بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به افزایش روزافزون مصرف انرژی در جهان و همچنین مسائل و مشکلات زیستمحیطی ناشی از مصرف سوختهای فسیلی، استفاده از منابع انرژیهای تجدیدپذیر رشد زیادی در سالهای اخیر داشته است. در این مطالعه، تحلیل فنی ایجاد یک سیستم فتوولتاییک به منظور تولید انرژی الکتریکی در دانشگاه شهید بهشتی تهران و تزریق آن به شبکه با استفاده از نرم افزار PVsyst انجام گرفت. ضریب ظرفیت سیستم فتوولتاییک طراحی شده برابر با 18/85 درصد و میزان برق تولیدی سالانه آن برابر با 3595 مگاوات ساعت میباشد.
واژههای کلیدی انرژیهای تجدیدپذیر؛ سیستم فتوولتاییک؛ تحلیل فنی؛ ضریب ظرفیت
مقدمه
تقاضای جهانی برای انرژی بخصوص در کشورهای در حال توسعه به دلیل رشد اقتصادی، صنعتی شدن سریع، افزایش جمعیت، رشد شهرنشینی و بهبود دسترسی به انرژی همچنان در حال رشد میباشد. در سالهای اخیر بیشترین رشد در زمینه ظرفیت نصب شده نیروگاههای تجدیدپذیر متعلق به سال 2015 میباشد که معادل 9,3 بوده است. ظرفیت نیروگاههای تجدیدپذیر در این سال به میزان 154 هزار مگاوات نسبت به سال 2014 افزایش داشته و به 1811 هزار مگاوات رسیده است.
در سه ماهه نخست سال 2017، هزینه کل ایجاد سیستم فتوولتاییک در امریکا به میزان 6,2 درصد کاهش یافت. سیستم فتوولتاییک ثابت نیروگاهی بیشترین کاهش را در بین انواع سیستم فتوولتاییک داشته است .با توجه به رشد مصرف انرژی الکتریکی امروزه استفاده از سیستمهای تولید پراکنده - DG - کاملا رونق یافته است. کاهش تلفات شبکه و خطوط انتقال، افزایش بازده کل سیستم، بهبود پروفیل ولتاژ و افزایش قابلیت اطمینان ازجمله مزایای استفاده از سیستمهای تولید پراکنده با طراحی مناسب میباشد .
میشل امانوئل و همکاران در سال 2016 تحلیل فنی و اقتصادی سیستم فتوولتاییک نصب شده در دانشگاه مونگاراکی نیوزلند را انجام دادند. سیستم مذکور دارای ظرفیت 10 kWp بوده و متصل به شبکه میباشد. ضریب ظرفیت این سیستم برابر با 12,5 درصد به دست.تحلیل فنی ایجاد یک سیستم فتوولتائیک متصل به شبکه در دانشگاه شهید بهشتی امروزه استفاده از فضای پشتبام ساختمانها جهت نصب پنلهای فتوولتاییک در سراسر جهان مورد توجه قرار گرفته است.
با نصب یک سیستم فتوولتاییک بر روی ساختمانهای دانشگاه میتوان یک نیروگاه تولید پراکنده که دارای مزایای بسیار زیادی میباشد ایجاد نمود. در این مقاله به بررسی فنی ایجاد سیستم فتوولتاییک و همچنین تولید برق جهت تزریق به شبکه در دانشگاه شهید بهشتی، پرداخته میشود.در بخش دوم این مقاله روش تحقیق بیان شده است. در این بخش به جانمایی، پارامترهای ورودی به نرمافزار، انتخاب ماژول و اینورتر و همچنین نحوه چیدمان آرایهها پرداخته شده است. در ادامه این بخش نتایج حاصل از نرمافزار PVsyst آمده است. و در بخش سوم نتیجهگیری این مقاله آورده شده است.
روش تحقیق
در این پژوهش، به منظور بررسی فنی ایجاد یک سیستم فتوولتاییک، از نرم افزار PVsyst استفاده شده است. لازم به ذکر است که سیستم از نوع متصل به شبکه بوده و برق تولیدی توسط سیستم فتوولتاییک، به شبکه تزریق میشود. عوامل مختلفی در تولید انرژی توسط سیستم فتوولتاییک مؤثر میباشند. از جمله این عوامل میتوان به اقلیم جغرافیایی، نوع سیستم فتوولتاییک، نوع پنل انتخابی و چگونگی طراحی سیستم اشاره کرد.
طراحی، جانمایی پنلها و شرایط جغرافیایی
تصویر ماهوارهای از ساختمانهای دانشگاه شهید بهشتی به منظور جانمایی پنلهای فتوولتاییک نشان داده شده است. با توجه به اطلاعات موجود در نرم افزار PVSyst متوسط دمای روزانه 15,1 درجه سانتیگراد و متوسط شدت تابش روزانه 5 kWh/m2 میباشد.نحوه جانمایی پنلها با استفاده از نرم افزار PVSyst نشان داده شده است. مساحت کل پشتبامهای مورد استفاده قرار گرفته جهت جایگذاری پنلها 23700 متر مربع میباشد.برای محاسبات فنی از نرم افزار PVsyst استفاده شده است. پارامترهای مؤثر در طراحی و جانمایی سیستم فتوولتاییک باید در این مرحله به عنوان ورودیهای نرم افزار مورد استفاده قرار گیرند. تعیین دقیق جهت و زاویه نصب پنلها باید با توجه به محل ایجاد سیستم صورت گیرد. انتخاب نوع پنل فتوولتاییک و نوع اینورتر در مراحل بعد بیان میشود.
ساختمانهای مشخص شده جهت جایگذاری پنلها
انتخاب نوع پنل و اینورتر،سیستم فتوولتاییک On-Grid شامل مجموعهای از اجزای متشکل از آرایه فتوولتائیک، اینورتر و تجهیزات متصل به شبکه تعریف شده است. در این سیستم همه رشته پنلهای متصل به ورودی اینورتر باید همگن باشند. همگن بودن رشتهها بدین معنی است که همه پنلها از نوع یکسان بوده و همه رشتهها دارای تعداد یکسانی پنل خورشیدی باشند.
نحوه جایگذاری پنلهای فتوولتاییک در نرمافزار
عواملی مانند قیمت مناسب، راندمان بالا، سهولت در تعمیر و نگهداری، فضای موجود و غیره در تعیین نوع پنل فتوولتاییک تاثیر دارند. با توجه به موارد ذکر شده پنل 360 واتی از نوع مونوکریستال شرکت برای سیستم فتوولتاییک مورد نظر انتخاب شد. مشخصات فنی و فیزیکی پنل است.با توجه به جانمایی صورت گرفته، سیستم فتوولتاییک طراحی شده دارای 336 رشته پنل 18 تایی خواهد بود. با توجه به نوع پنل انتخاب شده ظرفیت کل نصب سیستم نیز برابر با 2177 کیلووات میباشد.
با توجه به اینکه ظرفیت نصب سیستم فتوولتاییک نسبتا زیاد بوده و در مقیاس مگاوات است بنابراین استفاده از اینورتر مرکزی مناسبترین انتخاب خواهد بود. با توجه به شرایط جغرافیایی و درنظر گرفتن کمترین تلفات در تولید انرژی، قابلیت اطمینان بالا و کارایی بالا به واسطه تطبیق پنل و اینورتر، از دو عدد اینورتر مرکزی با توان 1000 کیلووات مدل متعلق به شرکت SMA استفاده شده است. مشخصات فنی مربوط به اینورتر منتخب گردیده است.
نتایج
دو گروه تلفات که شامل تلفات در آرایههای پنلها و تلفات سیستم مانند تلفات اینورتر میباشد به ازای انرژی مؤثر تولید شده در خروجی اینورتر در سیستم فوتوولتاییک، بصورت میانگین روزانه برای ماه های مختلف سال هستند. همانطور که میدانید میزان انرژی مفید خروجی از اینورترها در ماههای گرم سال به ازای هر کیلووات ظرفیت نصب شده حدود 5 میباشد که البته با توجه به گرمی هوا تلفات کل سیستم نیز حدود 1 است که بیشتر این تلفات، ناشی از دمای بالای پنلها میباشد.
