصان حوزه انرژی خورشیدی مشاوره شود تا بهترین گزینه متناسب با شرایط خاص هر فرد یا کسب‌وکار انتخاب گردد. سرمایه‌گذاری در انرژی خورشیدی، گامی هوشمندانه به سوی آینده‌ای پایدار، کاهش هزینه‌ها، و کمک به حفظ محیط زیست است. برای طراحی، محاسبه و نصب سیستم خورشیدی متناسب با نیازهای شما، کارشناسان آماده ارائه راهنمایی‌های لازم هستند.