بخشی از مقاله
چکیده
سیستمهای فتوولتائیک یکی از پرمصرف ترین کاربردهای انرژی نو میباشد و تاکنون سیستمهای گوناگونی با ظرفیت های مختلف 0/ 5وات تا چند مگاوات، در سراسر جهان نصب و راه اندازی شده است و با توجه به قابلیت اطمینان ،هرینه کم و پاک بودن این سیستمها، هر روزه بر تعداد متقاضیان آنها افزوده میشود. از این رو مطالعات زیادی پیرامون سیستمهای فتوولتائیک در حال انجام است.
در این مقاله ابتدا یک نیروگاه خورشیدی توس نرمافزار طراحی خورشیدی، شبیهسازی شده و سپس ارزیابی اقتصادی و آلودگی این نیروگاه با دیگر نیروگاهها توس نرم افزار هامر انجام و نتایج نهایی شامل قیمت تمام شده برق تولیدی ارائه گردیده است. نتایج حاصله، حاکی از اقتصادی و زیست محیطی بودن استفاده از انرژی خورشیدی است.
-1 مقدمه
عبارت فتوولتاییک1 ترکیبی از کلمه یونانی - Photos - به معنی نور با - Volt - به معنای تولید الکتریسیته از نور است .[1] کشف پدیده فتوولتاییک به فیزیکدان فرانسوی ادوند بکوارل2 نسبت داده میشود که در سال 1839 با چاپ مقالهای تجربیات خود را با باتری تر3 ارایه نمود.[2] او مشاهده نمود که ولتاژ باتری وقتی که صفحات نقره ای آن تحت تابش نور خورشید قرار می گیرند، افزایش مییابد. اما اولین گزارش از پدیده فتوولتاییک در یک ماده جامد در سال 1877 بود توسط دو دانشمند کمبریج به نام آدامز و دای4 در مقاله ای به انجمن سلطنتی انجام شد
آنها تغییراتی را که در خواص الکتریکی سلنیوم حین تابش نور قرار می گیرد، توضیح دادند. در سال 1883، یک مهندس برق اهل نیویورک به نام ادگار5 یک سلول خورشیدی سلنیومی ساخت که از برخی جهات شبیه به سلولهای خورشیدی سیلیکونی امروزی بود
این سلول از یک ویفر نازک سلنیوم تشکیل شده بود که با یک توری از سیمهای خیلی نازک طلا و یک ورق حفاظتی از شیشه پوشانده شده بود. اما سلول ساخت او خیلی کم بازده بود. بازده یک سلول خورشیدی عبارت از درصدی از انرژی خورشیدی تابیده به سطح آن است که به انرژی الکتریکی تبدیل شده باشد. کم تر از 1 انرژی خورشیدی تابیده شده به سطح این سلول ابتدایی به الکتریسیته تبدیل می شد.
با وجود این، سلول های سلنیومی سرانجام در نورسنج های عکاسی به طور وسیعی به کار گرفته شد. اولین نیروگاه خورشیدی ایران به وسیله سازمان انرژیهای نو ایران و با کمک شرکتهای مشاور و سازنده داخلی با ظرفیت یک مگاوات و سیال عامل آب و بخار در طالقان جریان دارد .
-2 سیستم فتوولتائیک
به پدیدهای که در اثر تابش نور بدون استفاده از مکانیزم-های محرک، الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیده استفاده کند سیستم فتوولتائیک گفته میشود. به صفحهای که انرژی تابشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند، سلول یا باطری خورشیدی میگویند.
سلولهای خورشیدی به طور عمده از سیلیسیوم ساخته میشوند. به خاطر وجود تغییر در میزان شدت تابش پرتوهای خورشیدی در طول روز و در فصول مختلف، یک باطری به منظور ذخیره کردن انرژی الکتریکی تولیدی توسط آرایههای فتوولتائیک و به عنوان یک عامل واسط بین آرایههای خورشیدی و مصرفکننده انرژی الکتریکی برای بهرهوری بیشتر مورد نیاز می باشد.
یک سیستم فتوولتائیک خورشیدی، در طول روز که تابش خورشید وجود دارد، پرتوهای خورشیدی را گردآورده و به انرژی الکتریکی تبدیل میکند، ولی زمانی که انرژی خورشیدی در حد اعلای خود موجود میباشد، به ندرت اتفاق میافتد کهدقیقاً منطبق با زمانی باشد که به انرژی الکتریکی نیز نیاز وافر باشد.
پدیدار گشتن ابرها در آسمان نیز برای سیستمهای فتوولتائیک مشکل ایجاد می کند و چنانچه ابری بودن آسمان چندین روز به درازا بکشد، انرژی الکتریکی در مقایسه با روزهای صاف آفتابی که خورشید شدت تابش بالائی دارد، میزان قابل ملاحظهای کاهش پیدا خواهد کرد. واضح است در چنین روزهایی میتوان از انرژی که در روزهای صاف آفتابی تولید و ذخیره شده، استفاده کرده و انرژی الکتریکی متمرکزی را تولید نمود؛
بنابراین، اضافه کردن تجهیزات ذخیرهسازی در سیستمهای فتوولتائیک میتواند موجب افزایش قابلیت اعتماد سیستم برای تأمین مستمر انرژی الکتریکی گرددمعمولاً. برای ذخیرهسازی برق تولیدی در سیتمهای فتوولتائیک با ظرفیت 3 کیلووات به بالا از باطری استفاده میگردد ولی برخی از سیستمهای کوچکتر مانند پمپکنندههای کوچک، بدون ذخیره سازی باطری طراحی میشوند. پیل یا باطریهای خورشیدی تنها مبدل انرژی تابشی خورشید به انرژی الکتریکی باجریان الکتریکی از نوع مستقیم میباشند و توانایی ذخیرهسازی انرژی را ندارند. برق تولیدی باتریها معمولاً 24یا 48 ولت مستقیم - DC - است که با یک اینورتر موج سینوسی1 به 230 ولت متناوب - AC - تبدیل میشود.
یکی از راههای ذخیرهسازی در این سیستمها، استفاده از باطریهای الکتروشیمیایی میباشد. از سری و موازی کردن سلولهای آفتابی میتوان به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست یافت. به یک مجموعه از سلولهای سری و موازی شده پنل فتوولتائیک گویند. یک پنل میتواند متشکل از 32 سلول خورشیدی - ماژول - با قطر 7/5 سانتیمتری دارای مشخصات الکتریکی زیر باشد:
ولتاژ نامی 12 ولت، جریان نامی 1/2 آمپر، قدرت پیک 18 وات. راندمان پنلها با توجه به راندمان سلولهای خورشیدی و برخی افتهای دیگر از قبیل جاسازی سلولها در سطح پنل و اتصال الکتریکی آنها، حدود 7 الی 11 درصد در دمای 28 درجه سانتی گراد و شدت تابش نور خورشید 100 میکرووات ساعت بر سانتی متر مربع، که به نام شرایط استاندارد خوانده میشود، میباشد. به مجموعه پنلهای فتوولتائیک، یک آرایه خورشیدی گفته میشود.جریان الکتریکی حاصل از پنلهای فتوولتائیک از نوع جریان و ولتاژ مستقیم میباشد.
-2-1 مزایا و معایب سیستمهای فتوولتائیک
آلودگیهای زیست محیطی ناشی از سوختهای فسیلی و پایان پذیر بودن منابع آنها ،تلاش و تحقیقات وسیعی را در به کارگیری انواع دیگری از انرژی به خصوص انرژیهای جدید، موجب شده است. انرژی خورشیدی به دلیل نامحدود بودن، در دسترس بودن و سازگاری با محیط زیست موجب شده است که سیستمهای فتوولتائیک بیشترین بازار تجاری را در زمینه کاربرد انرژیهای نو داشته باشند . پارهای از ویژگیها و مزایای سیستمهای فتوولتائیک که موجب گسترش استفاده از آنها در کشورهای مختلف شده است، در زیر بیان گردیده است:
1 بی نیازی به سوخت فسیلی
2 حفظ محیط زیست و عدم ایجاد الودگی
3 طول عمر مفید بالا - بیش از 20 سال -
4 قابلیت اطمینان بالا به دلیل نداشتن بخشهای متحرک مکانیکی
5 پایین بودن احتمال بروز حوادث خطرناک مانند انفجار و آتش سوزی
6 سهولت در نصب و راه اندازی و همچنین بی نیازی به تجهیزات پیچیده و نیروی انسانی متخصص
7 قابلیت تغییر توان با افزایش و کاهش ظرفیت سیستمهای فتوولتائیک در صورت نیاز با استفاده از افزودن یا کاستن تعداد ماژولها در مقابل موارد ذکر شده، بزرگترین عیب سیستمهای فتوولتائیک برای استفاده از توانهای زیاد، قیمت بالای آن در مقایسه با سایر منابع است. اگر چه با پیشرفت تکنولوژی، هزینه سیستمهای فتوولتائیک روز به روز کاهش مییابد، ولی قبل از هر گونه اقدامی، تحقیق و بررسی در زمینه صرفه اقتصادی جهت به کارگیری هر یک از منابع لازم و ضروری است. تا کنون این سیستمها در جهان، اقتصادی نشدهاند اما متخصصان در تلاش برای کاهش قیمت این سیستمها و اقتصادی نمودن آنها میباشند.
