بخشی از مقاله
بررسي اثر ريزگردها برروي پارامترهاي الکتريکي سلول هاي خورشيدي در استان خوزستان
چکيده
ريزگردها از جمله عوامل طبيعي هستند که امروزه جزء لاينفک آب و هواي کشورمان شده بطوري که اين وضعيت در استان هاي غربي و جنوبي بيشتر به چشم مي خورد. اين عامل طبيعي هرساله خسارت هاي مالي و جاني چشم گيري به کشورمان وارد مي کند. از جمله با نشستن برروي سلول هاي خورشيدي و با مانع شدن برخورد نور مستقيم خورشيد به سلول ، بازده آن را پائين مي آورد. اين مقاله ضمن بررسي و آناليز ريزگردها و عوامل ايجاد آن در ايران و استان خوزستان ، طي يک دوره سي روزه ميزان کاهش پارامترهاي الکتريکي سلول هاي خورشيدي نظير جريان اتصال کوتاه و ولتاز مدار را براثر اين عامل طبيعي در پنج زاويه صفر، ٣٠، ٤٥، ٦٠ و ٩٠ درجه را بررسي مي کند و در نهايت پيشنهاداتي در جهت کاهش اثرات اين پديده جوي ارائه مي دهد. نتايج اين تحقيق نشان داد که شتاب کاهش جريان اتصال کوتاه نسبت به ولتاژ مدار باز بر اثر ريزگرد در يک زاويه مشخص حدود ٣٤ درصد است . و هر چه بسمت زاويه ٩٠ درجه پيش برويم اين شتاب بدليل لغزنده تر شدن سطح سلول و کاهش تجمع ريزگرد تا حدود ٥ درصد کاهش مي يابد. اين در حاليست که ولتاژ مدار باز سلول خورشيدي در تمام زواياي نام برده تغيير آنچناني نکرده و اندک تغيير ايجاد شده در آنها بدليل تغيير در زاويه نصب بود.
کليد واژه
ريزگردها – استان خوزستان – سلول خورشيدي – ولتاز مدار باز – جريان اتصال کوتاه
١- مقدمه
ايران يکي از کشورهاي درحال توسعه بوده که درمنطقه خاور ميانه قرار دارد. اين کشور بدليل سرشار بودن از منابع غني نفت و گاز از جمله کشورهائي است که عمده صادرات آنرا نفت و مشتقات نفت تشکيل مي دهد، اما امروزه خطر پايان يافتن منابع نفتي دولت مردان اين کشور را بر استفاده از منابع جايگزين بخصوص جهت توليد برق وادار کرده است . يکي از اين منابع انرژي خورشيد مي باشدکه در حال حاضر ايران با ايجاد چندين سايت نيروگاهي در اين زمينه گام بلندي برداشته است . اما يکي از مشکلات مهمي که در توليد الکتريسيته در اين نيروگاه ها در ايران ايجاد اخلال مي کند شرايط جوي مي باشد. شرايط جوي مي تواند تاثير بسزائي بروي بازده خروجي سلول خورشيدي بگذارد. گرما، رطوبت ، ريزگرد و... ازجمله عوامل جوي هستند که مي توانند اثرات منفي براي سلول ايجاد کنند. يکي از مهمترين عوامل محيطي که اثرات سوء برروي سلول هاي خورشيدي دارد ريزگردهاست . ريزگردها مي تواند تا٩٠ درصد توان خروجي سلول خورشيدي را کاهش دهد [١]. اولين کساني که در مورد تاثير ريز گردها بروي سيستم هاي خورشيدي تحقيق کردند Hotel وwoertz بودند[٢]. آنان دريافتند که توان کلکتورهاي خورشيدي صفحه تخت با زاويه نصب ٣٠ درجه در اثر تجمع گردوخاک ١درصد کاهش مي يابد.
جالب است بدانيد بيشترين تحقيقاتي که در اين زمينه صورت گرفته در منطقه خاورميانه است . اين منطقه بعلت پتانسيل بالاي خورشيدي (day.kWh.m٦٢)[١] و قرار گرفتن در صحرا همواره با طوفان هاي متداول ريزگردها وگرماي شديد رودرروست [٦-٣]. در کويت نيز آقاي sayigh در يافتند تغيير زاويه نصب سلول هاي خورشيدي از صفر تا ٦٠ درجه بازده را از ٦٤ درصد به ١٧ درصد کاهش مي دهد[٧]. بررسي اثرات نامطلوب ريزگردها در سال هاي بعد دقيق تر شد، بطوري که محققان با شبيه سازي خورشيد توسط لامپ هاي هالوژنه بر اساس استاندارد 3-IEC60904 در يک محيط آزمايشگاهي به نتايج قابل قبولي در مورد کاهش بازده کلکتورهاي خورشيدي بر اثر ريزگردها و سايه دست يافتند[٨]. در همين سال بکمک دوربين هاي مادون قرمز اثرات نامطلوب اين عامل محيطي را بر طول عمر سلول هاي خورشيدي اثبات گرديد[٩]. در مالزي نيز آقاي Mekhilef و همکارانش در دانشگاه کوآلالامپور تاثير همزمان رطوبت و ريزگردها را مورد مطالعه قرار دادند
[١٠]. متاسفانه تاکنون تحقيقات جامعي در راستاي تاثير ريزگردها برروي عملکرد سلول هاي خورشيدي در استان خوزستان صورت داده نشده است و اين در حاليست که اين عامل جوي امروزه جزء لاينفک آب و هوائي استان بوده و حتي شهرستان اهواز نيز براساس گزارش سازمان بهداشت جهاني آلوده ترين شهر جهان معرفي شده است . با توجه به اينکه استفاده از انرژي هاي نو همانند سلول هاي خورشيدي همواره مورد تاکيد و تشويق قرار گرفته ، لازم است مطالعه اي درباره اثرات آلودگي هواي استان برروي سلول هاي خورشيدي صورت يابد. اين مقاله با بررسي دقيق ميزان و نوع ريزگردهاي موجود در هواي استان خوزستان ، با مطالعات ميداني تاثير اين پديده را برروي پارامترهاي الکتريکي سلول هاي خورشيدي مورد ارزيابي قرار مي دهد.
٢- ريزگردها در ايران
ابتدا لازم است منشاء ايجاد ريزگردها در کشورمان را بررسي نمائيم . بيشترين ريزگردها در ايران از سمت غرب وارد کشور مي شود. منابع اصلي اين ريزگردها نواحي بياباني نزديک به غرب ايران مثل صحراي سوريه ، عراق و صحراي موجود در شمال شبه جزيره عربستان است [١١].
بررسي مربوط به فراواني روزهاي ريزگردها نشان مي دهد که چاله هاي مرکزي ايران بيشترين روزهاي آلوده به گردوخاک را دارند. بعنوان مثال بادهاي ١٢٠ روزه در سيستان و بلوچستان به بيش از ١٥٠ روز در سال افزايش يافته است و اين امر تعداد روزهاي آلوده به ريزگرد را افزايش مي دهد[١٢]. شکل شماره ١ مناطق اصلي توليد ريزگردها در کشور عراق را نشان مي دهد که با نقاط قرمز رنگ نشان داده شده است [١٣]. و شکل شماره ٢ تصوير ماهواره اي از توليد طوفان گردوخاک در عراق را نشان مي دهد که در حال حرکت بسمت کشورمان است [١٤].
شکل ١: مناطق اصلي توليد ريزگردها در کشور عراق
شکل ٢: تصوير ماهواره اي از ايجاد و حرکت طوفان گردوخاک در کشورعراق
٣- ريزگردها در استان خوزستان
شايد بتوان گفت استان خوزستان بدليل شرايط خاص جغرافيائي و برخوردار بودن از چندين کيلومتر مرز زميني با عراق دروازه ورود ريزگردها به داخل کشور است . با نگاهي به شکل شماره ٣ در خواهيم يافت که اين پديده در سال هاي اخير نسبت به گذشته رشد قابل توجه اي داشته است [١٥].
شکل ٣: حداکثر غلظت ريزگردها در استان خوزستان از سال ٢٠٠١ تا ٢٠١٠
حداکثر وقوع اين عامل طبيعي در استان خوزستان ٨٤ ساعت و حداقل آن ٣٦ ساعت بوده است . وقوع اين پديده در استان خوزستان نه تنها منجر به خسارت هاي مالي به اقتصاد استان شده بلکه آسيب هاي جدي به سلامت مردم وارد کرده است . براساس گزارشات رسيده در هنگام بروز ريزگرد، ميدان ديد گاهي به کمتراز ١٠٠ متر رسيده و ميزان مراجعه بيماران ريوي به مراکز درماني مرکز استان حدود ٧٠ درصد رشد خواهد داشت [١٤]. جدول شماره ١ تعداد روزهاي آلوده به ريزگرد در شهرهاي استان خوزستان در بين سال هاي ٢٠٠٠ تا ٢٠٠٩ را نشان مي دهد[١٦].
٤- آناليز ريزگردهاي موجود در هواي استان خوزستان رفتار سلول هاي خورشيدي در برابر انواع مختلف خاک ها و آلودگي ها متفاوت بوده و دماي کار و بازده مختلفي را از خود نشان مي دهد. بطور کلي مي توان گفت ويژگي شيميايي، بيولوژيکي، الکترواستاتيک ، اندازه ، شکل و وزن خاک تاثير مهمي برروي اثراتش بر سلول هاي خورشيدي خواهد گذاشت ، بهمين منظور شناخت ويژگي هاي گفته شده از خاک ها بسيار مهم است . بعنوان مثال تحقيقات نشان مي دهد که خاک هاي ريز در حدود ٥ ميکرومتر اثرات مخرب تري نسبت به خاک هاي درشت تر دارند. يا اينکه خاک هاي کروي شکل ، رسوب دهي بالاتري برروي سطح سلول ازخود ايجاد مي کنند[٣]. بدين منظور آزمايشات ريخت شناسي و کاني شناسي خاک استان خوزستان مورد بررسي XRD و SEM قرار گرفتند. نتايج نشان داد که فلزات موجود در خاک هاي پراکنده در هوا شامل جيوه ، سرب ، قلع ، سلنيوم ، نقره ، کاديوم ، کروم ، مس ، منگنز و توريم بود. همچنين آزمايش کاني شناسي نشان داد که در اين خاک کاني هائي همچون کلسيت ، کوارتز، و ژيپس (رس ) قرار دارد، در ضمن شکل هندسي خاک ها معمولا کروي، نامنظم ، منشوري و لوزي با ابعادي بين ٢ تا ٤٤ ميکرومتر هستند. شکل شماره ٤ تصاوير ميکروسکوپي خاک هاي موجود در هواي استان را نشان مي دهد .[16][14]
شکل ٤: تصاوير ميکروسکوپي خاک هاي موجود در هواي استان خوزستان
جدول ١: تعداد روزهاي آلوده به ريزگرد در شهرهاي استان خوزستان از سال ٢٠٠٠ تا ٢٠٠٩
خورشيدي وابسته به دماي کار آن سلول است . براساس رابطه شماره (١) که توان يک سلول خورشيدي را بوسيله آن محاسبه نمود مي توان مشاهده کرد توان متناسب با بازده سلول است و بازده سلول بر اساس رابطه شماره (٢) در نهايت به دماي کار سلول خورشيدي وابسته است . بر طبق اين روابط هر عاملي همچون گردوخاک که باعث شود دماي کارسلول بالا رود بازده و توان خروجي سلول را نيز کاهش مي دهد.
