بخشی از مقاله
چکیده
افزایش تقاضا برای تولید انرژی از منابع تجدیدپذیرمخصوصاً انرژی خورشیدی باعث پیشرفت وتوسعه روز افزون فن آوری نیروگاه های خورشیدی متصل به شبکه شده است. اگر چه مشکل اساسی هزینه اولیه بالای این سیستم ها همچنان پابرجاست اما با بکارگیری روشهای مدرن طراحی و شبیه سازی و انتخاب مناسب اجزا و هم بندی اصولی، می توان با افزایش بازده خروجی، برگشت سرمایه را در کوتاه ترین زمان ممکن عملیاتی نمود. این مقاله به چگونگی طراحی یک نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک متصل به شبکه با توان یک مگاوات در شهر شیراز می پردازد. به منظور تحلیل منطقه ای و مالی نیروگاه از نرم افزار RETScreen و PVSyst استفاده شده است.
کلید واژه- منابع تجدیدپذیر،نیروگاه خورشیدی، فتوولتائیک، PVSyst، RETScreen
مقدمه:
امروزه مهمترین روش به منظور رسیدگی به چالش های جهانی انرژی، سرعت بخشیدن به توسعه انرژی های تجدیدپذیر می باشد. افزایش میزان مصرف انرژی، به پایان رسیدن سوخت های فسیلی و آلودگی محیط زیست ناشی از مصرف بی رویه این منابع مهمترین دلایل افزایش رویکرد استفاده از منابع تجدیدپذیر می باشد. عموما، تقاضا جهت انرژی، براساس سوخت-های فسیلی مانند روغن، گاز طبیعی و زغال سنگ، بررسی می گردد؛ ولی عواملی مانندقیمت الکتریسیته، افزایش تولید و انتشار گاز CO2وکشورهای مختلف و انجمن های مختلف در این زمینه، روی انرژی های تجدید پذیر به عنوان یک راه کار و راه حل جهت تقاضاهای مورد نیاز حال و آینده فکر کنند،به همین منظور، بکارگیری انرژی های تجدیدپذیر جهت تامین و تولید الکتریسیته،علی الخصوص نیروهای باد و فتوولتائیک،در سالهای گذشته شروع به رشد کرده است.
صفحات خورشیدی اساسی ترین مولفه های تبدیل انرژی در یک سیستم فتوولتائیک می باشد. توان تولید شده توسط سیستم خورشیدی فتوولتائیک در ارتباط با میزان تابش خورشیدی است که بر سطح ماژول ها می تابد. این مقاله اشاره و نگاه مختصری به قطعاتی مانند پنل های خورشیدی و مبدل های ولتاژ DC به ACکه در نیروگاه های بزرگ فوتوولتائیک بکار گرفته می شوند نیز دارد. بعلاوه، نحوه بکار گیری این تجهیزات در این نوع نیروگاه ها و توپولوژی های اتصال به شبکه بررسی و بحث خواهند شد. هدف اصلی این مقاله ارائه توپولوژی مناسب جهت طراحی نیروگاه در منطقه فارس شهر شیراز می باشد.
قطعات الکترونیکی:
قطعات الکترونیکی که در نیروگاه های بزرگ فوتوولتائیک استفاده می شوند - LS-PVPPs - ، 3 وظیفه عمده دارند:
.تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته
.متصل نمودن نیروگاه های خورشیدی با توان بالا به شبکه
.اطمینان از مناسب بودن کارایی سیستم
مهمترین قطعات الکترونیکی، سلول ها و پنل های فتوولتائیک و اینورترهای فوتوولتائیک هستند.دراین بخش،بر اساس وظایف عملکرد آن ها مروری بر این قطعات خواهیم داشت. [6][5]
پنل های فتوولتائیک:
سلول های تشکیل دهنده این پنل های خورشیدی ممکن است از نوع مونوکریستال ، پلی کریستال و یا لایه نازک باشند. قیمت تمام شده کل نیروگاه نه تنها با زمین اشغال شده رابطه مستقیم دارد بلکه نصب، انتقال، نگهداری و پارامترهای دیگر نصب همه تحت تاثیر قرار خواهند گرفت. شکل 1رابطه بین بازده انواع مختلف سلول های خورشیدی با مساحت یک نیروگاه خورشیدی در سطح بزرگ 100 مگاوات را نشان می دهد. [7] [4][3]
اینورتر های فتوولتائیک:
اینورترهای فوتوولتائیک قطعات الکترونیکی هستند که میتوانند ولتاژ دی سیرا به اِی سی تبدیل کنند و در کاربردهای مختلف استفاده می شوند. در کاربرد نیروگاه های سطح وسیع خورشیدی، پنل های خورشیدی، توان دی سی را مهیا کرده،سپس این پنل ها به یک اینورتر فوتوولتائیک متصلشده تا توان اِی سی لازم را ایجاد کنند.[9]توپولوژی های طراحی نیروگاه فتوولتائیک:
اتصال اینورتر ها با پنل های فتوولتائیک در نیروگاه های فتوولتائیک در 3 توپولوژی پایه در نظر گرفته می شود:[11][10]
-1مرکزی
-2رشته ای
-3چند رشته ای
اتصال بین صفحات فتوولتائیک و اینورتر در شکل 2 نشان داده شده است.توپولوژی مرکزی - شکل 2 - - a - به شکل اتصالات چند هزار صفحات فتوولتائیک به اینورتر می باشد. وضع این پنل های فتوولتائیک به شکلی است کهبه آرایه های فتوولتائیک دسته بندی می شوند. هر آرایه صدها رشته فتوولتائیک متصل به صورت موازی دارد، و هر رشته دارای صدها صفحات فتوولتائیک است که به صورت سری متصل شده اند.توپولوژی رشته ای - شکل - - b - 2 به شکلی است که هر رشته فتوولتائیک بهیک اینورتر متصل شده است.توپولوژی چند رشته ای - شکل - - c - 2 یک رشته فتوولتائیک به یک مبدل دی سی به دی سی متصل می شود، و سپس 4 یا 5 مبدل دی سی به دی سی به یک اینورتر متصل می شوند.
مقایسه ای بین 3 توپولوژی موجود با در نظر گرفتن قیمت، کارایی و بازده و سطح اشغال شده توسط سیستم هادر شکل 3نشان داده شده است. توپولوژی های مقایسه شده نیز مرکزی، چند رشته ای و یک توپولوژی اضافی به نام اینورترهای چند مرکزی هستند. این توپولوژی معرف به آن است که در یک کابینت چند اینورتر مرکزی با قدرت کمتر از 100 کیلو-وات وجود دارد.در این پکیج، حداقل 3 اینورتر خورشیدی با مشخصه های متشابه یکدیگر وجود دارند. هر یک از آن ها کنترل کننده مستقل ام پی پی تی خود را دارند. خروجی هر یک از اینورترها به صورت موازی با یکدیگر وصل شده اند که البته مدارهای حفاظتی مناسب برای آنها در نظر گرفتهشده و در کل تنها یک خروجی از این پکیج دیده می شود.
طراحی نیروگاه مورد نظر:
نیروگاه مورد نظر که مورد بررسی و طراحی قرار گرفته، نیروگاهی با توان تولیدی 1 مگاوات در شهر شیراز می باشد. به منظور طراحی نیروگاه با توپولوژی های مرکزی و رشته ای از نرم افزار های RETScreen و PVSyst برای تحلیل توپولوژی، مکان مورد نظر و بازگشت سرمایه استفاده شده است.
موقعیت نیروگاه:
شیراز در بخش مرکزی استان فارس، در ارتفاع 1486 متری از سطح دریا، در عرض جغرافیایی +29,63 و طول جغرافیایی +52,57 در نیمکره شمالی کره زمین قرار گرفته است. دمای میانگین سالیانه این شهر21,9 درجه سانتیگراد و میانگین شدت تابش سالیانه شیراز 2000 کیلووات ساعت بر مترمربع می باشد.
پنل های فتوولتائیک:
در جدول1 اطلاعات پنل نشان داده شده است. همچنین زاویه قرارگیری پنل ها در بهینه ترین حالت خود یعنی 30 درجه به سمت جنوب می باشد.[12] فضای اشغال شده توسط سازه ها و پنل ها 6556 متر مربع می باشد.
