بخشی از مقاله
چکیده
توان خورشیدی و منبع توان بی وقفه - UPS - دو تکنولوژی هستند که به سرعت رشد کردند. تقاضا برای انرژی خورشیدی در روند آینده، سلول های خورشیدی ارزانی را میطلبد که این ادوات باید در دراز مدت سودآوری قابل قبولی از نظر اقتصادی داشته باشند. هرچند، توان خورشیدی در مناطق جغرافیایی زیادی باید متوازن شود که پیدا کردن راهی برای کاهش هزینههای توان خورشیدی سیستمهای قدرت مهم است. در این مقاله برای بررسی امکان و پتانسیل عمل مشترک منبع خورشیدی و سیستم UPS از نظر اقتصادی پیشنهاد میدهد.که در تحقیقات قبل فقط از نقطه نظر تکنیکال به این مسئله توجه شده است.
در این مقاله به جای محاسبات فرضی یک سیستم متصل به شبکه تنظیم شده ترکیب پنل خورشیدی با UPS را روی یک شبکه قدرت پایدار بررسی میکند. نتایج آنالیز اقتصادی نشان میدهد که در یک سیستم ترکیبی - PV وUPS - ، پتانسیل برای داشتن هزینه پیشنهادی و هزینه قطعات کمتر و افزایش انرژی ذخیره شده با تلفات کمتر میسر شده است. نتایج حاصله از مطالعه تکنیکال سیستم ترکیبی خورشیدی و UPS بیانگر شدنی بودن این ترکیب است. علاوه بر این سیستم ترکیبی به وضوح سود بیشتری نسبت به عملکرد مستقل هر کدام دارد. این به معنای سود آوری اقتصادی بیشتر سیستم ترکیبی PV وUPS نسبت به عملکرد مستقل آنها است.
-1 مقدمه
در این قسمت تصویر کلی از مقاله، اهداف، مشکلات و منظور و نتیجه مورد نظر را بیان میکنیم. پنجمین ارزیابی دولتی تغییرات آب و هوا روی پنل خورشیدی - IPCC - برهانها و دلایل طاقت فرسای علمی از این که آلودگی گازهای گلخانهای متاثر فعالیتهای بشر روی آب و هوا تاثیر دارد و ابتدا"باعث گرم شدن زمین میشود. بخش انرژی نقش مهمی در کاهش آلودگی جهانی تولید شده از سوختهای فسیلی و در اصل آلودگی گازهای گلخانهای دارد. تقاضای انرژی در جهان به صورت یک شیب در دهههای اخیر در حال افزایش است. تولید برق از سیستمهای فوتوولتائیک PV به صورت کلی دارای آلودگی کم، منبع انرژی تمام نشدنی و بخشی ثابت در انرژی است.
پنل خورشیدی اصولا به ابعاد کمی تجاری یا کوچک تقسیم میشوند. نگرانیهای سیستمهای انرژی در سناریوهای آینده راجع به اهمیت نقش انرژی خورشیدی در برق میباشد. دیدگاه انرژی خورشیدی در سیستم برق در سال 2000 ارائه شد. مانع اصلی تولید کنندههای خورشیدی با ابعاد بزرگ در مقایسه با منابع انرژی ترکیبی هزینههای زیادی دارد. به منظور بهرهبرداری از انرژی خورشید، سلولهای خورشیدی نیاز به حمایت از طریق کنترل تعادل اجزای سیستم BOS ، تبدیل و انتقال برق تولیدی دارند. هزینه تولید ماژولهای خورشیدی با افزایش سطح تولید باید کاهش یابد و این در صورتی است که برای رسیدن به این هدف باید هزینه بیشتری برای اجزای سیستم پرداخت.
این امر باعث افزایش هزینههای سیستم برای حفظ تعادل سیستم BOS میشود که میتوان مقدار این هزینه برابر نصف هزینههای پیشنهادی سیستم است. [1] با پیشرفت سیستمهای کامپیوتری و اینترنت تعداد سیستمهایی که نیاز به منبع با قابلیت اطمینان بالا به تندی افزایش مییابد. سیستم های UPS از تجهیزات بیمارستان، فرودگاه و مرکز اطلاعات برای مواقعی که سیستم وارد توقف موقت میشود و توان شبکه ترکیبی قطع میشود، UPS توانی یکنواخت به سیستمها انتقال میدهد. در سیستم های متصل به UPS ابتدا افت ها و ناهمواریهای ولتاژ سیستم توسط یکسوسازها بر طرف شده و سپس توسط اینورتر برق ورودی را در شرایط نرمال تولید میکند. در زمانی که سیستم UPS کار نمیکند وظیفه تامین توان بار ها برعهده بانک های ذخیره کننده و ژنراتورهای پشتیبان است. تعداد UPS های مورد استفاده برای داشتن توان همیشگی برای سیستم های کامپیوتری محتمل را باید پیش بینی کرد. سیستمهای UPS و پنل های خورشیدی با ابعاد کوچک را میتوانند با ادوات الکترونیک قدرت با هم ترکیب کرد.
-2 انرژی خورشیدی
انرژی خورشیدی وسیعترین منبع انرژی در جهان است. انرژی نوری که از جانب خورشید در هر ساعت به زمین می تابد، بیش از کل انرژی است که ساکنان زمین در طول یک سال مصرف می کنند. به عنوان مثال، نوری که سالیانه بر یک سایت آزمایشی در نوادای آمریکا می تابد - 1300 sq.mi. - اگر با رندمان %15 به الکتریسته تبدیل شود، دو برابر انرژی تولیدی سالیانهی ایالات متحده آمریکا خواهد شد. با وجود گسترده بودن این انرژی، چگالی آن بسیار پایین است. برای بهره گیری از این منبع باید راهی جست تا انرژی پراکنده آن با راندمان بالا و هزینه کم به انرژی قابل مصرف الکتریکی تبدیل شود. یکی از مهمترین روشهای تبدیل انرژی خورشید به انرژی الکتریکی استفاده از صفحات فتوولتائیک است که در ادامه شرح داده خواهد شد.
-3 روش های تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی
با استفاده از تکنولوژی های خاص، انرژی حاصل از نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. این تکنولوژی ها را به دو دسته می توان تقسیم کرد :
· سیستم فتوولتائیک - : - PV که عموما تجهیزاتی جامد و بیحرکت هستند - جز در مورد انواع مجهز به سیستم ردیابی خورشید - .
· سیستمهای گرمایی خورشیدی : که از نور متمرکز شده خورشید برای گرم کردن مایعی که بخار آن یک توربین را به حرکت در می آورد، استفاده می کند.
در این میان استفاده از سیستم های فتو ولتائیک برای استفاده از نور خورشید به عنوان منبع انرژی بسیار رایج تر است. استفاده از پنل های فتوولتائیک در کشورهای پیشرفته به سرعت رو به گسترش است. استفاده از انرژی خورشیدی که یکی از اشکال انرژی موسوم به " سبز" است از سوی طرفداران محیط زیست پشتیبانی می شود. علت این استقبال را باید در ویژگیهای انرژی خورشیدی جست.
-4 اصول کار یک پنل فتوولتائیک
بخش اصلی یک سیستم فتوولتائیک، پنل فتوولتائیک می باشد. پنل های فتوولتائیک که در معرض خورشید قرار می گیرند، متشکل از سلولهای فتوولتائیک هستند. این سلول ها از مواد نیمه هادی سیلیکونی ساخته شده اند. [2] سیستم فتوولتائیک شامل تجهیزات دیگری از جمله مبدلهایی برای تبدیل جریان مستقیم به جربان متناوب نیز می باشد. پنلهای فتوولتائیک از نیمه هادیها ساخته شده و با اتصال سیلیکون های نوع N و P شکل میگیرند. وقتی نور خورشید به یک سلول فتوولتائیک میتابد، به الکترونها در آن انرژی بیشتری میبخشد با تابش نور خورشید الکترونها در نیمه هادی پلاریزه شده، الکترونهای منفی در سیلیکون نوع N و یونهای مثبت در سیلیکون نوع P بوجود می آیند. بدین ترتیب بین دو الکترود، اختلاف پتانسیل بروز کرده و این امر موجب جاری شدن جریان بین آنها می گردد. شکل - 1 - پروسه تولید برق در یک سلول فتوولتائیک را نشان می دهد.
میزان تولید برق بوسیله یک سیستم فتوولتائیک معمولا" از 2 تا 50 کیلووات میباشد. یک سیستم فتوولتائیک که برای نصب روی بام ساختمانها در شهر لوس آنجلس ساخته شده است، با ظرفیت توان 2 کیلووات، 3600 کیلووات ساعت انرژی در سال تولید میکند. این میزان تولید انرژی باعث 4/3 تن صرفهجویی در سوخت زغال سنگ برای تولید برق شده و همچنین مانع ورود 5000 lbs گاز به اتمسفر میگردد.[4] یک سیستم PV دیگر که با ظرفیت 10 کیلو وات در دره تنسی در ایالات متحده آمریکا نصب شده، بطور متوسط در حدود 16500 کیلو وات ساعت انرژی در سال تولید می کند. این میزان انرژی کمی بیش از نیاز مصرف برق یک خانه متوسط در ایالات متحده است.
پنل های خورشیدی طوری ساخته شده اند که در برابر همه سختی های محیط مانند سرمای شدید قطبی، گرمای بیابان، رطوبت استوایی و بادهای با سرعت بیش از 125 مایل در ساعت مقاومت میکنند. با اینحال جنس این وسایل از شیشه بوده و در اثر ضربات سنگین ممکن است بشکنند. UPS دستگاهیالکترونیکی است به منظور تامین پیوسته انرژی برای دستگاههای مصرف کننده که به اختلالات موجود در شبکه و قطع برق حساس بوده و به دلیل ضرورت و حساسیتهای فوقالعاده زیاد جزء تجهیزات حیاتی مجموعههای کامپیوتری، مخابراتی، کنترل و ابزاردقیق، ازمایشگاهی و بیمارستانی میباشند. - شکل - 2 کاهش یا افزایش ناگهانی ولتاژ، تغییرفرکانس، انواع امواج لحظهای یا دائم، نمونههایی از مشکلات ایجاد شده برروی شبکههای برق شهری میباشند. دستگاه های الکترونیکی پیشرفته و حساس - نظیر سیستمهای کامپیوتری، تجهیزات مخابراتی و پزشکی - با توجه به کاربردهای ویژه و حساسی که دارند نیازمند تجهیزات ضروری مانند منبع تغذیه بدون وقفه و نسبتا دقیق بوده تا ولتاژ و فرکانس ثابت و قابل اطمینان را تامین نماید.
شکل - 2 - دستگاه UPS
در کشورهای پیشرفته علیرغم قطع برق شهر، دستگاهUPS از وسایل ضروری کامپیوترها محسوب میشود. به عنوان مثال در صورت وجود کوچکترین اغتشاش در برق شهر بخش کنترل کامپیوتر، با تولید یک پالس موجب خاموش و روشن شدن مجدد - Restart - کامپیوتر میگردد. لذا با این عمل اطلاعاتی که در حافظه RAM سیستم وجود دارد، از بین رفته و زیان های جبران ناپذیری به کاربر وارد شده وحاصل کار، کاربر در چند لحظه از بین میرود.
