امروزه سیستم های فوتوولتائیک در طیف وسیعی از کاربردها استفاده می شوند و سیستم های بیشماری در سراسر جهان در حال تولید الکتریسیته می باشند و با توجه به نوع کاربرد و شرایط و نیاز مصرف کننده ، به دو دسته تقسیم می شوند.

• سیستم های مستقل از شبکه

• سیستم های متصل به شبکه

در سیستم های مستقل از شبکه همان طور که از نامشان مشخص است ، بار مصرف کننده ها را به صورت منفرد و مجزا از شبکه سراسری تامین می کنند . در حال حاضر با توجه به در دسترس بودن شبکه سراسری توزیع برق در شهرها و اغلب روستاها و ارزانی برق تولید شده توسط سوخت های فسیلی و از سوی دیگر گرانی و هزینه اولیه زیاد پنل های فوتوولتائیک ، استفاده از این سیستم ها در شرایط عادی از لحاظ اقتصادی توجیه ندارد.یکی ازکاربردهای استفاده از سیستم های خورشیدی در شرایطی می باشد که منطقه مورد نظر دور از شبکه برق سراسری باشد (مانند مناطق دور افتاده ، کوهستانی و یا مرزی) و احداث و گسترش شبکه سراسری تا آن نقطه باعث بالا رفتن تلفات خط می شود ونیز هزینه بالایی را می طلبد، در این شرایط استفاده از سیستم فوتوولتائیک دارای توجیه فنی و اقتصادی می باشد و می توان با بهره گرفتن از سیستم های فوتوولتائیک جدا از شبکه با هزینه بسیار کمتر به سادگی انرژی مورد نیاز ان منطقه را تامین کرد .
البته هزینه اولیه ساخت نیروگاه های فوتوولتائیک روزبه روز در حال کاهش است به طوری که در سال ۱۹۷۳ هزینه سرمایه گذاری سیستم های فوتوولتائیک ۳۰ بوده و در سال ۱۹۷۷ به دلیل پیشرفت تحقیقات مقدار این هزینه به ۵ کاهش یافته است و کارشناسان انرژی براین باورند که وقتی هزینه توان ناشی از سیستم های فوتوولتائیک در حدود ۶/۱ برسد کاربرد این سیستم ها در شهرها با توجه به رایگان بودن هزینه سوخت آن دارای توجیه اقتصادی خواهد شد . قابل ذکر است واحد به معنی هزینه یک ردیف سلول خورشیدی که ۱ وات پیک الکتریکی توان را به هنگامی که سلول ها نور شدت ۱را دریافت می کنند ، می باشد .

نوع دیگر استفاده از سیستم های فوتوولتائیک به صورت متصل به شبکه است ،که نیروگاه های بسیاری با ظرفیت بیش از چند مگاوات در سراسر جهان از این نوع سیستم به بهره برداری رسیده است . یکی از علل استفاده از این سیستم ها ، جبران افت ولتاژ خط انتقال است که با توجه به هزینه بسیار بالای جبران سازی در خطوط انتقال ، این امر دارای توجیه اقتصادی بوده و بررسی ها نشان می دهد استفاده از تنها ۱۰ درصد توان تولیدی سیستم های فوتوولتائیک در باس های خط انتقال مورد نیاز، می تواند نیاز به استفاده از خازن های گران قیمت را بر طرف سازد و اصلاح پروفیل ولتاژ را به خوبی انجام دهد .
علاوه بر کاربرد ذکر شده ، استفاده از سیستم های فوتوولتائیک در مساحت های بالا با توجه به تکنولوژی پیشرفته افزایش راندمان پنل ها ، در حال حاضر یکی از منابع تولید انرژی الکتریکی است که مانند دیگر روش های تولید الکتریسیته در شرایط خاص و مناسب استفاده می شوند و نقشی در تامین توان برق شبکه سراسری را ایفا می کنند . در حال حاضر یک نیروگاه فوتوولتاییک از نوع متصل به شبکه در سایت طالقان با ظرفیت KW30 در حال کمک به تامین برق شبکه سراسری ایران است واین نیروگاه می تواند سالانه حدود MW 40 توان به شبکه برق سراسری تحویل دهد .
یکی دیگر ازمتداول ترین کاربردهای سیستم های متصل به شبکه علاوه برتولیدات نیروگاهی استفاده ازسیستم های فوتوولتائیک درپشت بام های منازل مسکونی جهت تولید برق می باشد . این سیستم ها در عین سادگی بسیار کارآمد بوده و به سهولت بر بام منازل مخصوصا خانه های دارای سقف شیروانی نصب شده و منازل مسکونی که به عنوان مصرف کننده توان شناخته می شدند، انرژی الکتریکی حاصل از تابش خورشید را در پنل های فوتوولتائیک به شبکه برق سراسری تزریق کرده و در نهایت میزان مصرف یک خانواده در یک دوره ، از تفاضل انرژی الکتریکی تولیدی و مصرفی آن خانواده محاسبه می گردد .]۷[
فصل پنجم:شبیه سازی

• مقایسه اینورتر های چند سطحی با یکدیگر

این اینورترها شامل آرایه ای از کلیدهای نیمه هادی قدرت و منابع ولتاژ خازنی یا منابع dcایزوله می باشند. کموتاسیون کلیدها باعث می شود که ولتاژ خازنها یا منابع DC مستقل باهم جمع شوند به نحوی که در خروجی اینورتر به مقادیر ولتاژ بالایی برسیم، در حالیکه ولتاژ نامی کلید قدرت به مراتب کمتر از مجموع ولتاژ خازنها می باشد. در این اینورترها، کموتاسیون کلید‌ها اجازه‌ی افزایش ولتاژ به ولتاژهای بالاتر در خروجی را در صورتی که نیمه‌هادی‌های الکترونیک-قدرت دارای ولتاژهای کم‌تری هستند را می‌دهند. موضوع اصلی برای مدولاسیون اینورتر‌های چند سطحی حذف هارمونیک است. چرا که این مبدل‌ها به دلیل دارا بودن آرایشی از المان‌های الکترونیک- قدرت، هارمونیک به شبکۀ قدرت سراسری تزریق می‌کنند که موجب افت کیفیت توان و در نتیجه کاهش اطمینان شبکه قدرت می‌شوند. روش کلید‌زنی در فرکانس اصلی به صورت ذاتی زمینه‌ای را برای حذف هارمونیک‌های مراتب بالای معین با تغییر زمان‌هایی که در آن‌ها کلیدهای مشخصی روشن و خاموش می‌شوند، فراهم می‌سازند. ولی اثر هارمونیک‌های مراتب پایین از بین نمی روند.
با افزایش تعداد سطوح اینورتر، تعداد پله های شکل موج پلکانی خروجی افزایش می یابد و در نتیجه اعوجاج هارمونیکی ولتاژ خروجی کاهش خواهد یافت. ولی با افزایش تعداد سطوح، سیستم کنترل به شدت پیچیده می شود و بعلاوه متعادل نگه داشتن ولتاژهای مختلف نیز یکی دیگر از عوامل محدود نگه دارنده تعداد سطوح می باشد. برای اینورترهای چندسطحی سه ساختار اصلی پیشنهاد شده است که عبارتند از:
۱-      دیود کلمپ شده یا نول کلمپ شده
۲-      خازن کلمپ شده یا خازن معلق
۳-      اینورتر با پل های متوالی یا منابع DC مجزا
مهمترین ویژگی های اینورترهای چندسطحی عبارتند از:
۱-      می توانند ولتاژ خروجی با اعوجاج بسیار کم در خروجی تولید کنند.
۲-      ولتاژ وجه مشترک کمتری تولید می کنند. بنابراین جریان نشتی در یاتاقان موتور را کاهش می دهند. علاوه بر این با بهره گرفتن از روش های مدولاسیون پیشرفته می توان ولتاژهای وجه مشترک را حذف کرد.
۳-      می توانند در فرکانس کلیدزنی کمتری نسبت به اینورترهای دوسطحی عمل کنند.
در این بخش طراحی و شبیه سازی اجزای مختلف سیستم فتوولتائیک با نرم افزار متلب ارائه شده است . همچنین طراحی یک نمونه فیلتر برای کاهش هارمونیکهای ولتاژ خروجی سیستم فتوولتائیک انجام شده است.

• شبیه سازی انواع مختلف اینورترها و حذف هارمونیک ها

• مدار شبیه سازی شده یک اینورتر تکفاز و ارائه نتایج

شکل ۵-۱ مدار شبیه سازی شده یک اینورتر تکفاز را نشان می دهد که با بهره گرفتن از قسمت سیمولینک نرم افزار متلب شبیه سازی شده است. ورودی اینورتر ولتاژ DC است. خروجی AC اینورتر در شکل ۵-۱نشان داده شده است.
شکل ۵-۱ مدار شبیه سازی شده یک اینورتر تکفاز
شکل ۵-۲ خروجی AC اینورتر تکفاز