پیشرفت علم و فن آوری ضمن ایجاد دستاوردهای فراوانی برای آسایش و رفاه بشر، همواره مشکلات تازه ای نیز به همراه داشته است ( به عنوان مثال آلودگی زیست محیطی ناشی از سوخت های فسیلی). با توجه به اینکه لحظه ای توقف در زمینه علم و فن آوری روند زندگی در جهان مدرن را مختل می کند، آسیب هایی را از قبیل گازهای گلخانه ای، آلوگی هوا، افزایش دما و تغییرات گسترده آب و هوایی گرم شدن زمین و … را در بر داشته و خواهد داشت. همین امر باعث گردیده که دانشمندان و متخصصان به دنبال انرژی های جایگزین پاک باشند. استفاده از انرژی خورشیدی، بادی، زمین گرمایی، امواج و … به جای انرژی های حاصل از سوخت های فسیلی موجب کاهش سطح وسیعی از آلودگی زیست محیطی و خطرات جانبی آن می شود. در حال حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستم های گوناگون و برای مقاصد متفاوت استفاده می گردند، که برخی از آنها عبارتند از:
- استفاده از انرژی حرارتی خورشید برای مصارف خانگی، صنعتی و نیروگاهی
- تبدیل مستقیم پرتوهای خورشید به الکتریسیته بوسیله تجهیزاتی به نام فتوولتائیک
به پدیده ای که در اثر تابش نور بدون استفاده از مکانیزم های محرک، الکتریسیته تولید کند فتوولتائیک گویند. سیستم های فتوولتائیک یکی از پر مصرف ترین انرژی های پاک و نو می باشند و تا کنون سیستم های گوناگونی با ظرفیت های (0/5 تا چند مگاوات) در سراسر جهان نصب و راه اندازی شده و با توجه به قابلیت عملکرد و اطمینان این سیستم ها، هر روزه بر تعداد متقاضیان آنها افزوده می شود. از سری و موازی کردن سلول های آفتابی می توان به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست یافت. به یک مجموعه از سلول های سری و موازی شده پنل فتوولتائیک می گویند. امروزه این گونه سلول ها به طور معمول از ماده سیلیسیم تهیه می شود و سیلیسیم مورد نیاز از شن و ماسه تهیه می گردد که در مناطق کویری کشور به مقدار فراوان یافت می شود. سیستم های فتوولتائیک نور خورشید را به طور مستقیم به برق یکسو (DC) تبدیل می کند. اجزا این سیستم عبارتند از:
- ماژول خورشیدی
- اینورتر (تبدیل ولتاژ مستقیم به متناوب یا مستقیم با مشخصات دیگر)
- شارژ کنترل (دستگاهی جهت کنترل توان ورودی – خروجی به باتری و بار)
- باتری
از آنجاییکه بسیاری از ایستگاه های حفاظت کاتدی در نقاط دور افتاده و در مسیر خطوط لوله انتقال نفت، گاز، آب و … قرار می گیرند، به طور معمول برق رسانی به آنها یکی از معضلات مهم طراحان و مجریان پروژه ها می باشد. در این مواقع می بایست با صرف هزینه های بسیار زیاد و پذیرش اتلاف انرژی قابل توجه به ایستگاه مورد نظر برق رسانی انجام شود و یا طراح سیستم، با صرف نظر از بسیاری از اصول و ضوابط لازم سیستم های حفاظت کاتدی، محل نصب ایستگاه را به نقطه ای نزدیک به شبکه برق منتقل نماید. در چنین مواقعی استفاده از سیستم های حفاظت کاتدی فتوولتائیک، راه حل سوم و شاید مناسب ترین راه حل برای رفع مشکل باشد. با استفاده از یک کنورتور DC/DC و بدون اتلاف انرژی، برق تولید شده توسط سلول های خورشیدی به یک برق یکسو (DC) قابل کنترل و تنظیم تبدیل شده و خروجی کنورتور به سیستم تحت حفاظت اعمال می گردد. استفاده از باتری این ضریب اطمینان را برای سیستم به وجود می آورد که شب ها و در روزهای ابری انرژی لازم تامین شده و مشکلی برای استمرار عملکرد سیستم حفاظت کاتدی بوجود نیاید.
مزایای سیستم فتوولتائیک:
- عدم کاهش ذخایر فناپذیر کشور
- جلوگیری از آلودگی محیط زیست
- عدم احتیاج به خطوط وسیع انتقال و توزیع برق
- تامین توان خروجی لازم (1 الی 10 کیلو وات) متناسب با نیاز مصرف کننده
- توانایی ذخیره سازی انرژی برای روزهای بدون شارژ (ابری) متوالی و شب ها
- سهولت در نگهداری و بهره برداری
- براساس نیاز سیستم حفاظت کاتدی و با تغییر تعداد سلول های فتوولتائیک امکان تامین توان مورد نیاز فراهم بوده و محدودیتی در این خصوص وجود ندارد.
بلوک دیاگرام زیر یک سیستم حفاظت کاتدی خورشیدی را نمایش می دهد:
اجزای یک سیستم حفاظت کاتدی فتوولتائیک
