بخشی از مقاله
چکیده
یکی از منابع تجدید پذیر که به صورت گسترده و ارزان در اکثر نقاط جهان در دسترس می باشد انرژي خورشیدي می باشد که این انرژي خود به چند صورت میتواند تولید برق کند از جمله دریافت کننده مرکزي، بیو ماس و امواج که هر یک به نوعی از انرژي خورشیدي گرفته می شوند ولی در این مقاله سلولهاي فوتو ولتائیک که به طور مستقیم و بدون استفاده ادوات مکانیکی با مکانیزم خاصی تولید انرژي الکتریسیته می کند و توانایی تولید برق هم به صورت متمرکز و هم گسترده را دارد . در این مقاله به بررسی یک سیستم فوتو ولتائیک تک فاز در حالتهاي مختلف پرداخته می شود که نهایتا با انجام شبیه سازي توسط سیمولینک متلب بهترین حالت کارکرد این نوع سیستم را مشخص می کنیم.
.1 مقدمه
سیستم هاي فوتو ولتائیک یکی از منابع تجدید پذیر هستند که هم می توانند به صورت متمرکز و هم به صورت پراکنده تولید برق نمایند.سیستم هاي فوتوولتائیک به واسطه توسعه در موقعیت ها پراکنده روي کم ولتاژترین بخش ها شبکه چالش هاي منحصر به فردي براي مهندسان سیستم هاي برق و قدرت به وجود می آورند . مدل هاي کامپیوتري که با دقت بالا رفتارهاي مرتبط با سیستم هاي PV را شبیه سازي کنند به همین سبب اهمیت می کنند .
براي پرداختن به این مسئله از مدل سیمولینک متلب براي یک شبکه تک فاز متصل بالایی پیدا می کنند . به علاوه اغلب مدل هاي امروزي یا به دقت نمی توانند ویژگی هاي دینامیک دنبال کننده هاي توان نقطه اي ماگزیمم - - mpptرا شبیه سازي کنند و یا این که از الگوریتم هاي ضد جزیره اي براي هزینه هاي محاسباتی گسترده درگیر در این حوزه ابزاري استفاده به مبدل PV استفاده می شود که به صورت تجربی توسعه داده شده و سنجیده شده است .
منابع تولید پراکنده از نظر بهبود قابلیت اعتماد شبکه ‚کاهش بارگذاري تجهیزات شبکه و امکان تغذیه فیدر از فیدرهاي مجاور در صورت بروز خاموشی داراي مزایاي زیادي هستند.در طی سالهاي اخیر با توسعه صنایع و افزایش نیاز به انرژي در شهر ها و شهرکهاي صنعتی نیاز آشکاري به تولید مطمئن انرژي برق بوجود آمده است.کاهش بارگذاري شبکه انتقال و سایر دلایل فنی ‚اقتصادي و زیست محیطی نیز موجب شده است تا روز به روز حضور گسترده تر منابع تولید پراکنده و به خصوص استفاده از منابع تولید انرژي تجدید پذیر در شبکه هاي توزیع مورد نیاز باشد.از طرف دیگر نیاز به مشارکت بخشهاي خصوصی در تحقق این امر موجب گردیده است تا امروز حضور منابع تولید پراکنده را در مقیاس هاي کوچک تولید انرژي می نماید‚در شبکه هاي توزیع فشار متوسط و فشار ضعیف ملاحضه نمود.
از آنجا که تولیدات پراکنده - DG - نقش مهمی در صنعت برق دارد و وجود یک واحد تولید پراکنده به سهم خود می تواند به شبکه کمک زیادي بنماید . قابلیت اعتماد شبکه و یا تولید بخشی از نیازهاي بارهاي متصل به شبکه از جمله مواردي است که تولیدات پراکنده - DG - می توانند موثر واقع شوند.طرح هاي زیادي براي تولید انرژي برق به صورت پراکنده از جمله انرژي خورشیدي ‚ سلولهاي شیمیایی ‚ انرژي امواج ‚انرژي باد ‚انرژي بیوماس وجود دارد که هر کدام در نوع خود مفید بوده و موثر واقع میشوند و پیشرفتهاي خوبی داشته اند ولی در این مقاله به بررسی سیتم هاي فوتو ولتائیک می پردازیم.
.2 نیروگاههاي فوتوولتائیک
در نیروگاههاي فوتوولتائیک بدون بهره گیري از تجهیزات متحرك به طور مستقیم انرژي خورشیدي به انرژي الکتریکی تبدیل میگردد . مبدلهاي فوتوولتائیک اولین بار در ابتداي دهه 1950 وارد بازار شد.در این سالها شرکت بل با استفاده از سلول هاي خورشیدي برق مورد نیاز یک مرکز تلفن در ایلالت جورجیاي آمریکا را تامین نمود.در سال 1958طراحان آمریکایی در سفینه وانگاردیک یک مبدل فوتوولتائیک با قدرت کم به عنوان نیروي کمکی به کار بروند . دستگاه رادیویی سفینه که با این مبدل کار می کرد تا شش سال به طور پیوسته پیام رادیویی به زمین مخابره می نمود.بعد از این تجربه موفقیت آمیز کلیه سفینه هاي فضایی به این مبدلها مجهز گردیدند . پس از بحران انرژي در سال 1973 میلادي افزایش پیوسته اي در تولید این گونه مبدلها صورت پذیرفت.
در حال حاضر بیشترین استفاده از مبدلهاي فوتوولتائیک در کاربردهاي کوچک و پراکنده می باشد.لیکن احداث نیروگاههاي بزرگ در گستره تولید مگا وات براي اتصال به شبکه انتقال نیز در دست بررسی می باشند . امروزه از مبدلهاي فوتو ولتاییک به طور گسترده براي مصارف خارج از شبکه سراسري نظیر شارژ کردن باتریها‚پمپاژ آب‚تامین انرژي مورد نیاز ایستگاههاي مخابراتی , ماهوارها و ... استفاده می گردد.
در سالیان اخیر از روشهاي جدیدي به طور فزاینده اما پراکنده براي اتصال سیستم هاي فوتوولتائیک به شبکه سراسري استفاده می گردد.
در این روشها با نصب سیستم هاي فوتوولتائیک بر روي پشت بام منازل در مواقعی که نور خورشید وجود دارد و می توان از پرتوهاي آن بهره مند شد برق تولید می گردد و مازاد مصرف آن توسط خطوط انتقال به شبکه تحویل داده می شود.
نصب سیستم هاي فوتولتاییک بر روي بام منازل از این مزیت برخوردار است که از اسکلت و بناي ساختمان براي نگهداري مدولها - ماژولها - استفاده ي شود که این امر موجب امر کاهش هزینه تمام شده تاسیسات خورشیدي می گردد. در شکل 1 نمایی از این سیستم را می بینید.
شکل -1 نمایی از نصب سیستم فوتوولتائیک بر روي پشت بام منازل
.3 اجزاي نیروگاههاي فوتولتائیک
یک نیروگاه فوتولتائیک به طور کلی از چهار قسمت اصلی آرایه خورشیدي ‚تنظیم کننده - تنظیم کننده نقطه توان ماگزیمم, تنظیم کننده ولتاژ ‚ کنترل کننده میزان شارژ و دشارژ باتري - واحد ذخیره سازي انرژي و اینورتر ولتاژ - در صورت نیاز به بار به ولتاژ متناوب - تشکیل می گردد.
اگر چه با توجه به نیاز مصرف کننده ها و همچنین براي کاهش هزینه این سیستم ها می توان در بعضی از کاربرد ها مثلا از باتري و یا اینورتر ولتاژ صرف نظر کرد ولی سیستم هاي اصولی تمامی اجزاي فوق را دارند.در شکل 2 طرح یک سیستم فوتوولتائیک را می بینیم.
شکل -2 طرح یک سیستم فوتوولتائیک
.4آرایه هاي خورشیدي
کوچکترین و اساسی ترین قسمت یک آرایه خورشیدي را سلول خورشیدي تشکیل می دهد.این سلولها زمانی در مقابل نور قرار دارند مثل یک باطري کوچک تولید برق می کنند.یک سلول فوتوولتائیک معمولا به ضخامت 300 میکرون و از صفحات دایره اي با قطر 3 تا 9 سانتی متر ساخته می شود.مساحت سلولها تاثیري روي ولتاژ تولید شده توسط آنها ندارد و معمولا هر سلول داراي ولتاژ برابر .5 ولت می باشد اما شدت جریان حاصل در سلول ها تابع مساحت سلول و شدت تشعشع خورشید می باشد. با ازدیاد درجه حرارت قدرت تولید سلولها کاهش پیدا می کند
