بخشی از مقاله
خلاصه
دمای عملکرد ماژولهای فتوولتائیک به طور مستقیم در بازدهی کل سیستم تاثیر گذار است. در این مطالعه یک روش کارآمد برای تخمین دمای عملکرد ماژولهای فتوولتائیک ارائه شده است. مدل ارائه شده ساده بوده و نیاز به محاسبات پیچیده ندارد و مستقل از متغیر های الکتریکی یک ماژول است. روش ارائه شده از یک رابطه ساده برای به دست آوردن دمای ماژول استفاده میکند که شامل داده های محیطی از قبیل دمای هوا، شدت تابش خورشید و سرعت باد می باشد. صحت این فرایند تخمین در شبیه سازی های نرم افزار MATLAB سنجیده شده و با داده های اندازه گیری شده یک نیروگاه فتوولتائیک مقایسه شده است. این داده ها به صورت هر 5 دقیقه یکبار و در ماههای مختلف سالهای 1391 و 1392 ثبت شده اند. روشهای آماری نشان میدهد که رابطه ارائه شده در مقایسه با مقادیر واقعی خطایی در حدود %3دارد.
.1 مقدمه
امروزه با گسترده تر شدن استفاده از انرژی های نو و یا توجه به اینکه انرژی خورشیدی تقریبا ارزان ترین نوع در بین این گونه انرژی هاست باید بتوان به بهینه ترین شکل از ماژول های به کار گرفته شده در یک نیروگاه خورشیدی بهره برداری کرد. یک پارامتر بسیار مهم در تولید توان هر پنل فتوولتائیک، دمای عملکرد سطح آن است. فرایند فیزیکی که در آن سلول فتوولتائیک نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل میکند اثر فتوولتائیک نام دارد. یک سلول PV یک دیود نیمه هادی است که نور مرئی را به جریان مستقیم - DC - تبدیل میکند. یک سلول به تنهایی توانی در حدود2 وات در ولتاژ تقریبی 0/5 ولت تولید میکند که میتواند به عنوان مثال در ماشین حسابهای کوچک به کار گرفته شود .
چندین سلول در کنار هم میتوانند یک ماژول - پنل - را ایجاد کنند که میتواند در واحدهای بزرگتری به نام آرایه به کار رود. این قابلیت ماژولار بودن ما را قادر میسازد با توجه به توان مورد نیاز خود و برای مصارف مختلف تعداد مشخصی از سلولها را در کنار هم قرار دهیم. سلولهای خورشیدی سیلیکون کریستالی گسترده ترین نوع در بین انواع سلولها هستند که تجاری سازی شده اند.[1] سلولهای فتوولتائیک از مهمترین اجزای یک سیستم خورشیدی هستند. تقریبا نزدیک به %45 قیمت یک سلول سیلیکونی مربوط به هزینه ویفر سیلیکون است. بنابراین تلاشها در جهت استفاده از سیلیکون کمتر در سلولها معطوف شده است. این کار از طریق نازک تر ساختن سلولها و همچنین افزایش دادن بازدهی آنها انجام شده است. سلول لایه نازک1از نوع 2 - CIGS - توانسته رکورد بیشترین بازدهی برای این نوع را با رسیدن به عدد 19/9% به نام خود ثبت کند. سلولهای خورشیدی بر پایه سیلیکون چند کریستالی3هم بازدهی در حدود 20/3% از خود نشان داده اند.[4-2]
دمای هر سلول یکی از مهمترین پارامترها برای داشتن عملکرد طولانی ماژولها و همچنین میزان تولید انرژی سالانه توسط یک سیستم خورشیدی است.[ 5] بنابراین پیدا کردن یک رابطه که در عین سادگی دقت بالایی در تخمین دمای عملکرد سلول ها داشته باشد از اهمیت بسیار بالایی در رسیدن به بیشترین بازدهی سیستم در هنگام بهره برداری دارد. این دما وابسته به چندین پارامتر از قبیل مشخصات گرمایی مواد اولیه به کار رفته در ماژول، نوع سلولها، ساختار نصب ماژولها و شرایط آب و هوایی محل نصب است .[7-6] به طور کلی بازدهی یک ماژول بسیار تحت تاثیر دمای عملکرد سلولهای خود و البته شدت تابش است. کاهش دمای سلولها در طول کارشان شدیدا عملکرد ماژولها در تولید الکتریسیته را ضعیف میکند.
عملکرد یک سلول خورشیدی معمولا تحت شرایط آزمون استاندارد4که شامل شدت تابش 1000W/m2 و دمای 25œCو حجم هوای1/55 است سنجیده میشود.[11] از آنجا که ایجاد شرایط استاندارد نیازمند تجهیزات گران قیمتی از قبیل شبیه ساز خورشیدی 6میباشد ما در این مطالعه، داده های ارائه شده توسط سازنده را ملاک قرار داده ایم. دو مدل رایج برای پیش بینی دما در سطح پشتی ماژول عبارتد از : مدل دمای عملکرد نامی سلول7و مدل پیش بینی دمای آزمایشگاه ملی ساندیا.8 هر دو مدل به صورت تجربی و در قالب فرمول تدوین شده اند .[5] البته دقت هر دو مدل در برخی شرایط سوال برانگیز است. مطالعات گوناگونی برای ارزیابی دو مدل اشاره شده در شرایط مختلف ارائه شده است.[10-8] البته هیچ یک از مطالعات گذشته در شهر تهران - با طول جغرافیایی 51 23 20/31 E و عرض جغرافیایی 35 41 21/11 N و ارتفاع 1168/35 متری از سطح دریا - انجام نشده است.
.2 مدل ریاضی پنل فتوولتائیک
برای یک پنل فتوولتائیک دو مدل وجود دارد: یکی مدل تک دیود و دیگری مدل دو دیود. با توجه به ساده تر بودن تحلیل مدل تک دیود، در این تحقیق از این مدل استفاده شده است که نمایش آن در شکل 1 آمده است. در این معادله، ,/'5 - - جریان تولیدی در شرایط استاندارد - - A، G و *5 - - شدت تابش واقعی و شدت تابش در شرایط استاندارد - W/m2 - ، 7F و 7F'5 - - دمای ماژول و دما در شرایط استاندارد - - œK و .L ضریب دمایی جریان اتصال کوتاه - A/œK - است. جریان دیود با معادله شاکلی به دست می آید:[12] در این معادله، V ولتاژ خروجی - V - ، ,R جریان اشباع معکوس دیود - - A، - 1/6×10-19&، K ثابت بولتزمن - . - 1/381×10-23-/، n ضریب ایده آلی دیود ماژول میباشد.
